TWI437584B - 變壓器與電感元件之組合結構及其形成方法 - Google Patents

Description

變壓器與電感元件之組合結構及其形成方法

本案係關於一種變壓器結構，尤指一種整合電感元件之變壓器結構。

變壓器為各式電器設備中經常使用之電子組件，用以調整不同之電壓，使電壓達到電子設備能夠適用的範圍。請參閱第1圖，其係為美國專利證號US7,091,817所揭示之習知變壓器之結構示意圖。如第1圖所示，習知變壓器1包括繞線架10、初級繞線(未圖示)、複數個導電片12以及磁芯組13。繞線架10具有一框型表面101，其與兩壁狀結構102、103垂直並連結，該壁狀結構102、103係相互平行並形成一繞線槽104以繞設初級繞線，且在該壁狀結構102、103的兩側邊設有延伸折片105及106，以形成兩個側邊引導槽107，用以容置對應之該導電片12。磁芯組13係由一第一磁芯部件131與第二磁芯部件132所組成。此外，導電片12係由銅片製成，以作為變壓器1之次級繞線。導電片12為單圈結構，且導電片12於一側具有一開口121，使其大體上呈U型結構，藉此導電片12可利用開口121插入引導槽107內，以置入並固定於繞線架10內，並直接與電器設備內之系統電路板連接。

雖然習知變壓器1確實可達到電壓轉換之功能，但一般系統電路板上會設有電感元件(未圖示)，用以與變壓器1之次級側輸出端，例如導電片12之輸出端，連接，但因習知變壓器1的結構設計並無法直接與電感元件連接，故習知變壓器1與電感元件必須分別設置於系統電路板上，再利用系統電路板上的佈局線路，使變壓器1之次級側輸出端與電感元件之間電性相連。然而此種設置的方法具有許多的缺失，首先，因習知的變壓器1與電感元件係分離地設置於系統電路板上，故會佔據系統電路板上大量的空間，且目前電子設備均朝高功率以及微小化之趨勢發展，如何提升系統電路板的空間利用率、整合電子組件及/或提昇電子組件的積集度被視為研發的重點，而習知變壓器1與電感元件之間的配置方式將無法符合實際需求。再者，由於習知的變壓器1需利用系統電路板上的佈局線路來與電感元件電連接，如此將增加損耗。

因此，如何發展一種可整合變壓器與電感元件以改善上述習知技術缺失，且組裝容易之導電結構及使用該導電結構之變壓器，實為目前迫切需要解決之課題。

本案之主要目的在於提供一種變壓器與電感元件之組合結構，俾解決習知變壓器與電感元件間的連接方式將佔據系統電路板上大量的空間，導致電子設備無法進一步地朝高功率以及微小化之要求發展，以及習知的變壓器需利用系統電路板上的佈局線路與電感元件相連，導致增加損耗等缺點。

本案之又一目的在於提供一種變壓器與電感元件之組合結構，其中變壓器與電感元件係透過導電基座連接，且可利用過爐焊錫製程將變壓器與電感元件固定於導電基座上，藉此簡化製程及降低成本。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種變壓器與電感元件之組合結構，包含：一導電基座，包含一第一導電板、一第二導電板及一第三導電板，其中該第三導電板係設置於該第一導電板及該第二導電板之間，且該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板係設置於同一水平高度且共同定義出一平面；一變壓器，包含一繞線基座、一繞線結構、一導電結構以及一磁芯組，其中該導電結構係至少部分容置於該繞線基座中，該導電結構包含複數個導電單元，每一該導電單元係具有一中空孔洞及複數個延伸部，且該複數個導電單元之該複數個中空孔洞對應地形成一貫穿通道，該導電單元係藉由該複數個延伸部插設於該導電基座之該第一、第二及第三導電板上；以及一電感元件，具有一出線端，該出線端係插設於該導電基座之該第三導電板上，其中該變壓器與該電感元件係設置於該導電基座之同一側上。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種形成變壓器與電感元件之組合結構之方法，包含步驟：提供一導電基座，其係包含一第一導電板、一第二導電板及一第三導電板，其中該第三導電板係設置於該第一導電板及該第二導電板之間，且該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板係設置於同一水平高度且共同定義出一平面；提供一變壓器，其係包含一繞線基座、一繞線結構、一導電結構以及一磁芯組，其中該導電結構係至少部分容置於該繞線基座中，該導電結構包含複數個導電單元，每一該導電單元係具有一中空孔洞及複數個延伸部，且該複數個導電單元之該複數個中空孔洞對應地形成一貫穿通道；提供一電感元件，其係具有一出線端；將該導電單元之該複數個延伸部插設於該導電基座之該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板上，並將該電感元件之該出線端插設於該導電基座之該第三導電板上；以及藉由一焊料於同一過爐焊錫製程中將該導電單元之該複數個延伸部及該電感元件之該出線端固定於該導電基座上，俾使該變壓器與該電感元件設置於該導電基座之同一側上。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2圖，其係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖。如圖所示，本案之變壓器與電感元件之組合結構包含一導電基座20、一變壓器30及一電感元件40。導電基座20包含一第一導電板21、一第二導電板22及一第三導電板23，其中，第三導電板23係設置於第一導電板21及第二導電板22之間，且第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23係設置於同一水平高度且共同定義出一平面。舉例而言，第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23可為長條形板狀結構，但不以此為限。又，如圖所示，變壓器30與電感元件40係設置於導電基座20之同一側上。

請參閱第3圖，其係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構爆炸圖。如圖所示，變壓器30主要由一繞線基座31、一繞線結構32、一導電結構33以及一磁芯組34所組成。於本實施例中，繞線結構32係作為主級繞組，而導電結構33則係作為次級繞組，但不以此為限。繞線基座31係具有主體311、複數個繞線槽312以及複數個容置槽313。主體311上具有一貫穿通道314，主要用來容置部份磁芯組34且與容置槽313相連通。複數個繞線槽312係設置於主體311上，用以供繞線結構32纏繞。複數個中空之容置槽313同樣設置於主體311上，且具有開口，可使導電結構33經由開口插入容置槽313內部。

請參閱第4圖，其係為本案較佳實施例之導電基座示意圖。如圖所示，第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23分別具有複數個第一卡合孔211、221、231，可供導電結構33插設於其中。第三導電板23更具有一第二卡合孔232，可供電感元件40之第一出線端41插設於其中。此外，第一導電板21及第二導電板22更可分別具有一第三卡合孔212、222，用以供電路板50之第一接腳51及第二接腳52插設於其中。

請參閱第5圖，其係為本案較佳實施例之導電結構示意圖。如圖所示，導電結構33包含複數個導電單元330，每一導電單元330皆具有中空孔洞331，且複數個導電單元330之複數個中空孔洞331相對應地形成一貫穿通道332。於本實施例中，導電結構33可包含例如四個導電單元330，但導電單元330之數量及排列位置並不侷限於此，可根據應用需求而變更。

請參閱第6圖，其係為本案較佳實施例之導電單元爆炸圖。如圖所示，每一導電單元330包含第一導電片333、第二導電片334及設置於兩導電片333、334間之一絕緣片335。第一導電片333大體上為具有缺口3330之環形、矩形或多邊型，並可為銅片所製成，但其形狀或材質皆不以此為限。第一導電片333可包含一導電本體3331，且導電本體3331中央具有一中空孔洞3332。第一導電片333更具有一第一端部3333以及一第二端部3334，係分別鄰設於缺口3330之兩側且與導電本體3331連接，其中，第二端部3334具有一延伸部3335，用以插設於導電基座20之第一導電板21或第二導電板22之孔洞中（如第3圖所示）。

第二導電片334亦大體上為具有缺口3340之環形、矩形或多邊型，並可為銅片所製成，但其形狀或材質皆不以此為限。第二導電片334可包含一導電本體3341，且導電本體3341中央具有一中空孔洞3342。第二導電片334更具有一第一端部3343以及一第二端部3344，係分別鄰設於缺口3340之兩側且與導電本體3341連接，其中，第二端部3344具有一延伸部3345，用以插設於導電基座20之第三導電板23之孔洞中（如第3圖所示）。

絕緣片335具有一絕緣本體3351，其形狀實質上係對應第一導電片333之導電本體3331及第二導電片334之導電本體3341，且同樣具有中空孔洞3352。絕緣片335可藉由例如但不限於黏膠而附著於第一導電片333之導電本體3331及第二導電片334之導電本體3341上，並藉由將絕緣片335設置於第一導電片333及第二導電片334之間而達到隔離第一導電片333及第二導電片334的功效。第一導電片333之中空孔洞3332、第二導電片334之中空孔洞3342及絕緣片335之中空孔洞3352係彼此相對應並定義出導電單元330之中空孔洞331。

請再參閱第3圖至第5圖。相鄰之導電單元330係呈反向設置，使得兩相鄰導電單元330之第一導電片333上之延伸部3335設置於兩相對側且分別靠近導電基座20之第一導電板21及第二導電板22。當將複數個導電單元330設置於導電基座20上時，其中一導電單元330之兩延伸部3335及3345係分別插設於第一導電板21之第一卡合孔211及第三導電板23之第一卡合孔231中，而與其相鄰之導電單元330之兩延伸部3335及3345則係分別插設於第二導電板22之第一卡合孔221及第三導電板23之第一卡合孔231中。

請再參閱第3圖。導電結構33最外側之兩個導電單元330係可設置於繞線基座31之兩側，但不以此為限。導電結構33之兩相鄰導電單元330間的距離係實質上等於或大於每一繞線槽312之寬度，並且，容置槽313係為可與貫穿通道314連通之中空結構，故當導電結構33之導電單元330置入容置槽313內部後，可使複數個導電單元330所構成之貫穿通道332與繞線基座31上之貫穿通道314彼此相對應並且相連通。

磁芯組34可為例如EE型鐵心，且具有第一磁心部341及第二磁心部342。導電結構33之導電單元330之中空孔洞331的直徑大小實質上係與繞線基座31之貫穿通道314之直徑大小相同，故當導電結構33之導電單元330插入繞線基座31之容置槽313內部時，導電結構33之貫穿通道332將與繞線基座31之貫穿通道314相連通，因此可使磁芯組34之第一磁心部341及第二磁心部342之軸心部穿過繞線基座31之貫穿通道314及導電結構33之貫穿通道332，而組裝成變壓器30（如第2圖所示），俾利用電磁感應作用使作為主級繞組之繞線結構32與作為次級繞組之導電結構33產生感應電壓，以達到電壓轉換之目的。

請再參閱第2圖。電感元件40之第一出線端41係插設於導電基座20之第三導電板23之第二卡合孔232中。由於導電結構33之導電單元330與電感元件40分別與導電基座21之第三導電板23相連接，因此變壓器之次級側輸出端即可透過導電基座20而與電感元件40相連接，使得變壓器30所產生之感應電壓便可直接傳送至電感元件40，即可解決習知技術變壓器與電感元件間必須經由系統電路板之佈局線路才能進行連接之缺點。

此外，由於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23係設置於同一水平高度且共同定義出一平面，故可採用過爐焊錫製程，在同一次回流銲中藉由焊料60將分別插設於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23上之導電單元330之延伸部3335、3345及電感元件40之第一出線端41同時固定於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23上（如第7圖所示）。因此，形成本案變壓器與電感元件之組合結構之製程可被大大簡化，同時降低製造成本。另一方面，由於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23係設置於同一水平高度且共同定義出一平面，該平面可作為一散熱介面，使得變壓器30及電感元件40產生的熱量可傳送至由第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23所形成之散熱介面，以進一步藉由氣流進行散熱，因此本案變壓器與電感元件之組合結構之散熱效率亦可被提升。

請參閱第8圖，其係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構設置於系統電路板上之示意圖。如圖所示，變壓器與電感元件之組合結構係以導電基座20朝上之方式設置系統電路板70上，且電感元件40之第二出線端42可與系統電路板70上之連接部（未圖示）連接。由於變壓器30係藉由導電基座20而與電感元件40連接整合，因此變壓器30與電感元件40間無須經由系統電路板70之佈局線路來進行連接，故當本案之變壓器與電感元件之組合結構設置於系統電路板70上時，便可整合並增加系統電路板70上的空間利用率，進而提升電子組件的積集度，俾利於電子設備可以進一步地朝高功率以及微小化之要求發展，且由於變壓器30與電感元件40間無須經由系統電路板70之佈局線路來進行連接，更可進一步降低損耗。

此外，本案之變壓器與電感元件之組合結構可更包含一電路板。如第2圖及第3圖所示，電路板50係與變壓器30及電感元件40設置於導電基座20之同一側上，且電路板50具有第一接腳51及第二接腳52，可分別插設於導電基座20之第一導電板21之第三卡合孔212及第二導電板22之第三卡合孔222中，並與導電單元330之延伸部3335及電感元件40之第一出線端41於同一過爐焊錫製程中分別固定於第一導電板21、第二導電板22及第三導電版23上。電路板50更具有第三接腳53，係可插設於系統電路板70上，以與系統電路板70連接。在一些實施例中，電路板50係為一整流電路板，其上設置有二極體或金氧半場效電晶體（MOSFET）作為整流開關54，並透過整流電路板50上之佈局線路及導電基座20而與變壓器30連接，可使變壓器30所產生之感應電壓經整流電路板50整流後傳送至系統電路板70上。

在第2圖所顯示之變壓器與電感元件之組合結構中，電路板50係設置於變壓器30之外側，亦即變壓器30設置於電感元件40及電路板50之間。當然，變壓器與電感元件之組合結構態樣並不侷限於如第2圖所示。請參閱第9圖及第10圖，其係為本案另一較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖及爆炸圖，如圖所示，電路板50係可設置於變壓器30及電感元件40之間。請參閱第11圖及第12圖，其係為本案又一較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖及爆炸圖，如圖所示，電路板50係可設置於電感元件40之外側，亦即電感元件40係設置於變壓器30及電路板50之間。

另一方面，本案亦提供形成變壓器與電感元件之組合結構之方法。請參閱第13圖並配合第2圖至第8圖，本案形成變壓器與電感元件之組合結構之方法係首先提供一導電基座20，其係包含第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23，其中第三導電板23係設置於第一導電板21及第二導電板22之間，且第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23係設置於同一水平高度且共同定義出一平面。接著，將組裝完成之變壓器30之導電單元30之延伸部3335及3345插設於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23之第一卡合孔211、221、231中，將電感元件40之第一出線端41插設於第三導電板23之第二卡合孔232中，以及將電路板50之第一接腳51及第二接腳52分別插設於第一導電板21及第二導電板22之第三卡合孔212、222中。之後，以過爐焊錫製程將導電單元330之延伸部3335、3345、電感元件40之第一出線端41及電路板50之第一及第二接腳51、52透過焊料60同時固定於第一導電板21、第二導電板22及第三導電板23上，即完成本案變壓器與電感元件之組合結構（如第7圖所示）。而當欲將變壓器與電感元件之組合結構與系統電路板70連接時，只要將變壓器與電感元件之組合結構以導電基座20朝上之方式設置於系統電路板70上，並使變壓器30之繞線結構32之出線端（未顯示）、電感元件40之第二出線端42及電路板50之第三接腳53與系統電路板70上對應之連接部（未顯示）連接即可。

此外，在一些實施例中，為加強電路板50與導電基座20之結構性結合強度，第三導電板23可更具有一第四卡合孔233，而電路板50更具有一第四接腳55，第四接腳55插設於第三導電板23之第四卡合孔233中（如第14圖及第15圖所示），並同樣在過爐焊錫製程中進行焊接。當然，第四卡合孔233及第四接腳55之設計亦可形成於第9圖至第12圖所示之變壓器與電感元件之組合結構態樣中，於此不再贅述。

綜上所述，本案係提供一種變壓器與電感元件之組合結構及其形成方法，由於變壓器係藉由導電基座而與電感元件連接整合，因此變壓器與電感元件間無須經由系統電路板之佈局線路來進行連接，故當本案之變壓器與電感元件之組合結構設置於系統電路板上時，便可整合並增加系統電路板上的空間利用率，進而提升電子組件的積集度，並降低損耗，且導電基座可作為一散熱介面，藉以增加散熱效率。另外，本案之變壓器與電感元件之組合結構更可與一整流電路板整合，該整流電路板同樣與導電基座連接，且可藉由過爐焊錫製程同時將變壓器、電感元件及整流電路板固定於導電基座上，可大大簡化製程及降低成本。由於上述優點係為習知技術所不及者，故本案極具產業價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1、30．．．變壓器

10．．．繞線架

12．．．導電片

13、34．．．磁芯組

101．．．框型表面

102、103．．．壁狀結構

104、312．．．繞線槽

105、106．．．延伸折片

107．．．引導槽

121．．．開口

131、341．．．第一磁芯部件

132、342．．．第二磁芯部件

20．．．導電基座

21．．．第一導電板

22．．．第二導電板

23．．．第三導電板

211、221、231．．．第一卡合孔

212、222．．．第三卡合孔

232．．．第二卡合孔

233．．．第四卡合孔

31．．．繞線基座

311．．．主體

313．．．容置槽

314、332．．．貫穿通道

32．．．繞線結構

33．．．導電結構

330．．．導電單元

331、3332、3342、3352．．．中空孔洞

333．．．第一導電片

334．．．第二導電片

3330、3340．．．缺口

3331、3341．．．導電本體

3333、3343．．．第一端部

3334、3344．．．第二端部

3335、3345．．．延伸部

335．．．絕緣片

3351．．．絕緣本體

40．．．電感元件

41．．．第一出線端

42．．．第二出線端

50．．．電路板

51．．．第一接腳

52．．．第二接腳

53．．．第三接腳

54．．．整流開關

55．．．第四接腳

60．．．焊料

70．．．系統電路板

第1圖係為習知變壓器之結構示意圖。

第2圖係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖。

第3圖係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構爆炸圖。

第4圖係為本案較佳實施例之導電基座示意圖。

第5圖係為本案較佳實施例之導電結構示意圖。

第6圖係為本案較佳實施例之導電單元爆炸圖。

第7圖係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構以焊料固定之示意圖。

第8圖係為本案較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構設置於系統電路板上之示意圖。

第9圖及第10圖係為本案另一較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖及爆炸圖。

第11圖及第12圖係為本案又一較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖及爆炸圖。

第13圖係為本案形成變壓器與電感元件之組合結構之方法流程圖。

第14圖及第15圖係為本案再一較佳實施例之變壓器與電感元件之組合結構示意圖及爆炸圖。

20．．．導電基座

21．．．第一導電板

22．．．第二導電板

23．．．第三導電板

30．．．變壓器

40．．．電感元件

41．．．第一出線端

42．．．第二出線端

50．．．電路板

Claims (13)

1. 一種變壓器與電感元件之組合結構，包含：
       一導電基座，包含一第一導電板、一第二導電板及一第三導電板，其中該第三導電板係設置於該第一導電板及該第二導電板之間，且該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板係設置於同一水平高度且共同定義出一平面；
       一變壓器，包含一繞線基座、一繞線結構、一導電結構以及一磁芯組，其中該導電結構係至少部分容置於該繞線基座中，該導電結構包含複數個導電單元，每一該導電單元係具有一中空孔洞及複數個延伸部，且該複數個導電單元之該複數個中空孔洞對應地形成一貫穿通道，該導電單元係藉由該複數個延伸部插設於該導電基座之該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板上；以及
       一電感元件，具有一出線端，該出線端係插設於該導電基座之該第三導電板上，其中該變壓器與該電感元件係設置於該導電基座之同一側上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板分別具有複數個第一卡合孔，可供該導電單元之該複數個延伸部插設於其中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該第三導電板具有一第二卡合孔，可供該電感元件之該出線端插設於其中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器與電感元件之組合結構，更包含一電路板，其係插設於該導電基座之該第一導電板及該第二導電板上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該電路板係為一整流電路板。
6. 如申請專利範圍第4項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該電路板具有一第一接腳及一第二接腳，該第一導電板及該第二導電板分別具有一第三卡合孔，可供該電路板之該第一接腳及該第二接腳插設於其中。
7. 如申請專利範圍第4項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該變壓器、該電感元件與該電路板係設置於該導電基座之同一側上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中每一該導電單元係包含一第一導電片、一第二導電片及設置該第一及第二導電片間之一絕緣片。
9. 如申請專利範圍第8項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該第一導電片包含一導電本體、一缺口、一第一端部及一第二端部，該第一端部及該第二端部係分別鄰設於該缺口之兩側，且該第二端部具有該延伸部，用以插設於該導電基座之該第一導電片或該第二導電片上。
10. 如申請專利範圍第8項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該第二導電片包含一導電本體、一缺口、一第一端部及一第二端部，該第一端部及該第二端部係分別鄰設於該缺口之兩側，且該第二端部具有該延伸部，用以插設於該導電基座之該第三導電片上。
11. 如申請專利範圍第8項所述之變壓器與電感元件之組合結構，其中該絕緣片具有一絕緣本體，其形狀係對應該第一導電片之該導電本體及該第二導電片之該導電本體，且具有一中空孔洞。
12. 一種形成變壓器與電感元件之組合結構之方法，包含步驟：
        提供一導電基座，其係包含一第一導電板、一第二導電板及一第三導電板，其中該第三導電板係設置於該第一導電板及該第二導電板之間，且該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板係設置於同一水平高度且共同定義出一平面；
        提供一變壓器，其係包含一繞線基座、一繞線結構、一導電結構以及一磁芯組，其中該導電結構係至少部分容置於該繞線基座中，該導電結構包含複數個導電單元，每一該導電單元係具有一中空孔洞及複數個延伸部，且該複數個導電單元之該複數個中空孔洞對應地形成一貫穿通道；
        提供一電感元件，其係具有一出線端；
        將該導電單元之該複數個延伸部插設於該導電基座之該第一導電板、該第二導電板及該第三導電板上，並將該電感元件之該出線端插設於該導電基座之該第三導電板上；以及
        藉由一焊料於同一過爐焊錫製程中將該導電單元之該複數個延伸部及該電感元件之該出線端固定於該導電基座上，俾使該變壓器與該電感元件設置於該導電基座之同一側上。
13. 如申請專利範圍第12項所述之形成變壓器與電感元件之組合結構之方法，更包含步驟：提供一電路板，將其插設於該導電基座，並藉由該焊料於該同一過爐焊錫製程中固定於該導電基座上，俾使該變壓器、該電感元件與該電路板設置於該導電基座之同一側上。