TWI459417B - 變壓器結構 - Google Patents

Description

變壓器結構

本案係關於一種變壓器結構，尤指一種具有部分削薄之磁芯，且不會影響現有電氣特性，更可達成薄型化目的之變壓器結構。

變壓器係為電器設備中經常使用之磁性元件，其係利用電磁感應原理而轉換與調整電壓，使電壓達到電器設備能夠適用的範圍。一般而言，傳統變壓器之結構主要包含繞線架、磁芯組、初級繞線以及次級繞線。其中，初級繞線與次級繞線之線圈繞設於繞線架之繞線區，變壓器即可藉由初級繞線輸入電壓，經磁芯組之電磁作用後，於次級繞線達到電壓轉換之目的。

於傳統的變壓器結構中，其磁芯組係具有固定的厚度，再搭配具有特定厚度的繞線架結構，故當兩者組裝之後，整體變壓器結構實具有一定厚度的體積大小，然而，由於現今電子裝置多朝向體積小、微型化及薄型化的目標發展，故設置於其內部的變壓器之體積必須因應此項需求而縮小其尺寸，換句話說，即為變壓器結構亦須朝薄型化之目標進行設計。

現有的變壓器薄型化設計多著墨於繞線架之薄型化設計，其原因在於，若將其磁芯進行削薄，則其於組裝時將會影響到變壓器整體的機械強度，且若磁芯進行削薄，亦可能會影響其磁路而導致 飽和失敗，進而影響到整體變壓器之電氣特性。

有鑑於此，如何發展一種可藉由削薄一部分之磁芯以增加繞線空間、同時更可增強繞線架之結構強度，並可達薄型化目標之變壓器結構，實為相關技術領域者目前迫切需要解決之課題。

本案之主要目的在於提供一種具有部分削薄之磁芯組之變壓器，且不會影響其磁通量，俾解決習知變壓器體積龐大之問題，同時可節省磁芯組之材料成本，並增強繞線架之結構強度，更可達變壓器結構之薄型化設計之目標。

為達上述目的，本案之一較廣實施態樣為提供一種變壓器結構，包括：繞線架，其具有一繞線部；繞組，繞設於繞線架之繞線部上；以及磁芯組，包括第一磁芯及第二磁芯，第一磁芯及第二磁芯係分別具有磁板、中柱及兩對應設置之第一邊柱及第二邊柱，其中中柱係與第一邊柱及第二邊柱共同定義出至少一薄化區，且薄化區之磁板係具有高低差；其中，繞線架相對於磁芯組之第一磁芯及第二磁芯之薄化區處係具有增厚結構，當繞線架設置於第一磁芯及第二磁芯之間時，繞線架之增厚結構係與薄化區具有高低差之磁板相對應設置。

1‧‧‧變壓器

10‧‧‧繞線架

100‧‧‧繞線區

101‧‧‧增厚結構

102‧‧‧通道

11‧‧‧繞組

110‧‧‧主級繞線

111‧‧‧次級繞線

12‧‧‧磁芯組

121‧‧‧第一磁芯

121a、122a、21a‧‧‧磁板

121b、122b、21b‧‧‧中柱

121c、122c、21c‧‧‧第一邊柱

121d、122d、21d‧‧‧第二邊柱

121e、122e、21e‧‧‧薄化區

122‧‧‧第二磁芯

21‧‧‧磁芯

X1、X3‧‧‧第一邊柱之切線

X2、X4‧‧‧第二邊柱之切線

Y1、Y2、B1、B2‧‧‧中柱之切線

L1、L2、A1、A2‧‧‧第一邊柱、第二邊柱到中柱的最短距離

第1圖係為本案第一較佳實施例之變壓器之分解結構示意圖。

第2圖係為第1圖所示之第一磁芯之結構示意圖。

第3圖係為本案另一較佳實施例之變壓器結構之磁芯結構示意圖 。

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，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案第一較佳實施例之變壓器之分解結構示意圖。如圖所示，本案之變壓器1包括繞線架10、繞組11以及磁芯組12等結構。其中，繞線架10具有繞線部100，用以供該繞組11繞設於其上，於一些實施例中，該繞組11係包括主級繞線110及次級繞線111，但不以此為限。至於磁芯組12，則包括第一磁芯121及第二磁芯122，該第一磁芯121及該第二磁芯122係分別具有一磁板121a、122a、一中柱121b、122b及兩對應設置之第一邊柱121c、122c及第二邊柱121d、122d等結構，且第一磁芯121及第二磁芯122之中柱121b、122b係與第一邊柱121c、122c及第二邊柱121d、122d共同定義出至少一薄化區121e、122e，且於該薄化區121e、122e處之磁板121a、122a係具有一高低差；以及，繞線架10相對於磁芯組12之第一磁芯121及第二磁芯122之薄化區121e、122e處係具有一增厚結構101，故當繞線架10對應設置於第一磁芯121及第二磁芯122之間進行組裝時，該繞線架10之增厚結構101係與該薄化區121e、122e具有高低差之磁板121a、122a相對應設置。

請續參閱第1圖，如圖所示，繞線架10係可為一薄型化之繞線架，其係具有繞線區100，當繞組11之主級繞線110及次級繞線111 繞設於繞線區100後，其係可分別由兩相對側進行出線。以及，於繞線架10之上、下兩相對表面皆具有分別與第一磁芯121、第二磁芯122之薄化區121e、122e相對應之增厚結構101，至於該增厚結構101之型態及數量係與第一磁芯121及第二磁芯122之薄化區121e、122e相對應，並不以本實施例所示之型態為限。

請同時參閱第1圖及第2圖，第2圖係為第1圖所示之第一磁芯之結構示意圖，如圖所示，由於磁芯組12之第一磁芯121及第二磁芯122係為相同且彼此對應之結構，故於此僅以第一磁芯121為例進行說明。於本實施例中，磁芯組12係可為PJ型鐵芯，但不以此為限。其中，第一磁芯121係由磁板121a、中柱121b、第一邊柱121c及第二邊柱121d所構成，其中磁板121a大致為一板狀結構，中柱121b則設置於磁板121a之中心處，且為一圓柱結構，至於第一邊柱121c及第二邊柱121d則分別對應設置於磁板121a之兩側，並向上垂直延伸而出，且第一邊柱121c與第二邊柱121d之間並未連接設置。如第2圖可見，第一邊柱121c之一端可延伸一切線X1，並使該切線X1與中柱121b之切線Y1垂直相交，另一端則同樣可以相同方式，找出其與中柱121b垂直相交的切線X3，相同地，第二邊柱121d之一端亦可延伸出與中柱121b之切線Y2垂直相交的切線X2，另一端也可延伸出切線X4，如此一來，該兩切線X1、X3共同定義出之範圍，以及另兩切線X2、X4共同定義出的範圍，則為變壓器1於電磁感應時，在第一磁芯121之最短磁路徑，以磁動勢(F)公式：F=H*L可知，其磁場強度(H)與距離(L)係呈反比，故當找出中柱121b與第一邊柱121c、第二邊柱121d之間的最短磁路徑，則可推知該範圍內的磁場強度(H)將是最大。又由磁感應強度 (B)公式：B=μ*H可知，磁場強度(H)係與磁通密度(B)呈正比，故前述的磁場強度最大的區域，其磁通密度當然較大。

反之來看，由前述之模擬方式即可找出第一磁芯121之磁通量最低的區域，該區域即在於以第一邊柱121c與中柱121b之切線Y1之垂直距離L1及第二邊柱121d與中柱12b之切線Y3之垂直距離L2之間所共同定義出之範圍，即為前述之薄化區121e，由於該薄化區121e的磁通密度係為較小之磁通密度，故對此薄化區121e的磁板121a進行削薄之動作，經電腦模擬計算後，對於變壓器1之磁通量並無影響，且該模擬結構更顯現出，其與未削薄之前的鐵芯磁通量幾乎相同，是以本實施例之薄化區121e的磁芯削薄並不會影響到變壓器1之電氣特性。

請同時參閱第1圖及第2圖，如圖所示，於本實施例中，第一磁芯121之薄化區121e係為一凹部結構，即該凹部處之磁芯係經由削薄所形成，同時，為與該凹部結構相對應，則繞線架10上之增厚結構101係為對應的凸部結構。如此一來，當繞線架10與第一磁芯121、第二磁芯122對應組裝時，則可藉由繞線架10上之凸部之增厚結構101與薄化區121e、122e之凹部結構相對應設置，藉此，不僅可實現磁芯組12薄型化之設計，同時藉由繞線架10上之增厚結構101而可增加繞線架10之支撐力，進而減少繞組10繞設時易產生之變形情形。當然，薄化區121e、122e之設計並不以此為限，其主要為藉由削薄該薄化區121e、122e之磁芯，以達到使變壓器結構1薄型化之目的，故其係可具有多種之實施態樣，舉例來說，薄化區121e、122e亦可為由內向外傾斜的一斜面結構，當然，若薄化區121e、122e係為斜面結構，則與之對應設置的繞線 架10之增厚結構101則為相對由外向內傾斜的斜面結構，藉由此兩相對應的斜面結構以使繞線架10之增厚結構101可與薄化區121e、122e彼此對應設置，由此可見，薄化區121e、122e之型態係可由實際施作情形而任施變化，並不以此為限。至於薄化區121e、122e之數量，於本實施例中，如第2圖所示，第一磁芯121之第一邊柱121c之切線X1、X3與第二邊柱121d之切線X2、X4係可定義出兩對應設置的薄化區121e(即為第一磁芯121的兩開口處)，然而其數量亦不以此為限。

請續參閱本案之第1圖，根據本案之構想，本案之變壓器1之組裝流程如下：首先，提供一繞線架10，將一繞組11之主級繞線110及次級繞線111分別繞設於繞線架10之繞線部100上，並使其分別朝繞線架10之兩相對側出線。接著，將磁芯組12之第一磁芯121及第二磁芯122之中柱121b、122b對應於繞線架10之通道102而分別向下、向上設置，以使繞線架10上、下表面的增厚結構101分別對應於第一磁芯121、第二磁芯122之薄化區121e、122e而設置，而使繞線架10可穩固地設置於第一磁芯121與第二磁芯122之間，最後，在進行相關之出線焊接作業以及以一絕緣介質(未圖示)進行絕緣、包覆固定作業，藉此以完成本案之變壓器1之組裝。如此一來，藉由具備薄化區121e、122e之第一磁芯121及第二磁芯122，不僅可節省磁芯組12之材料成本，同時更可透過磁芯組12之薄型化設置，以降低變壓器1之整體厚度，並可增強繞線架10之結構強度。

請參閱第3圖，其係為本案另一較佳實施例之變壓器結構之磁芯結構示意圖，如圖所示，磁芯21係與前述之實施例相同，具有磁 板21a、中柱21b、第一邊柱21c及第二邊柱22d等結構，且由其第一邊柱21c與中柱21b之切線B1之垂直距離A1及第二邊柱21d與中柱21b之切線B2之垂直距離A2之間亦同樣可定義出兩對稱設置之薄化區21e，且該薄化區21e的磁板21a係具有高低差，惟於本實施例中，此磁芯21係可為但不限為一RM型鐵芯。由此可知，磁芯21之型態並不限定為前述之PJ型鐵芯或是RM型鐵芯，其主要為模擬推算出該等鐵芯中磁通密度較小之區域，以將之定義為薄化區，進而可對該薄化區之磁板進行削薄之動作，以使磁芯薄型化，並可實現將變壓器結構薄型化之目標。

綜上所述，本案之變壓器結構係將磁芯組之磁通密度較低的區域定義形成薄化區，並對之進行削薄動作，以使薄化區之磁板具有高低差，並搭配繞線架之增厚結構之設計，以使繞線架之增厚結構與磁芯組之薄化區對應設置，並藉由該薄化區之設計以可節省磁芯組之材料成本，並可增強繞線架之結構強度，此外，由於薄化區之磁通密度較低，故於其削薄的情況下，不會影響到變壓器結構的整體磁通量，即其可於不影響現有的電氣特性之下，更能使磁芯組薄型化，進而可使變壓器達到薄型化設計之目標。因此，本案之變壓器結構，實為一具產業價值之發明，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝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‧‧‧變壓器

10‧‧‧繞線架

100‧‧‧繞線區

101‧‧‧增厚結構

102‧‧‧通道

11‧‧‧繞組

110‧‧‧主級繞線

111‧‧‧次級繞線

12‧‧‧磁芯組

121‧‧‧第一磁芯

121a、122a‧‧‧磁板

121b、122b‧‧‧中柱

121c、122c‧‧‧第一邊柱

121d、122d‧‧‧第二邊柱

121e、122e‧‧‧薄化區

122‧‧‧第二磁芯

Claims (7)

1. 一種變壓器結構，包括：一繞線架，其具有一繞線部；一繞組，繞設於該繞線架之繞線部上；以及一磁芯組，包括一第一磁芯及一第二磁芯，該第一磁芯及該第二磁芯係分別具有一磁板、一中柱及兩對應設置之第一邊柱及第二邊柱，其中該中柱係與該第一邊柱及該第二邊柱共同定義出至少一薄化區，該薄化區之範圍係由該第一邊柱與該中柱切線之垂直距離至該第二邊柱與該中柱切線之垂直距離共同定義而出，且該薄化區為由內向外傾斜的一斜面結構，並與其相鄰之該磁板具有一高低差；其中，該繞線架相對於該磁芯組之該第一磁芯及該第二磁芯之該薄化區處係具有一增厚結構，當該繞線架設置於該第一磁芯及該第二磁芯之間時，該繞線架之該增厚結構係與該薄化區具有高低差之該磁板相對應設置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該薄化區係為一凹部結構。
3. 如申請專利範圍第2項所述之變壓器結構，其中該繞線架之該增厚結構係為一凸部結構，以與該薄化區之該凹部結構相對應設置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該繞線架之該增厚結構係為由外向內傾斜的一斜面結構，以與該薄化區 之該斜面結構彼此對應設置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一磁芯及該第二磁芯係為一PJ型鐵芯。
6. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該第一磁芯及該第二磁芯係為一RM型鐵芯。
7. 如申請專利範圍第1項所述之變壓器結構，其中該繞組係包括一主級繞線及一次級繞線。