TWI508110B - 磁性元件 - Google Patents

Description

磁性元件

本案係關於一種磁性元件，尤指一種薄型化、且可符合電氣安全規範、避免高壓跳火之磁性元件。

一般而言，電器設備中常設有許多磁性元件，如變壓器、電感元件等，而為了因應電器設備之薄型化，磁性元件及內部使用之導電繞組亦須朝薄型化的趨勢發展，以降低電器設備之整體體積。

舉例來說，習知的變壓器結構係如第1圖所示，如圖所示，習知變壓器1主要由磁心組11、繞線架12、初級繞線13以及次級繞線14所組成，其中，繞線架12係具有繞線槽121，用以供初級繞線13以及次級繞線14彼此重疊地疊繞於其上，且以例如絕緣膠帶2絕緣分離。以及，在繞線架12中更具有一貫穿通道122，且在繞線架12兩側之底部更具有複數個接腳123，用以與初級繞線13以及次級繞線14連接，俾使該初級繞線13以及次級繞線14可與一電路板(未圖示)電連接。至於磁芯組11通常由第一磁芯部111與第二磁芯部112所組成，且其係為EE型鐵心，其係分別具有第一軸心部111a及112a。

當變壓器1進行組裝時，主要係將第一磁芯部111之第一軸心部111a以及第二磁芯部112的第二軸心部112a分別對應於繞線架12 之貫穿通道122，並將第一軸心部111a、第二軸心部112a容設於貫穿通道122內，並使第一磁芯部111與第二磁芯部112相互對應組裝，藉由設置於繞線架12上之初級繞線13、次級繞線14與第一磁芯部111與第二磁芯部112之間產生電磁耦合感應，藉以達到電壓轉換之目的。

一般而言，變壓器1之繞線架12通常會由一塑膠材料所形成，且由於其係具有繞線槽121及貫穿通道122等結構，故當習知變壓器1組裝時，則會因繞線架12已具有一定的體積、厚度，而導致當初級繞線13及次級繞線14繞設於其上時，更增加其厚度，且當磁芯組11與該設有初級繞線13、次級繞線14之繞線架12對應組裝後，變壓器1之體積會更為龐大，而難以符合薄型化之趨勢。

再者，在習知變壓器1中，由於初級繞線13及次級繞線14係為彼此交疊繞設於繞線架12之繞線槽121中，因此，在初級繞線13與次級繞線14分別拉線連接至接腳123時，則該初級繞線13與次級繞線14之暴露部分線圈極易因安全距離不足的原因而產生跳火(短路)的現象，進而造成變壓器1的毀損。

有鑑於此，如何發展一種磁性元件，俾解決習知技術之變壓器具有體積大、且易產生高壓跳火之缺失，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

本案之主要目的在於提供一種磁性元件，俾解決習知磁性元件體積過大與易產生高壓跳火的情形，進而導致磁性元件損毀之缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，包括：第一磁芯部件，具有一表面，該表面上設有第一接觸單元組及第二接觸單元組，其中第一接觸單元組之內側邊與該表面之第一側邊之間的距離係大於第二接觸單元組之內側邊與第一側邊之間的距離。

為達上述目的，本案之又一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，包括：第一磁芯部件，具有一表面，該表面上設有第一接觸單元組及第二接觸單元組，其中第一接觸單元組或第二接觸單元組之外側邊與該表面之第一側邊之間具有一距離。

根據本案之構想，其中該表面具有斜面，斜面與第一接觸單元組或第二接觸單元組接觸。

根據本案之構想，其中第一接觸單元組或第二接觸單元組之內側邊不平行第一側邊。

根據本案之構想，其中第一接觸單元組或第二接觸單元組更具有凹部結構。

根據本案之構想，其中磁性元件更包括第一繞線組及第二繞線組，分別繞設於第一磁芯部件上。

根據本案之構想，其中第一繞線組及第二繞線組之長度係不等長。

為達上述目的，本案之又一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，包括：第一磁芯部件；第一繞線組，繞設於第一磁芯部件上；以及第二繞線組，繞設於第一磁芯部件上；其中，第一繞線組及 第二繞線組之長度係不等長。

根據本案之構想，其中第一繞線組和第二繞線組之纏繞方向不同。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種磁性元件，包括：第一磁芯部件；以及第二磁芯部件，且第一磁芯部件與第二磁芯部件之間係藉由磁膠相連接，其中磁膠之粒徑為1000nm以下。

1‧‧‧變壓器

11‧‧‧磁芯組

111‧‧‧第一磁芯部

111a‧‧‧第一軸心部

112‧‧‧第二磁芯部

112a‧‧‧第二軸心部

12‧‧‧繞線架

121‧‧‧繞線槽

122‧‧‧貫穿通道

123‧‧‧接腳

13‧‧‧初級繞線

14‧‧‧次級繞線

2‧‧‧絕緣膠帶

3、4‧‧‧磁性元件

30、40‧‧‧磁芯組

31、41‧‧‧第一磁芯部件

310、410‧‧‧表面

311、411‧‧‧第一側邊

312、412‧‧‧第二側邊

313、315、413、415‧‧‧第一接觸單元組

314、316、414、416‧‧‧第二接觸單元組

313a、313b、314a、314b、315a、315b、316a、316b、413a、413b、414a、414b‧‧‧接觸單元

313c、313e、314c、314e、315c、315e、316c、316e、413c、413e、414c、414e‧‧‧內側邊

313d、313f、314d、314f、315d、315f、316d、316f、413d、413f、414d、414f‧‧‧外側邊

317a、317b‧‧‧斜面

32、42‧‧‧第二磁芯部件

d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7‧‧‧距離

33‧‧‧第一繞線組

34‧‧‧第二繞線組

330、331‧‧‧第一導線

340、341‧‧‧第二導線

330a、330b、331a、331b、340a、340b、341a、341b‧‧‧端部

35‧‧‧第一層繞組

36‧‧‧第二層繞組

37‧‧‧磁膠

414g‧‧‧凹部結構

417‧‧‧第三側邊

第1圖：係為習知變壓器之結構示意圖。

第2圖：係為本案第一較佳實施例之磁性元件之磁芯組之結構示意圖。

第3圖：係為本案第一較佳實施例之磁性元件之結構示意圖。

第4圖：係為第3圖所示之第一磁芯部件之剖面結構示意圖。

第5圖：係為第3圖所示之磁芯組之組接結構示意圖。

第6圖：係為本案第二較佳實施例之磁性元件之磁芯組之結構示意圖。

第7圖：係為本案第三較佳實施例之磁性元件之磁芯組之結構示意圖。

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，且其中的說明及圖式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，其係為本案第一較佳實施例之磁性元件之磁芯組之結構示意圖。如圖所示，本案之磁性元件3包括磁芯組30。磁芯組30具有第一磁芯部件31以及第二磁芯部件32，於一些實施例中，第一磁芯部件31係可為鼓形鐵芯，第二磁芯部件32則可為一板狀鐵芯，但磁芯組30之型態並不以此為限，其係可依實際施作情形而任施變化。

於本實施例中，第一磁芯部件31具有一表面310，該表面310具有第一側邊311及第二側邊312，且第一側邊311係與第二側邊312相對應。如第2圖所示，在表面310上設置有第一接觸單元組313及第二接觸單元組314，且第一接觸單元組313及第二接觸單元組314鄰近第一側邊311。於一些實施例中，第一接觸單元組313相對於第二接觸單元組314係設置於外側，第二接觸單元組314係設置於第一接觸單元組313之內側，其中此內外側是相對於表面310之中心點而言。第一接觸單元組較佳係具有2以上之正整數之接觸單元，而第二接觸單元組314則具有1以上之正整數之接觸單元，但不以此為限。以本實施例為例，本案之第一接觸單元組313係具有2個接觸單元313a、313b，且本案之第二接觸單元組314亦具有2個接觸單元314a、314b，但於另一些實施例中，第二接觸單元314亦可僅具有1個接觸單元即可，其接觸單元之數量係可依實際施作情形而任施變化，並不以此為限。

請續參閱第2圖，第一磁芯部件31之第一接觸單元組313中的每一 接觸單元313a、313b分別具有一內側邊313c、313e及一外側邊313d、313f，且第二接觸單元組314中的每一接觸單元314a、314b亦具有一內側邊314c、314e及一外側邊314d、314f，其中此內外側邊是相對於表面310之中心點而言。該第一接觸單元組313的內側邊313c、313e與第一側邊311之間的距離d1係實質上大於該第二接觸單元組314的內側邊314c、314e與第一側邊311之間的距離d2。至於第一接觸單元組313及第二接觸單元組314之外側邊313d、313f及314d、314f，其係可與第一側邊311齊平設置，亦不以此為限。第一接觸單元組313或第二接觸單元組314之內側邊可以不平行該第一側邊311，此時可以進一步提高線材固定穩定度及強度，並可避免產生高壓跳火。本案之第一接觸單元組313與第二接觸單元組314可以為不等長之結構，於一些實施例中，第二接觸單元組314相較於第一接觸單元組313係為單側內縮之結構，但不以此為限。

此外，在第一磁芯部件31之表面310的第二側邊312上，亦可同樣設置第一接觸單元組315及第二接觸單元組316，且第一接觸單元組315亦可具有2以上之正整數之接觸單元315a、315b，第二接觸單元組316則具有1以上之正整數之接觸單元316a、316b。第一接觸單元組315的內側邊315c、315e與第二側邊312之間的距離d3係實質上大於該第二接觸單元組316的內側邊316c、316e與第二側邊312之間的距離d4，甚至於，第一接觸單元組315及第二接觸單元組316之外側邊315d、315f及316d、316f亦可與第二側邊312齊平設置，但不以此為限。

於本實施例中，第二側邊312上的第一接觸單元組315及第二接觸 單元組316係與第一側邊311上的第一接觸單元組313及第二接觸單元組314對稱設置，但不以此為限。

請參閱第3圖，其係為本案第一較佳實施例之磁性元件之結構示意圖，如圖所示，本案之磁性元件3除了磁芯組30之外，更包括第一繞線組33及第二繞線組34，第一繞線組33及第二繞線組34係共同繞設於磁芯組30之第一磁芯部件31上，且第一繞線組33係與第一磁芯部件31之第二接觸單元組314、316電連接，第二繞線組34係與第一接觸單元組313、315電連接，用以與第一磁芯部件31及第二磁芯部件32產生電磁耦合感應。

於一些實施例中，磁性元件3係可為一變壓器，但不以此為限。且於本實施例中，第一繞線組33係具有兩組第一導線330、331，第二繞線組34具有兩組第二導線340、341，其中不僅第一導線330、331與之繞設方向可以不同，第二導線340、341之繞設方向也可以不同，甚至第一繞線組33與第二繞線組34之繞設方向也可以不同，此時，磁性元件3可以獲得更佳之磁效益。第一繞線組33及第二繞線組34所具有之導線數目可以為1以上之正整數即可，並不以前述為限，其具體導線數目係可依實際施作情形而任施變化。第一繞線組33之第一導線330、331分別具有兩端部330a、330b、331a、331b，且第一導線330、331之一端部330a、331a係與第一磁芯部件31之第一側邊311上的第二接觸單元組314的接觸單元314a、314b電連接，而另一相對端部330b、331b則與第二側邊312上的第二接觸單元組316的接觸單元316a、316b電連接；至於第二繞線組34之第二導線340、341，其亦同樣具有相對應設置的兩端部340a、340b、341a、341b，並可分別與第一側邊311上 的第一接觸單元組313之接觸單元313a、313b以及第二側邊312上的第一接觸單元組315之接觸單元315a、315b電連接。

請同時參閱第3圖及第4圖，其中第4圖係為第3圖所示之第一磁芯部件31之剖面結構示意圖。如第3圖所示，將第一繞線組33之第一導線330及331之端部330a及331a分別與第二接觸單元組314之接觸單元314a、314b電連接固定後，將第一繞線組33捲繞於第一磁芯部件31中段部位形成如第4圖所示之第一層繞組35。之後將第一導線330及331之端部330b及331b分別與第二接觸單元組316之接觸單元316a、316b電連接。

接著，將第二繞線組34之第二導線340及341之端部340a及341a分別與第一接觸單元組313之接觸單元313a、313b電連接固定後，將第二繞線組34捲繞於第一磁芯部件31中段部位形成如第4圖所示之第二層繞組36。之後將第二導線340及341之端部340b及341b分別與第一接觸單元組315之接觸單元315a、315b電連接。當然，第一繞線組33及第二繞線組34之繞設方式並不以此為限，其亦可依實際需求而進行調整變化，例如第一繞線組33及第二繞線組34之繞設順序可互換。

由此可見，本案之磁性元件3之上述繞設方式可適用自動化之繞線製程，藉此可降低人工繞線所耗費之工時，同時更可提升繞線品質。

除此之外，請同時參閱第2、3、4圖，此處僅就第一繞線組33及第二繞線組34與第一側邊311之第一接觸單元組313及第二接觸單元組314之連接關係為例進行說明，至於另一相對之第二側邊312 與第一繞線組33及第二繞線組34之連接關係亦可對應推知，故不再贅述。如圖所示，當第一繞線組33及第二繞線組34繞設於第一磁芯部件31上時，由於第一接觸單元組313的內側邊313c、313e與第一側邊311之間的距離d1係實質上大於第二接觸單元組314的內側邊314c、314e與第一側邊311之間的距離d2，因此，當第一繞線組33先繞設於第一磁芯部件31以構成第一層繞組35之後，第二繞線組34再進行拉線繞設作業時，其端部340a、341a與第一接觸單元組313連接之位置和第一繞線組33與第二接觸單元組314連接之位置係相互錯開，如此使得第一繞線組33與第二繞線組34之間具有足夠的安全距離，即該兩繞線組33、34於拉線繞設時不會重疊交錯，進而可避免產生高壓跳火之情形。

再者，由於本案之第二接觸單元組314相較於第一接觸單元組313係為內縮之結構，因而當第一繞線組33及第二繞線組34之兩端分別與第一側邊311及第二側邊312上的第二接觸單元組314、316及第一接觸單元組313、315固定連接時，第一繞線組33之繞線330、331與第二繞線組34之繞線340、341兩者的長度係不等長，以本實施例為例，第一繞線組33之長度係實質上大於第二繞線組34之長度，但不以此為限。

請參閱第5圖，其係為第3圖所示之磁芯組之組接結構示意圖。於一些實施例中，當磁性元件3之第一繞線組33及第二繞線組34與第一磁芯部件31繞設完成後，則可透過一磁膠37將繞設有第一繞線組33及第二繞線組34之第一磁芯部件31與第二磁芯部件32相互組接時，藉由該磁膠37以填補第一磁芯部件31及第二磁芯部件32之間的間隙，進而可使第一磁芯部件31與第二磁芯部件32緊密接 合，而無須再使用其他之黏合媒介。此外，磁膠37除具有使兩磁芯部件31、32結合之功效外，更可具有導磁之功效，進而可增加磁性元件3之電感。其中，磁膠37之材質係為具有導磁材料之膠體，該導磁材料例如可為鐵、鈷、鎳等，但不以此為限，而膠體係可為但不限為矽膠(Silicone)、環氧樹脂(Epoxy)等。以及，該磁膠37係可由具磁性之微細磁粉粒子所構成，例如該磁粉之粒徑係可為5000nm以下，較佳是1000nm以下，更佳是10~100nm。當磁膠37中之磁粉粒徑越小時，其填補間隙及導磁之功效更佳，尤其該磁粉粒徑為10~100nm時，其效果更為顯著。

請參閱第6圖，其係為本案第二較佳實施例之磁性元件之磁芯組之結構示意圖。如圖所示，本實施例之磁性元件3之磁芯組30中之第一磁芯部件31以及第二磁芯部件32等結構大致與前述實施例相仿，惟於本實施例中，於第一磁芯部件31上更具有兩斜面317a、317b，但不以此為限。如圖所示，斜面317a係與第一接觸單元313a、313b或第二接觸單元314a、314b接觸，且該斜面317係自第二接觸單元314a、314b之內側邊314c、314e向下傾斜至第一接觸單元313a、313b之內側邊313c、313e處。相仿地，設置於另一相對之第二側邊312上亦具有斜面317b，且其同樣與第一接觸單元315a、315b或第二接觸單元316a、316b接觸，並自第二接觸單元316a、316b之內側邊316c、316e向下傾斜。藉由此斜面317a、318b之設置，進而可進一步加強第一磁芯部件31之結構強度，以及其第一接觸單元組313、315及第二接觸單元314、316之結構強度，同時，更可加強其避免產生高壓跳火之效果。

除前述實施方式外，本案之磁性元件之磁芯組之第三較佳實施態 樣係如第6圖所示，如圖所示，本案之磁性元件4包括磁芯組40。磁芯組40具有第一磁芯部件41以及第二磁芯部件42，與前述本實施例相仿，第一磁芯部件41具有表面410，該表面410具有第一側邊411及第二側邊412，且第一側邊411係與第二側邊412相對應。以及，在鄰近表面410之第一側邊411處設置有第一接觸單元組413及第二接觸單元組414，與前述實施例相仿，表面410之第二側邊412上亦設置相對應之第一接觸單元組415及第二接觸單元組416，然由於其結構及設置方式均與第一側邊411之第一接觸單元組413及第二接觸單元組414相仿，故於此僅以第一側邊411上之第一接觸單元組413及第二接觸單元組414為例進行說明。

於本實施例中，第一接觸單元組413係具有2個接觸單元413a、413b，且本案之第二接觸單元組414亦具有2個接觸單元414a、414b，然其設置之數量並不以此為限。其中，第一接觸單元組413中的接觸單元413a、413b分別具有內側邊413c、413e及外側邊413d、413f，且第二接觸單元組414中的接觸單元414a、414b亦各自具有內側邊414c、414e及外側邊414d、414f。以及，與前述實施例相同，該第一接觸單元組413的內側邊413c、413e與第一側邊411之間的距離d5係實質上大於該第二接觸單元組414的內側邊414c、414e與第一側邊411之間的距離d6。

惟於本實施例中，請參閱第6圖，第一接觸單元組413之接觸單元413a、413b之外側邊413d、413f與第一側邊411之間係具有一距離d7，且第二接觸單元組414之接觸單元414a、414b之外側邊414d、414f係與第一側邊411齊平設置，故此，第一接觸單元組413與第二接觸單元組414之外側邊413d、413f及414d、414f即非 為設置於同一平面上，且由於第一接觸單元組413之外側邊413d、413f與第一側邊411之間存在的距離d7，故其相對於第二接觸單元組413係為內縮之結構，如此一來，當欲在第一磁芯部件41上進行繞線設置時，則可因其內縮而具有更足夠的空間，而有利於進行焊接作業，且其與第二接觸單元組414之距離更遠，更有利於防止高壓跳火之情形。

於另一些實施例中，第一接觸單元組413更具有一凹部結構414g，但不以此為限，舉例來說，該凹部結構414g係可設置於外側單元組414之內側邊413d上，且鄰近於第一磁芯組件41之第三側邊417，且該第三側邊417係與第一側邊411相鄰設置，藉由此凹部結構414g之設置，使得外側單元組414之內側邊413d與第三側邊417之間同樣具有一內縮之空間，故當磁性元件4進行繞線設置時，該凹槽結構414g同樣具有輔助掛線，可增加繞線末端焊接位置之長度，進而可便於進行焊接作業、同時亦可增加焊接強度。

綜上所述，本案之磁性元件包括第一磁芯部件、第一繞線組及第二繞線組，第一磁芯部件具有一表面，表面之至少一側邊上設有第一接觸單元組及第二接觸單元組，且第一接觸單元組之內側邊與該側邊之間的距離係大於第二接觸單元組之內側邊與該側邊之間的距離，藉此，當第一繞線組及第二繞線組與第二接觸單元組及第一接觸單元組對應連接，且繞設於第一磁芯部件上時，該第一繞線組與第二繞線組之長度係不等長，並使第一繞線組與第二繞線組於繞線時可維持安全距離，以避免產生高壓跳火之情形，俾降低變壓器損毀之機率。以及，第一磁芯部見知表面更可具有至少一斜面，以增強第一磁芯部件之結構強度，又或是在第一接 觸單元組或第二接觸單元組之外側邊與該側邊之間具有一距離，及/或於第一接觸單元組或第二接觸單元組上具有一凹部結構，以增強繞線焊接強度，俾利於焊接作業之進行。此外，第一磁芯部件更可透過一具有導磁功效之磁膠而與第二磁芯部件對應接合，藉此以使第一磁芯部件與第二磁芯部件緊密接合，並可增加磁性元件之電感。再者，由於本案磁性元件之繞線組係直接繞設於第一磁芯部件及第二磁芯部件上，故其可有效減少磁性元件之整體體積，以達到薄型化之目的。

本案得由熟知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。

3‧‧‧磁性元件

30‧‧‧磁芯組

31‧‧‧第一磁芯部件

311‧‧‧第一側邊

312‧‧‧第二側邊

313、315‧‧‧第一接觸單元組

314、316‧‧‧第二接觸單元組

313a、313b~316a、316b‧‧‧接觸單元

32‧‧‧第二磁芯部件

33‧‧‧第一繞線組

34‧‧‧第二繞線組

330、331‧‧‧第一導線

340、341‧‧‧第二導線

330a、330b、331a、331b、340a、340b、341a、341b‧‧‧端部

Claims (10)

1. 一種磁性元件，包括：一第一磁芯部件，具有一表面，該表面上設有一第一接觸單元組及一第二接觸單元組，其中該第一接觸單元組及該第二接觸單元組均設置於一第一側邊，且該第一接觸單元組之內側邊與該表面之該第一側邊之間的距離係大於該第二接觸單元組之內側邊與該第一側邊之間的距離。
2. 一種磁性元件，包括：一第一磁芯部件，具有一表面，該表面上設有一第一接觸單元組及一第二接觸單元組，其中該第一接觸單元組及該第二接觸單元組均設置於一第一側邊，且該第一接觸單元組或該第二接觸單元組之外側邊與該表面之該第一側邊之間具有一距離。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之磁性元件，其中該表面上具有一斜面，該斜面與該第一接觸單元組或該第二接觸單元組接觸。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之磁性元件，其中該第一接觸單元組或該第二接觸單元組之該內側邊不平行該第一側邊。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之磁性元件，其中該第一接觸單元組或該第二接觸單元組更具有一凹部結構。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之磁性元件，其更包括一第一繞線組及一第二繞線組，分別繞設於該第一磁芯部件上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之磁性元件，其中該第一繞線組及該第二繞線組之長度係不等長。
8. 如申請專利範圍第6項所述之磁性元件，其中該第一繞線組和該第二繞線組之纏繞方向不同。
9. 一種磁性元件，包括：一第一磁芯部件；一第一繞線組，直接繞設於該第一磁芯部件上；以及一第二繞線組，直接繞設於該第一磁芯部件上；其中，該第一繞線組及該第二繞線組之長度係不等長。
10. 如申請專利範圍第9項所述之磁性元件，其中該第一繞線組和該第二繞線組之纏繞方向不同。