TWI708272B - 具導熱結構之磁性裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種具導熱結構之磁性裝置，包含：金屬外殼，包含上外殼與下外殼，將磁性裝置的元件加以固定，並儲存磁性裝置運作時的能量；線圈，置於線圈架上，具有不同層數的初級繞組與次級繞組；導熱銅管，由線圈內延伸至線圈外，設置於上述線圈的空隙處，將線圈運作時產生的熱量導至磁性裝置外部；以及，導線，電性連接於線圈上，傳輸磁性裝置運作時的輸入電壓與輸出電壓。

Description

具導熱結構之磁性裝置

本發明涉及一種具導熱結構之磁性裝置，更詳而言之，為一種電力器件中的磁性裝置，藉由將導熱材料配合磁性裝置結構進行配置，使其運作時產生的熱量能有效傳導至外部，以保證磁性裝置運作的穩定。

磁性裝置，通常由繞組和磁芯構成，其為儲能、能量轉換及電氣隔離所必備的電力器件，主要包括變壓器、電感器、馬達等三大類，幾乎所有電力器件的電路中，都離不開磁性裝置，因此其可說是電子技術最重要的組成部分之一。其中，所述的變壓器、電感器等磁性裝置雖然只是一些看似不起眼的小零件，但是在電動汽車、LED電源、光伏逆變器等產品中卻是起著不可或缺的作用。一般而言，電子變壓器在產品中發揮變壓、濾波、儲能的作用；電感器則是解決EMI方面與電磁兼容的問題，而馬達則為將電能轉化成機械能，用以驅動其他裝置的電力器件。

當磁性裝置做用於電力器件時，一般大都以風冷或水冷的方式來強迫磁性裝置降溫。例如，在中華民國專利公告號I379329中，即揭示了一種變壓器結構，包含了由殼體、第一側面、基板、貫穿通道等元件組成的箱型外殼，以容納內部磁性元件。在該’329案中，其磁性元件為初級繞組與次級繞組，以絕緣膠帶固定後，在內部灌設導熱膠，以將上述主級繞組與次級繞組運作時所產生的熱量，藉由殼體，或在第一側面裝設水冷裝置加以排除。又例如，在中華民國專利公告號I677279中，其揭示了一種電源供應裝置，包含裝置殼體、一開關元件模組、磁性裝置模組，及散熱風扇，裝置殼體將上述元件包覆於其中，並具有入風端與出風端與，位於入風端與出風端之間的容置空間，而磁性裝置模組則包 含數個位於高發熱的磁性元件，散熱風扇係設於入風端，用以朝高發熱元件設置空間提供一散熱氣流。

然而，在一些不方便使用風冷和水冷方式散熱的應用情境，例如當磁性裝置於電力器件中裝設的位置較深入，或是電力器件的元件框架形貌變化比較複雜不規則，使得磁性元件往往因為無法直接與散熱器接觸散熱，或是無法在有效的風道內達到好的散熱效果。而當在電力器件中，用於對磁性裝置散熱的風扇、冷排、管線等降溫機構不好配置之時，如何將磁性裝置的加以降溫將是個大考驗。因此，目前市面上，依然亟需一種在複雜元件框架中，具有較佳地導熱結構，使電子器件的磁性裝置能正常地發揮其應有功能的架構，以解決其散熱不佳的問題。

有鑒於前述習知技術的缺點，本發明提出一種具導熱結構之磁性裝置，其結構包含：金屬外殼，包含上外殼與下外殼，將磁性裝置的元件加以固定，並儲存磁性裝置運作時的能量，其中所述的下外殼具有線圈架；線圈，置於線圈架上，依磁性裝置所需的輸入電壓與輸出電壓，具有不同層數的初級繞組與次級繞組；導熱銅管，呈長條形，設置於上述線圈的空隙處，中段處並具有一彎折觸角狀，將線圈運作時產生的熱量導至磁性裝置外部；以及，導線，連接於線圈上，傳輸磁性裝置運作時的輸入電壓與輸出電壓。

根據本發明之內容，上述的上外殼具有一固定架，當上外殼與下外殼接合為金屬外殼時，固定架與線圈架可做固定金屬外殼和線圈的固定結構，達到將磁性裝置的元件加以固定的目的。

根據本發明之實施例，所述繞組的配置方式，可為層式繞組或餅式繞組，其中所述的層式繞組，為線圈沿著線圈架的軸向依每一層的次序連續排列繞制；而本發明所述的餅式繞組，則為多個繞組的線圈方式沿著線圈架縱向的方式排列。

根據本發明之內容，上述的導熱銅管數量可依應用的需求設置為n個，其中n≧1，其內部並含有導熱液，藉由導熱銅管的兩端分別接觸線圈與外部散熱器、冷排，或風扇，強化導熱銅管的散熱效果。在本發明一實施例中，其能夠有效降低磁性裝置運作時的溫度範圍為0℃-30℃。其中，為使導熱銅管得以有效的將熱量導出線圈外部，並使導熱液能維持較長時間的使用壽命，因此導熱液的成份，可為但不限於水、有機溶劑、銅、鎳、黃銅、鋁，或以上成份的混合物。

根據本發明之內容，上述線圈的空隙處設置有與線圈接觸，呈長條形之散熱片，該散熱片之一端連接導熱銅管，以增強將線圈運作時產生的熱量導出至磁性裝置外部的效率。在本發明一實施例中，線圈可先以第一層的散熱片貼合線圈，並將導熱銅管固定於散熱片之後，在以第二層的散熱片加以包覆導熱銅管，使散熱片-導熱銅管-散熱片形成為一多層堆疊的三明治結構。

根據本發明之一實施例，上述的散熱片藉由絕緣膠帶，將散熱片、線圈、導熱銅管加以固定於金屬外殼之上。

根據本發明一實施例，上述線圈的空隙處灌注有導熱膠，透過導熱膠與線圈、導熱銅管的接觸，增加將線圈運作時產生的熱量導出至磁性裝置外部的效率。

根據本發明之一實施例，導線之一端與線圈電性連接，另一端則電性連接於電源或印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。在本發明之一觀點中，若磁性裝置作為一變壓器時，可藉由該印刷電路板控制磁性裝置的運作。

以上所述係用以說明本發明之目的、技術手段以及其可達成之功效，相關領域內熟悉此技術之人可以經由以下實施例之示範與伴隨之圖式說明及申請專利範圍更清楚明瞭本發明。

100:磁性裝置

101:金屬外殼

101a:上外殼

101c:固定架

101e:下外殼

101g:線圈架

103:導熱銅管

105:線圈

107:導線

109:散熱片

111:空隙處

113:固定處

如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。

圖1為本發明之裝置外觀立體圖。

圖2為本發明之裝置元件分解圖。

本發明將以較佳之實施例及觀點加以詳細敘述。下列描述提供本發明特定的施行細節，俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外，本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋，即使其與本發明某特定實施例之細節描述一起使用。

本發明之目的，在於針對不方便使用風冷和水冷方式散熱的應用情境，例如當磁性裝置於電力器件中裝設的位置較深入，或是電力器件的元件框架形貌變化比較複雜不規則，使得風扇、冷排、管線等降溫機構不易配置，可能使磁性裝置運作時產生的熱量不易導出至外部，而使得溫度過高導致磁性裝置存在故障的風險。因此，本發明提出一種具有改良導熱結構的磁性裝置，藉由能與金屬外殼的特殊構型配合的導熱銅管、線圈、散熱片、導熱膠等結構，使電子器件的磁性裝置能在正常的工作溫度下發揮其應有功能，解決其運作時散熱不佳的問題。此外，在本發明中，所述的磁性裝置，可作為但不限於變壓器、電感器、馬達等具有儲能、能量轉換及電氣隔離等功能的裝置，其同樣僅用於說明其應用的方式，而非用以限制本發明之申請專利範圍。

為達上述目的，請參閱圖1裝置整體的結構立體圖，與圖2裝置 元件的分解圖，本發明所提出之具導熱結構之磁性裝置(100)，其結構包含：金屬外殼(101)，包含上外殼(101a)與下外殼(101e)，將磁性裝置(100)的元件加以固定，並儲存磁性裝置(100)運作時的能量；所述的下外殼(101e)具有線圈架(101g)；線圈(105)，置於線圈架(101g)上，依磁性裝置(100)所需的輸入電壓與輸出電壓，具有所需層數的繞組；導熱銅管(103)，呈長條形，設置於上述線圈(105)的空隙處(111)，中段處並具有一彎折觸角狀，將線圈(105)運作時產生的熱量導至磁性裝置(100)外部；以及，導線(107)，連接於線圈(105)上，傳輸磁性裝置(100)運作時的輸入電壓與輸出電壓。其中，上外殼(101a)與下外殼(101e)的構型為互相對稱，當上外殼(101a)的底端，與下外殼(101e)的上端接觸時，能透過固定架(101c)與線圈架(101g)卡合為完整的金屬外殼(101)，線圈(105)則被設置於線圈架(101g)與固定架(101c)的中間。

承上述，在本發明一實施例中，金屬外殼(101)為配合電力器件中裝設的位置與形貌，其固定架(101c)與線圈架(101g)由仰視或俯視的角度觀之，均分別位於上外殼(101a)與下外殼(101e)的中央位置，呈一具有圓角的柱狀矩形，並往兩側邊緣方向延伸為三角狀，使線圈(105)之一部分得以裸露於金屬外殼(101)的外部，如此線圈(105)和空氣接觸的面積亦得以增加，而相應使空氣對流而能導出的熱能增加，達到本發明改善磁性裝置(100)因於電力器件中裝設的位置比較深，而無法以風扇、冷排、管線等降溫機構直接吹拂或與線圈(105)接觸之目的。

在本發明之一實施例中，當將磁性裝置(100)應用為一變壓器時，所述的線圈(105)可依據輸入電壓及輸出電壓的需求，而具有不同層數的初級繞組與次級繞組。其中，上述的初級繞組與次級繞組的配置方式，可為層式繞組或餅式繞組。其中所述的層式繞組，為線圈(105)沿著線圈架(101g)的軸向依每一層的次序連續排列繞制的；而所述的餅式繞組，則為多個繞組的線圈(105)沿著線圈架(101g)縱向的方式排列。根據本發明之一觀點，在磁性裝置(100)的應用中，當其應用的情境須強調具有較高的生產性，與結構的緊湊性時，可選擇將線圈(105)以層式繞組的方式配置；另一方面，當其應用的情境須強調具有較高的散熱性能時，則以餅式繞組的配置為較佳。

此外，根據本發明之一觀點，為求進一步增進降溫的幅度，使磁性裝置(100)在承受較高電功率運作時仍不致於大幅度使溫度升高而影響其運作時的效能或減損磁性裝置(100)的使用壽命，所述的導熱銅管(103)之長度可依應用之需要配置，並藉由絕緣膠帶固定於線圈(105)裸露於金屬外殼(101)之外部的位置，並可視磁性裝置(100)裝設於電力器件中的位置，往外延伸延伸為所需的任意形狀，以將導熱銅管(103)連接於外部的散熱器、風扇，或冷排上。其中，該導熱銅管(103)的內部含有導熱液，其導熱液的選擇，在本發明一實施例中，可為但不限於水、有機溶劑、銅、鎳、黃銅、鋁，或以上成份的混合物，以強化導熱銅管(103)的散熱效果。在本發明較佳地實施例中，其能夠有效降低磁性裝置(100)運作時的溫度範圍為0℃-30℃。

根據本發明之一實施例，為使導熱銅管(103)與線圈(105)之間的接觸能加以電性絕緣，避免因線圈(105)經過一段時間使用後，而可能產生破損使磁性裝置(100)於運作時發生漏電肇生意外，因此本發明在所述線圈(105)與導熱銅管(103)之間設有軟式且絕緣的散熱片(109)，除了隔絕線圈(105)與導熱銅管(103)的直接接觸而產生可能的漏電意外，亦因其為軟式可彎曲的特性貼合線圈(105)的凹凸處，藉由增加散熱片(109)和線圈(105)的接觸面積，提高線圈(105)-散熱片(109)-導熱銅管(103)三者之間將熱量導出至磁性裝置(100)外部的效率。其中，在較佳地實施例中，為能較完全地電性絕緣導熱銅管(103)與線圈(105)，並強化散熱片(109)於磁性裝置(100)中的固定，因此線圈(105)可先以第一層的散熱片(109)環繞並貼合線圈(105)，並將導熱銅管(103)以絕緣膠帶固定於散熱片(109)之後，在以第二層的散熱片(109)加以包覆導熱銅管(103)的固定處(113)之位置，使散熱片(109)-導熱銅管(103)-散熱片(109)成為一由內而外的三明治的結構。

根據本發明之再一實施例，上述線圈(105)、金屬外殼(101)、固定架(101c)、線圈架(101g)、導熱銅管(103)等元件的空隙處(111)灌注有導熱膠，根據本發明之一觀點，在某些應用情境的考量下，例如對磁性裝置(100)的結構強度需求較大，或是對磁性裝置(100)的散熱性能要求較高之時，使用導熱膠除了可以使其在塗佈的過程中自然滲透到磁性裝置(100)的空隙處(111)，排除元件間 的空氣，以達到線圈(105)與導熱膠最大的接觸面積外，在導熱膠凝固後也能提供磁性裝置(100)元件間較高的剝離強度和耐衝擊強度，增加磁性裝置(100)在使用上的耐久性的同時，亦能增加線圈(105)運作時產生的熱量導出至磁性裝置(100)外部的效率。在本發明較佳地實施例中，其能夠降低磁性裝置(100)運作時的溫度範圍為0℃-30℃。

根據本發明之一實施例，導線(107)之一端與線圈(105)電性連接，另一端則電性連接於電源或印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。其中，所述的印刷電路板可用以控制磁性裝置(100)的運作，或由磁性裝置(100)提供傳輸印刷電路板所需的輸出電壓，或由外部電源傳輸磁性裝置(100)運作所需的輸入電壓。此外，導線(107)所配置的數量，可依據磁性裝置(100)應用的情境，例如線圈中所具有的繞組數量，而有相應不同的配置。

以上敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

100:具導熱結構之磁性裝置

101:鐵心

101a:上鐵心

101c:下鐵心

103:導熱銅管

105:線圈

107:導線

111:空隙處

113:固定處

Claims (8)

1. 一種具導熱結構之磁性裝置，包含：一金屬外殼，包含一上外殼與一下外殼，其中該下外殼設有一線圈架；一線圈，置於該線圈架上，傳輸輸入電壓與輸出電壓，包含至少一繞組；至少一導熱銅管，呈長條形，設置於該線圈的一空隙處，其中段處具彎折觸角狀，將熱量導至該線圈外部；至少一導線，電性耦接該線圈，傳輸輸入電壓與輸出電壓；以及，至少一散熱片，該散熱片電性絕緣，並貼合該至少一導熱銅管以及該線圈的凹凸處，將熱量倒出至該磁性裝置的外部；其中，該至少一導熱銅管，可降低該磁性裝置運作時的溫度範圍為0℃-30°C。
2. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該上外殼更包含一固定架，當該上外殼，與該下外殼接合為該金屬外殼時，將該磁性裝置中的元件加以固定，其中該上外殼與該下外殼的構型互相對稱。
3. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該至少一導熱銅管內部含有導熱液，其成份可為水、有機溶劑、銅、鎳、黃銅、鋁，或以上的混合物。
4. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該至少一散熱片，將該至少一導熱銅管包覆於中間，形成由內而外堆疊的一三明治結構。
5. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該至少一導熱銅管藉由一絕緣膠帶固定於該線圈的該金屬外殼之一固定處。
6. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該線圈、該金屬外殼、該至少一導熱銅管的該空隙處灌注有一導熱膠，藉此排除該磁性裝置元件內部的空氣，提供該磁性裝置較高的剝離強度和耐衝擊強度。
7. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該至少一繞組的排列方式，為該線圈沿著該線圈架的軸向依序連續排列繞制而成的層式繞組。
8. 如請求項1所述的具導熱結構之磁性裝置，其中該至少一繞組的排列方式，為該線圈沿著該線圈架縱向的方式排列而成的餅式繞組。

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