TWI758226B - 具有導熱填充物的磁性元件結構 - Google Patents

Abstract

本發明提出了一種具有導熱填充物的磁性元件結構，包含兩磁芯組裝在一起構成一內部容置空間與至少一磁芯開口，兩個板部透過一內柱結構及兩個外柱結構連接，一繞線架套設在內柱結構上，一線圈繞設在繞線架上，一繞線架外殼圍住繞線架與線圈且構成至少一個繞線開口朝向至少一個磁芯開口，繞線架外殼與繞線架所構成之包覆結構與磁芯之間有空隙存在，一導熱填充物形成在繞線架與繞線架外殼之間的空間中並包覆住至少一部份的線圈，以及一散熱面接合於磁芯及導熱填充物，該導熱填充物由至少一個磁芯開口及至少一個繞線開口向外延伸接合於散熱面。

Description

具有導熱填充物的磁性元件結構

本發明大體上與一種磁性元件結構有關，更具體言之，其係關於一種具有導熱填充物的磁性元件結構。

磁性元件，例如變壓器或電感器，也稱之為電抗器，是一種會對流經其間的電流變化產生抵抗的雙終端被動電子元件。它含有導體，如一繞線，其通常纏繞成線圈態樣。當電流流經其間時，能量會暫時儲存在線圈的磁場中。根據法拉第定律中的電磁感應原理，當流經導體的電流產生變化時，隨時間改變的電場會在該導體中產生出一電壓，以對抗這樣的電流變化。許多的磁性元件都具有鐵或鐵氧體製成的磁芯，其可用來增強電場與電感。

磁性元件被廣泛地用在使用交流電的電子設備上，特別是無線電設備、功率轉換或功率隔離等應用方面。例如電感器被用來阻擋交流電的流動並讓直流電通過，被設計來達成此目的的電感器被稱為扼流圈。他們也被用在電子濾波器中用來分離不同頻率的訊號，並且與電容器共同構成調諧電路(tuned circuit)。

5G無線系統與車用電子的發展與普及對本領域的業者提供了巨大的商機，市場對於這類被動元件極大的需求造成電感器或是變壓器供貨短缺。然而，磁性元件在實際工作時會因功率損耗而發熱，尤其對於大功率和高功率密度的磁性元件更是如此。5G無線系統與車用電子對磁性元件在這方面的特性會有更加嚴格的規範與要求。例如，如何更快更有效地將磁性元件中線圈與磁芯生成的熱散出是其重要的課題，因為生成的熱更多且不斷積累會在磁性元件運作中升高其溫度並降低其效能，最終或可導致整個元件燒壞。再者，由於磁性元件中磁芯與膠體的熱膨脹係數不一致，同時磁芯材質硬而脆，因此當溫度變化時，磁芯會容易受到膠體的擠壓，從而導致磁芯破裂。故此，目前業界仍需研發新的構造來改善磁性元件中磁芯與線圈的散熱。

為了改善磁性元件的散熱，本發明提出了一種具有導熱填充物的磁性元件結構，其特點在於不讓灌注膠影響鐵芯，讓鐵芯與線圈各自散熱，同時避免線圈加熱鐵芯，並針對功率損耗大、熱量高的線圈繞組進行局部灌膠，線圈繞組與鐵芯中間有空氣隔閡，避免線圈產生的熱傳到鐵芯。讓金屬簧片兼具機械固定及散熱目的，鐵芯的熱可以透過金屬簧片散熱，鐵芯也透過金屬簧片固定。

本發明的目的在於提供一種具有導熱填充物的磁性元件結構，包含兩磁芯組裝在一起構成一內部容置空間與至少一個磁芯開口，且兩個板部透過一內柱結構及兩個外柱結構連接，該內柱結構設置在該內部容置空間中。一繞線架套設在該內柱結構上，一線圈繞設在該繞線架上，一繞線架外殼圍住該繞線架與該線圈且構成至少一個繞線開口朝向該至少一個磁芯開口，該繞線架外殼與該繞線架所構成之包覆結構與該磁芯之間有空隙存在。一導熱填充物形成在該繞線架與該繞線架外殼之間的空間中並包覆住至少一部份的該線圈，以及一散熱面接合於該磁芯及該導熱填充物，該導熱填充物由該至少一個磁芯開口及該至少一個繞線開口向外延伸接合於該散熱面。

本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。

下文中本發明將參照隨附的圖示來進行詳細的說明，這些圖示構成了本發明的一部分並以繪圖以及可據以施行本發明的特定實施例之方式來展示。這些實施例中會描述足夠的細節讓本領域中的一般技術人士得以施作本發明。為了簡明與方便之故，圖示中某些部位的尺度與比例可能會刻意縮小或是以誇大的方式來表現。在不背離本發明範疇的前提下，發明中還可採用其他的實施例或是具有結構上、邏輯上以及電性上的變化。故此，下文的詳細說明不應以侷限的方式來看待，而本發明的範疇將由隨附的申請專利範圍來界定。

請參照第1圖，其為根據本發明較佳實施例中一具有導熱填充物的磁性元件結構的分解圖。在閱讀第1圖的說明時可同時參照第2~5圖，以更能清楚地了解本發明磁性元件結構在組裝後的態樣以及其在各個不同方向上的截面結構以及部件的相對位置與連結關係，其中第2~5圖分別為根據本發明較佳實施例中組裝後的磁性元件結構的立體圖以及其在X, Y, Z方向上的截面圖。

本發明的磁性元件結構100的外部包含兩個相對的磁芯101，其形狀較佳相互對應，且設計成可在組裝後形成一內部容置空間103來容納與固定磁性元件結構100的其他組成部件。較佳地，兩個磁芯101都具有各自的板部102、端側內柱部位105以及兩個外柱部位106，端側內柱部位105可在組裝後與一間隔內柱部位107對準相接並構成往X方向延伸的一內柱結構（如第4, 5圖中的108）來讓繞線架套設於其上，而兩組對接的外柱部位分別構成兩個外柱結構。於本實施例中，兩個外柱結構之間形成內部容置空間103，內柱結構108設置在內部容置空間103內。內柱結構108的截面可為圓形、橢圓形、餅形或是矩形等。內柱結構108中可以選擇性地設置隔片111或/及間隔內柱部位107。在實施例中，該間隔內柱部位107與端側內柱部位105之間還可設置隔片111，如耐熱、非導磁性的陶瓷隔片或雲母隔片，來分隔兩部位，其在後續的線圈繞組段落將有進一步的說明。磁芯101還具有至少一磁芯開口109（如第2圖中所示的上磁芯開口），以讓內部的組件能夠向外延伸。本發明的磁性元件結構100可以採用多種類型的磁芯101，例如EE形磁芯、UE形磁芯、UUI形磁芯、EI形磁芯、FF形磁芯、FL形磁芯、EQ形磁芯、EP形磁芯、ER形磁芯、ETD形磁芯、PM形磁芯以及PQ形磁芯等，其中外柱結構與內柱結構108可以是兩個磁芯101的一部份、單獨的一個柱狀結構或多個柱狀結構的磁芯所組成，都可適用於本發明。磁芯101的材料可為具有低導磁率的鐵粉芯，如鐵矽合金與鐵鎳合金，或是具有較高導磁率的鐵氧體。

在內部組件中，一繞線架113可套設在前述所組成的內柱結構108上（包括間隔內柱部位107與端側內柱部位105，如第4, 5圖所示），其可呈一中空桶體的形狀，尺寸設計成大體上能容置在磁芯101所形成的內部容置空間103中。繞線架113可具有供線圈纏繞的空間與過線的路徑，如繞線槽，也可具有金屬針腳的連接端子做為線圈纏繞時的支柱並可與PCB板銲接起到導電的作用，以及凸點、凹點、倒角等部位來決定設置的方向或針腳順序。前述繞線架113的金屬針腳、凸點、凹點等部位可經由磁芯開口109延伸到磁芯101外部（如第2圖所示）。本發明實施例中的繞線架113可為立式或臥式，其材料可為耐高溫、高強度的聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、酚醛樹脂（電木）或是工程塑膠。線圈115係纏繞並組裝在繞線架113上，其端子117可固定在繞線架113的凸點上並經由磁芯開口109延伸到磁芯101外部，如第2圖所示。本發明線圈115的類型可為銅片、銅箔、圓線、扁線、或是多股線（Litz線）等類型，如本實施例中所示的圓線態樣的線圈115。本發明的線圈115可具有多個特定繞組，並可與內柱結構108有相對的位置關係，其在後續的線圈繞組段落將有進一步詳細的說明。

除了上述的繞線架113與線圈115外，內部組件還包含繞線架外殼119圍住繞線架113的繞線槽與線圈115。繞線架外殼119可為兩個相對的外殼部件，其形狀設計成對應了磁芯101所形成的內部容置空間103，其組裝後會固定在磁芯101中並圍住大部分的繞線架113與線圈115。繞線架外殼119組裝後會形成至少一個繞線開口121，其朝向或對齊磁芯101的至少一磁芯開口109。如此，繞線架外殼119中的繞線架113與線圈115部位可依序經由繞線開口121與磁芯開口109延伸到磁芯101外部（如第2圖所示）。繞線架外殼119的材料可與繞線架113相同，如聚苯硫醚或酚醛樹脂。在本發明實施例中，繞線架外殼119除了用來保護與固定繞線架113與線圈115外，還可具有形塑導熱填充物的功能，以達成本發明只對線圈繞組進行局部灌膠的發明訴求。

在本發明實施例中，繞線架外殼119與繞線架113之間會有導熱填充物123形成。導熱填充物123的材料可為具有良好熱導率的無機材料，如環氧樹脂、矽膠、聚氨酯(Polyurethane, PU)，或是熱導率大於0.3W/mk（瓦/公尺·克耳文）的熱固性酚醛樹脂、熱塑性聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)、聚醯胺(Polyamide, PA)、聚苯硫醚(PPS)以及聚醚醚酮(Polyetheretherketone, PEEK)等材料。於一些實施例中，導熱填充物123更包含熱導率較高的非導磁元素，例如陶瓷、雲母。本發明實施例中，導熱填充物123的熱導率小於磁芯101的熱導率，例如含鐵元素(鐵矽合金、鐵鎳合金或是鐵氧體等)高導熱材料所構成的磁芯101，較佳者，導熱填充物123與磁芯101的熱導率差10倍以上。繞線架外殼119的熱導率小於磁芯101及導熱填充物123的熱導率。在本發明實施例中，導熱填充物123可以透過先將繞線架外殼119與繞線架113（包括繞設其上的線圈115）組裝後進行灌注上述導熱材料後形成。在此步驟中，繞線架外殼119與繞線架113具有類似模具的功用來形塑導熱填充物123，受灌注的導熱材料會填入繞線架外殼119與繞線架113之間的空間中並包覆住繞設在繞線架113上的線圈115（如第4, 5圖中的導熱填充物123所示），之後導熱材料固化後即形成如第1圖所示的導熱填充物123。於本實施例中，所形成的導熱填充物123較佳不要超出繞線架外殼119的繞線開口121，導熱填充物123會由繞線架外殼119的下方繞線開口121向外延伸出磁芯開口109，到磁芯101外部的散熱板125(散熱面)，繞線架113的連接端子(金屬針腳)、凸點、凹點以及線圈115的端子117等部位較佳地不會被導熱填充物123所包覆，以經由磁芯開口109延伸到磁芯101外部（如第2圖所示）。

在本發明實施例中，由於繞線架外殼119的存在以及使用繞線架外殼119與繞線架113作為模具來形塑導熱填充物123，所形成的導熱填充物123只會形成在繞線架外殼119與繞線架113之間的空間，並包覆住該空間中的線圈115，其不會接觸到磁芯101的內部容置空間103之磁芯內表面，較佳者亦不會接觸到磁芯101的磁芯外表面，如此能達到本發明所要的線圈繞組局部灌膠之功效。此設計的優點在於功率損耗大、熱能高的線圈繞組可以透過高導熱性的導熱填充物123來傳導熱能，其熱傳導路徑較短，可以達到有效散熱。較佳者，導熱填充物123不會接觸到磁芯101內部容置空間103之磁芯表面（如第5圖所示），如此線圈115所產生的熱能經由導熱填充物123傳導給磁芯101的量會減少，讓磁芯101的整體溫度更為均勻，不用擔心有特定部位受到局部熱應力的影響而導致磁芯破裂。磁芯101本身的熱能則可透過其他方式散出。換言之，線圈115所產生的熱能經由導熱填充物123傳導到散熱板125(散熱面)的量增加，而線圈115所產生的熱能經由導熱填充物123傳導到磁芯101的量則降低。

在本發明實施例中，磁芯101與線圈115所發出的熱能都可以經由一外部的散熱板125來散出。如第2圖所示，組裝後的磁性元件結構100會設置在散熱板125所提供的容置空間中，且散熱板125可從磁芯101的外側向磁芯101施加彈力來與磁芯101緊密接觸並將其固定（如第4, 5圖所示），如此磁芯101所發出的熱可以經由散熱板125散出。磁芯101因熱產生應力時，磁芯101向外的應力可以向外延伸到散熱板125藉此降低磁芯101的應力，進而避免磁芯破裂。再者，部分的導熱填充物123，如底部123a，可經由底部的繞線開口121與磁芯開口109向外延伸至與散熱板125，如底板部位125a，緊密接觸，如此線圈115所發出的熱可依序經由導熱填充物123與散熱板125散出（如第3, 4圖所示）。散熱板125可為高熱導性的金屬簧片，其材質可為不鏽鋼、銅或是壓鑄鋁合金等，例如ADC12。散熱板125可再與其他散熱裝置連接，如一水冷系統，來進一步提升其散熱效果。於一些實施例中，散熱板125可以是散熱裝置的一部份，磁性元件結構100的導熱填充物123及磁芯101的散熱面導熱性地連接到散熱裝置的散熱板125。

現在請參照第6圖，其為根據本發明另一實施例中一具有導熱填充物的磁性元件結構的分解圖。在閱讀第6圖的說明時可同時參照第7圖，以更能清楚地了解本發明磁性元件結構在組裝後的態樣以及其在各個不同方向上的截面結構以及部件的相對位置與連結關係，該第7圖為根據本發明此實施例中組裝後的磁性元件結構在Y方向上的截面圖。

此實施例的磁性元件結構200的外部同樣包含兩個相對的磁芯201，其形狀較佳相互對應，且設計成可在組裝後形成一內部容置空間203來容納與固定磁性元件結構200的其他組成部件。較佳地，兩個磁芯201都具有各自的端側內柱部位205以及兩個外柱部位206，其可在組裝後與一間隔內柱部位207對準相接並構成往X方向延伸的一內柱結構（如第7圖中的208）來讓繞線架套設於其上，而兩組對接的外柱部位分別構成兩個外柱結構。於本實施例中，兩個外柱結構之間形成內部容置空間203，內柱結構208設置在內部容置空間203內。內柱結構208的截面可為圓形、橢圓形、餅形或是矩形等。內柱結構208中可以選擇性地設置隔片211或/及間隔內柱部位207。在實施例中，該間隔內柱部位207與端側內柱部位205之間還可設置隔片211，如耐熱、非導磁性的陶瓷隔片或雲母隔片，來分隔兩部位，其在後續的線圈繞組段落將有進一步的說明。磁芯201還具有至少一磁芯開口209，以讓內部的組件能夠向外延伸。本發明的磁性元件結構200可以採用多種類型的磁芯201，例如EE形磁芯、UE形磁芯、UUI形磁芯、EI形磁芯、FF形磁芯、FL形磁芯、EQ形磁芯、EP形磁芯、ER形磁芯、ETD形磁芯、PM形磁芯以及PQ形磁芯等，其中外柱結構與內柱結構208可以是兩個磁芯201的一部份、單獨的一個柱狀結構或多個柱狀結構的磁芯所組成，都可適用於本發明。磁芯201的材料可為具有低導磁率的鐵粉芯，如鐵矽合金與鐵鎳合金，或是具有較高導磁率的鐵氧體。

在內部組件中，一繞線架213（包含213a~213c三個部位）可套設在前述所組成的內柱結構208上（包括間隔內柱部位207與端側內柱部位205，如第7圖所示），其可呈一中空餅狀，尺寸設計成大體上能容置在磁芯201所形成的內部容置空間203中。繞線架213可具有供線圈纏繞的空間與過線的路徑，如繞線槽，也可具有連接端子做為線圈纏繞時的支柱並可與PCB板銲接起到導電的作用，以及凸點、凹點、倒角等部位來決定設置的方向或針腳順序。前述繞線架213的連接端子、凸點、凹點等部位可經由磁芯開口209延伸到磁芯201外部。本發明實施例中的繞線架213可為立式或臥式，其材料可為耐高溫、高強度的聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、酚醛樹脂（電木）或是工程塑膠。線圈215係纏繞並組裝在繞線架213上，其端子可固定在繞線架213的凸點上並經由磁芯開口209延伸到磁芯201外部，如第7圖所示。本發明線圈215的類型可為銅片、銅箔、圓線、扁線、或是多股線等類型，如本實施例中所示為銅片態樣的線圈215。本發明的線圈215可具有多個特定繞組，並可與內柱結構208有相對的位置關係，其在後續的線圈繞組段落將有進一步詳細的說明。

於前述實施例不同的是，本實施例中的繞線架213是由三個部位213a, 213b, 213c所組成，且隔片211的面積係設計成會超過內柱結構208的截面積，如此隔片211係同時作為內柱結構208中的間隔內柱部位207與端側內柱部位205之間的隔片以及作為繞線架213部位213a, 213b, 213c之間的隔片。此外，隔片211與繞線架213的中間部位213b之間還可加設一墊片212來調整組裝公差。

除了上述的繞線架213與線圈215外，內部組件還包含繞線架外殼219圍住繞線架213與線圈215。繞線架外殼219可為兩個相對的外殼部件，其形狀設計成對應了磁芯201所形成的內部容置空間203，其組裝後會固定在磁芯201中並圍住大部分的繞線架213與線圈215。繞線架外殼219組裝後會形成至少一個繞線開口221，其朝向或對齊磁芯201的至少一磁芯開口209。如此，繞線架外殼219中的繞線架213與線圈215部位可依序經由繞線開口221與磁芯開口209延伸到磁芯201外部。繞線架外殼219的材料可與繞線架213相同，如聚苯硫醚或酚醛樹脂。在此發明實施例中，繞線架外殼219除了用來保護與固定繞線架213與線圈215外，還可具有形塑導熱填充物的功能，以達成本發明只對線圈繞組進行局部灌膠的發明訴求。

在本發明實施例中，繞線架外殼219與繞線架213之間會有導熱填充物223形成。導熱填充物223的材料可為具有良好熱導率的無機材料，如環氧樹脂、矽膠、聚氨酯(PU)，或是熱導率大於0.3W/mk的熱固性酚醛樹脂、熱塑性聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)以及聚醚醚酮(PEEK)等材料。在本發明實施例中，導熱填充物223可以透過先將繞線架外殼219與繞線架213（包括繞設其上的線圈217）組裝後進行灌注上述導熱材料後形成。在此步驟中，繞線架外殼219與繞線架213具有類似模具的功用來形塑導熱填充物223，受灌注的導熱材料會填入繞線架外殼219與繞線架213之間的空間中並包覆住繞設在繞線架213上的線圈217（如第7圖中的導熱填充物223所示），之後導熱材料固化後即形成如第6圖所示的導熱填充物223。於本實施例中，所形成的導熱填充物223較佳不要超出繞線架外殼219的繞線開口221，導熱填充物223會由繞線架外殼219的下方繞線開口221向外延伸出磁芯開口209，到磁芯201外部的散熱板225(散熱面)，繞線架213的連接端子、凸點、凹點以及線圈215的端子等部位較佳地不會被導熱填充物223所包覆，以經由磁芯開口209延伸到磁芯201外部（如第7圖所示）。

在本發明實施例中，由於繞線架外殼219的存在以及使用繞線架外殼219與繞線架213作為模具來形塑導熱填充物223，所形成的導熱填充物223只會形成在繞線架外殼219與繞線架213之間的空間，並包覆住該空間中的線圈215，其不會接觸到磁芯201的內部容置空間203之磁芯內表面，較佳者亦不會接觸到磁芯201的磁芯外表面，如此能達到本發明所要的線圈繞組局部灌膠之功效。此設計的優點在於功率損耗大、熱能高的線圈繞組可以透過高導熱性的導熱填充物223來傳導熱能，其熱傳導路徑較短，可以達到有效散熱。較佳者，導熱填充物223不會接觸到磁芯201內部容置空間203之磁芯表面（如第7圖所示），如此線圈215所產生的熱能經由導熱填充物223傳導給磁芯201的量會減少，使得磁芯201的整體溫度更為均勻，不用擔心有特定部位受到局部熱應力的影響而導致磁芯破裂。磁芯201本身的熱能則可透過其他方式散出。換言之，線圈215所產生的熱能經由導熱填充物223傳導到散熱板225(散熱面)的量增加，而線圈215所產生的熱能經由導熱填充物223傳導到磁芯201的量則降低。

在本發明實施例中，磁芯201與線圈215所發出的熱能都可以經由一外部的散熱板225來散出。如第7圖所示，組裝後的磁性元件結構200會設置在散熱板225所提供的容置空間中，且散熱板225可從磁芯201的外側向磁芯201施加彈力來與磁芯201緊密接觸並將其固定，如此磁芯201所發出的熱可以經由散熱板225散出。再者，部分的導熱填充物223，如底部223a，可經由底部的繞線開口221與磁芯開口209向外延伸至與散熱板225，如底板部位225a，緊密接觸，如此線圈215所發出的熱可依序經由導熱填充物223與散熱板225散出。散熱板225可為高熱導性的金屬簧片，其材質可為不鏽鋼、銅或是壓鑄鋁合金等，例如ADC12。散熱板225可再與其他散熱裝置連接，如一水冷系統，來進一步提升其散熱效果。於一些實施例中，散熱板225可以是散熱裝置的一部份，磁性元件結構200的導熱填充物223及磁芯201的散熱面導熱性地連接到散熱裝置的散熱板225。

於前述實施例不同的是，本實施例中的磁芯201的內柱結構208還可以透過隔片211及/或墊片212來散熱。如第7圖所示，隔片211與墊片212具有延伸部位211a, 212a，其可經由繞線開口221與磁芯開口209向外延伸至與散熱板225的底板部位225a緊密接觸，如此線圈215所發出的熱可依序經由導熱填充物223與散熱板225散出。此設計的優點在於較難散熱的磁芯201的內柱結構208可直接透過高熱導性的隔片211及/或墊片212來散熱，使得磁芯201的整體溫度更為均勻，不用擔心有特定部位受到局部熱應力的影響而導致磁芯破裂。較佳者，隔片211與墊片212的延伸部位211a, 212a不接觸導熱填充物223。

現在請參照第8圖，其為根據本發明較佳實施例中磁性元件結構100的磁芯101、線圈115以及間隔內柱部位107組裝後的截面圖。在本發明中，線圈115具有特定的繞組設計。如圖所示，線圈115分為套設在內柱結構108中間（即間隔內柱部位107）的第一繞組115a與分別套設在第一繞組115a兩側的第二繞組115b，第一繞組115a與兩側的第二繞組115b分別會間隔一段間隙112，間隙112可以設置非導磁性或低於磁芯101或內柱結構108的低導磁性材料。更特定言之，線圈115的第一繞組115a、第二繞組115b並不會包覆該間隙112。在前述實施例中，隔片111或211係設置該間隙112部位中（如第5圖與第7圖所示）。在此實施例中，在磁芯101與間隔內柱部位107之間形成間隙112（或是隔片111）的好處在於可以藉由調整間隙112在內柱結構108上的位置來有效提升第一繞組115a及第二繞組115b的整體電感值。特別是在如第8圖所示具有兩個間隙時，更可以使整體電感值的可調整範圍變大，即同時包含激磁電感及漏電感。此外，第一繞組與第二繞組之間還可以設置導磁材料來改善磁導率與耦合係數，以降低磁性元件整體的體積。本發明第6圖所示的實施例亦可採用上述的特定繞組設計，差別僅在於繞線架213可拆成三個部位213a, 213b, 213c，其分別對應第一繞組215a、第二繞組215b以及第一繞組215c。本實施例中，兩個間隙112分別設置在第二繞組215b兩側，藉由分別調整兩個間隙112的位置、間距、截面積、形狀、導磁材料等參數來達到各別調整第一繞組215a與第二繞組215b的整體電感值。相較於單一個間隙，此實施例，可以使第一繞組215a與第二繞組215b的整體電感值可實現的範圍更大且易於實現。

現在請參照第9~13圖，其為根據本發明較佳實施例中具有導熱填充物的磁性元件結構的部位放大截面圖，用以說明本發明導熱填充物在磁性元件中的多種填充態樣。首先，在第9圖中，導熱填充物123僅會形成在繞線架113與繞線架外殼119之間（即局部灌膠），並包覆住線圈115，導熱填充物123完全不接觸到磁芯101的內部容置空間103之磁芯內表面以及磁芯外表面。做為發熱源的線圈115（包含其周圍負責導熱的導熱填充物123）與另一發熱源的磁芯101之間會隔有繞線架113、繞線架外殼119、空隙124、或是襯片126等結構，故可降低發熱量較大的線圈繞組所產生的熱傳到周圍的磁芯部位，對應可降低磁芯應力約30%。

在第10圖中，除了繞線架113與繞線架外殼119之間，繞線架113與磁芯101的內柱結構108之間亦可形成導熱填充物123，來改善該內柱結構108部位的散熱效率。此局部地設置導熱填充物123在內柱結構108的表面，使導熱填充物123在內部容置空間103只接觸內柱結構108，對應可降低磁芯應力約12.5%。

在第11圖中，除了繞線架113與繞線架外殼119之間，繞線架113與磁芯101的兩個外柱結構的內表面在X方向上的內壁之間亦可形成導熱填充物123，來改善該磁芯部位的散熱效率。繞線架113與磁芯101在Y方向上的內壁之間則有空隙124存在，避免線圈繞組所產生的熱傳到磁芯部位。此局部地設置導熱填充物123在磁芯101的兩個外柱結構的內表面，使導熱填充物123在內部容置空間103只接觸磁芯101的兩個外柱結構的內表面，對應可降低磁芯應力約17.5%。

在第12圖中，除了繞線架113與繞線架外殼119之間，繞線架113與磁芯101的兩個板部102的內表面在Y方向上的內壁之間亦可形成導熱填充物123，來改善該磁芯部位的散熱效率。繞線架113與磁芯101在X方向上的內壁之間則設置有襯片126，而繞線架113與內柱結構108之間則有空隙124存在，避免線圈繞組所產生的熱傳到內柱結構。此局部地設置導熱填充物123在兩個板部102的內表面，使導熱填充物123在內部容置空間103只接觸磁芯101的兩個板部102的內表面，對應可降低磁芯應力約7.5%。

在第13圖中，除了繞線架113與繞線架外殼119之間，繞線架113與磁芯101的兩個外柱結構的內表面在X方向以及兩個板部102的內表面在Y方向上的內壁之間都可形成導熱填充物123，來改善該磁芯部位的散熱效率。繞線架113與內柱結構108之間則有空隙124存在，避免線圈繞組所產生的熱傳到內柱結構。此局部地設置導熱填充物123在兩個板部102及兩個外柱結構的內表面，使導熱填充物123在內部容置空間103只接觸磁芯101的兩個板部102及兩個外柱結構的內表面，對應可降低磁芯應力約2.5%。

導熱填充物123不接觸在容置空間103中磁芯101的全部內表面時可以降低最多的應力。次之，導熱填充物123不接觸在容置空間103中兩個板部102的內表面或/及兩個外柱結構的內表面。較佳者，導熱填充物123更不接觸磁芯的外表面。於一此實例中，導熱填充物123則可以局部地或少量地設置在磁芯201的部份磁芯外表面，例如磁芯101的兩個板部102的外表面。

根據上述第9~13圖的實施例說明，本發明的線圈繞組與磁芯（包含內柱結構）之間可設計成會有空隙存在，或者該些空隙中可形成有導熱填充物123或是襯片，以此避免發熱量較大的線圈繞組所產生的熱傳到周圍的磁芯部位，進而避免該些部位產生局部熱應力導致易脆的磁芯破裂。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:磁性元件結構 101:磁芯 102:板部 103:內部容置空間 105:端側內柱部位 106:外柱部位 107:間隔內柱部位 108:中柱結構 109:磁芯開口 111:隔片 112:間隙 113:繞線架 115:線圈 115a:第一繞組 115b:第二繞組 117:端子 119:繞線架外殼 121:繞線開口 123:導熱填充物 123a:底部 124:空隙 125:散熱板 125a:底板部位 126:襯片 200:磁性元件結構 201:磁芯 203:內部容置空間 205:端側內柱部位 206:外柱部位 207:間隔內柱部位 208:中柱結構 209:磁芯開口 211:隔片 211a:延伸部位 212:墊片 212a:延伸部位 213:繞線架 213a,213b,213c:部位 215:線圈 215a:第一繞組 215b:第二繞組 215c:第一繞組 217:線圈 219:繞線架外殼 221:繞線開口 223:導熱填充物 223a:底部 225:散熱板 255a:底板部位

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中： 第1圖為根據本發明較佳實施例中一具有導熱填充物的磁性元件結構的分解圖； 第2圖為根據本發明較佳實施例中組裝後的磁性元件結構的立體圖； 第3圖為根據本發明較佳實施例中組裝後的磁性元件結構在x方向上的截面圖； 第4圖為根據本發明較佳實施例中組裝後的磁性元件結構在y方向上的截面圖； 第5圖為根據本發明較佳實施例中組裝後的磁性元件結構在z方向上的截面圖； 第6圖為根據本發明另一實施例中一具有導熱填充物的磁性元件結構的分解圖； 第7圖為根據本發明另一實施例中一組裝後的磁性元件結構的截面圖； 第8圖為根據本發明較佳實施例中磁性元件結構的磁芯、線圈以及內柱部位的截面圖；以及 第9-13圖為根據本發明較佳實施例中具有導熱填充物的磁性元件結構的部位截面放大圖。 須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質，為了清楚與方便圖示說明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，一般而言，圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。

100:磁性元件結構

101:磁芯

102:板部

103:內部容置空間

105:端側內柱部位

106:外柱部位

107:間隔內柱部位

109:磁芯開口

111:隔片

113:繞線架

115:線圈

117:端子

119:繞線架外殼

121:繞線開口

123:導熱填充物

123a:底部

125:散熱板

125a:底板部位

Claims (16)

1. 一種具有導熱填充物的磁性元件結構，包含： 兩磁芯，組裝在一起構成一內部容置空間與至少一個磁芯開口，且兩個板部透過一內柱結構及兩個外柱結構連接，該內柱結構設置在該內部容置空間中； 一繞線架，套設在該內柱結構上； 一線圈，繞設在該繞線架上； 一繞線架外殼，圍住該繞線架與該線圈且構成至少一個繞線開口朝向該至少一個磁芯開口，該繞線架外殼與該繞線架所構成之包覆結構與該磁芯之間有空隙存在； 一導熱填充物，形成在該繞線架與該繞線架外殼之間的空間中並包覆住至少一部份的該線圈；以及 一散熱面，接合於該磁芯及該導熱填充物，該導熱填充物由該至少一個磁芯開口及該至少一個繞線開口向外延伸接合於該散熱面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，更包含一散熱板，接合於該散熱面且設置在該兩磁芯外側並向該兩磁芯施加彈力來固定該兩磁芯，且部分的該導熱填充物經由該至少一個繞線開口以及該至少一個磁芯開口向外延伸至與該散熱板緊密接觸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高具有導熱填充物的磁性元件結構，其中在該容置空間中，該導熱填充物不接觸該內柱結構、兩個該外柱結構的內表面、兩個該板部的內表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該內柱結構中設有隔片。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該隔片經由該至少一個繞線開口以及該至少一個磁芯開口向外延伸至與該散熱面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該內柱結構具有一間隔內柱部位、兩個端側內柱部位，兩個該端側內柱部位透過該間隔內柱部位連接並構成該內柱結構，該繞線架套設在該內柱結構上，兩個該端側內柱部位與該間隔內柱部位之間設有間隙。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該線圈更包含第一繞組以及分別位於該第一繞組兩側的兩個第二繞組，該第一繞組套設在該內柱結構的該內柱部位上，該兩個第二繞組分別套設在該兩磁芯的該端側內柱部位上，該第一繞組與該兩個第二繞組隔開一段距離並露出該內柱部位與該兩個端側內柱部位之間的該兩個間隙。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該繞線架被該兩個間隙分成三個部位，該三個部位分別套設在該內柱部位上以及該兩個端側內柱部位上，該第一繞組與該兩個第二繞組分別繞設在該三個部位上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中在該容置空間中，該導熱填充物不接觸兩個該板部的內表面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中在該容置空間中，該導熱填充物不接觸兩個該外柱結構的內表面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，該導熱填充物的材料的熱導率大於0.3W/mk（瓦/公尺·克耳文），該導熱填充物的材料包含環氧樹脂、矽膠、聚氨酯、酚醛樹脂、熱塑性聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯胺、聚苯硫醚、或是聚醚醚酮(PEEK)。
12. 如申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該磁芯為含鐵元素之高導熱材料。
13. 如申請專利範圍第12項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該導熱填充物的熱導率小於該磁芯的熱導率。
14. 如申請專利範圍第12項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該繞線架外殼的熱導率小於該磁芯及該導熱填充物的熱導率。
15. 如申請專利範圍第14項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該導熱填充物的熱導率與該磁芯的熱導率差10倍以上。
16. 如申請專利範圍第14項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構，其中該導熱填充物不接觸該磁芯的外表面。

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