TWI820309B - 具有導熱填充物的磁性元件結構以及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有導熱填充物的磁性元件結構,包含一第一磁芯、一第二磁芯,該第二磁芯與該第一磁芯組合成一個具有前開口與後開口的外殼、一線圈組裝在該外殼中,其中該線圈的兩個端點從該前開口伸出、以及一導熱填充物,填充在該外殼內並介於該外殼與該線圈之間。

Description

具有導熱填充物的磁性元件結構以及其製作方法
本發明大體上關於一種磁性元件結構,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。再 者,5G無線系統與車用電子對磁性元件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。故此,目前業界仍需研發新的方法與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,本發明提出了一種磁性元件,其線圈與磁芯之間具有導熱填充物來增進其間的熱傳導,其中該導熱填充物獨特的設計不僅可以改善散熱,也可減少製作成本。此外,線圈與磁芯的尺寸也可因此減小,輕易達到所需的電感值,有助於磁性元件的微型化。
本發明的其一面向在於提供一種具有導熱填充物的磁性元件結構,其包含一第一磁芯、一第二磁芯,該第二磁芯與第一磁芯組合成一個具有前開口與後開口的外殼、一線圈組裝在該外殼中,其中該線圈的兩個端點從該前開口伸出、以及一導熱填充物填充在該外殼內且介於該外殼與該線圈之間。
本發明的另一面向在於提供一種製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,包含提供一個已裝有線圈的模具、用導熱材料灌鑄該模具形成一個包覆住至少一部份的該線圈的導熱填充物、將該導熱填充物以及該線圈從該模具上取下、以及將帶有該線圈的該導熱填充物與磁芯組合形成一磁性元件結構。
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。
100:磁性元件結構
101:外殼
101a:前開口
101b:後開口
110:下磁芯
111:中柱
113:中槓
115:組裝平面
120:繞線架
120a:側壁
121:中心圓柱體
130:線圈
131:端子
140:導熱填充物
150:絕緣紙
160:上磁芯
170:彈性膠帶
180:外蓋
190:導熱介面材料
C:中心
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圖為根據本發明實施例中一磁性元件結構的分解圖;第2圖為根據本發明實施例中一組裝後的磁性元件結構的前立體圖;第3圖為根據本發明實施例中一磁性元件結構的後立體圖;第4圖為根據本發明另一實施例中一磁性元件結構的後立體圖;第5圖為根據本發明又一實施例中一磁性元件結構的後立體圖;第6圖為根據本發明又一實施例中一磁性元件結構的後立體圖;第7圖為根據本發明一實施例中一磁性元件結構的底立體圖;第8a圖與第8b圖為根據本發明兩實施例中磁性元件結構的下磁芯的立體圖;第9a圖與第9b圖為第8a圖與第8b圖中所示磁性元件結構的下磁芯從中芯偏移的頂視圖。
第10圖為根據本發明一實施例中一磁性元件結構在組裝時的立體圖;第11圖為根據本發明另一實施例中一磁性元件結構在組裝時的立體圖;第12圖為根據本發明又一實施例中一磁性元件結構在組裝時的立體圖;第13圖為根據本發明又一實施例中一磁性元件結構在組裝時的立體圖;以及第14a圖與第14b圖為根據本發明一實施例中用於磁性元件結構的線圈的立體圖。
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。
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。
首先請參照第1圖,其為根據本發明實施例中一磁性元件結構100的分解圖。此圖表示出了磁性元件結構100中各元件的相對位置以及其排列方式。此實施例所示的磁性元件結構100由下而上可包含一下磁芯110、一繞線架120、一線圈130、一導熱填充物140、一絕緣紙或絕緣膜150以及一上磁芯160,上磁芯與下磁芯可任意比對為第一磁芯及第二磁芯。下磁芯110具有一中柱111從組裝平面115向上延伸,讓繞線架120與/或線圈130可以組裝於其上。繞線架120可以是一繞線架,其形狀對應了下磁芯110的組裝平面與內壁的輪廓,還具有一中空的中心圓柱體121對應了下磁芯110的中柱111並可組裝於其上,線圈130係纏繞並組裝在繞線架120的該中心圓柱體121上。在本發明實施例中,繞線架120更包含兩個側壁120a,其外型沿著線圈130的外側延伸來增進線圈130與上下磁芯160,110之間的絕緣性。
上磁芯160的形狀與下磁芯110對應,且在組裝後,它會與下磁芯110結合來圍住上述磁性元件結構100的所有組件。導熱填充物140會被填入並形成在上磁芯160與下磁芯110之間一部份或整個的剩餘空間中。絕緣紙150係設置在導熱填充物140與上磁芯160之間來提供更佳的絕緣性質。此外,也可以選擇在磁性 元件結構100的後方貼附一層彈性膠帶170來封住其由上磁芯160與下磁芯110組合形成的後開口。請注意前文所說明的排列方式與設定僅為本發明的一較佳實施範例,實際施作中可能不會使用某些組件,如繞線架120、絕緣紙150以及/或彈性膠帶170等,或是該些組件會以其他組件來取代。此外,其他的實施例變體可能會修改現有組件或是添加其他組件。再者,組裝後所形成的該前開口與該後開口係分別在膨脹應力的兩個平行且相反的方向上彼此相對。這些開口的作用是釋放運作期間發熱所產生的膨脹應力,可大幅降低上下磁芯160,110所承受的應力。導熱填充物140與導熱介面材料的熱導率約大於0.3瓦/公尺‧克爾文(W/mk,watts per meter-kelvin)。根據本發明其他實施例,導熱介面材不會包覆上磁芯160與下磁芯110的外表面。
在本發明中,上磁芯160與下磁芯110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。絕緣紙/膜150的材料可為杜邦Nomex纖維或是Kapton薄膜,其厚度足以達成電絕緣需求,且面積大於帶電的線圈130頂面。繞線架120的材料可為塑膠,如工程塑膠,其可承受線圈繞線時的張力。導熱填充物140(熱導率大於0.3W/mk)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。
接著請參照第2圖,其為根據本發明實施例一組裝後磁性元件結構100的前立體圖。在此實施例中,下磁芯110與上磁芯160組合形成了外殼101,其內含括了磁性元件結構100的各組件,同時也形成了一前開口101a讓線圈130的端子131從外殼101前方伸出。繞線架120沿著外殼101的內壁部位組裝,導熱填充物140則填滿其內部至少部分或整個剩餘的空間並包覆住至少部分或整個線圈130(不含其兩個引出端子131)以及繞線架120。絕緣紙150係設置在成型的導熱填 充物140與上磁芯160之間。
在運作中,線圈130所生成的熱會先傳導至包覆在其周圍的導熱填充物140。具有優異導熱性質的導熱填充物140可有效地將熱從線圈130傳導至周圍的外殼101,其間的絕緣紙150可促進此傳導行為。上磁芯160與下磁芯110本身也是良好的熱導體,可進一步地將熱傳導到外部磁性元件結構100所裝的散熱結構上,如手機或是車輛的冷卻板。
在一實施例中,導熱填充物140是在由上磁芯160與下磁芯110所組成的模具中灌鑄導熱材料形成的,其會整個或部分地包覆住已組裝在其內的線圈130。
接著請參照第3圖,其為根據本發明實施例一磁性元件結構100的後立體圖。下磁芯110與上磁芯160組合所形成的後開口(未示出)可以用一個外蓋180來擋住。在此實施例中,外蓋180是外殼101的一部分且可以與外殼101形狀齊平的方式黏合在上磁芯160與下磁芯110的後方。在磁性元件結構100中加入外蓋180結構是為了封住外殼101的後開口,使得導熱填充物在灌注製程中保留在內部的封閉空間中,直到其固化。
接著請參照第4圖,其為根據本發明其他實施例中一磁性元件結構100的後立體圖。在此實施例中,外殼101的後開口101b並沒有像第3圖一樣被外蓋擋住,使得導熱填充物140可從外殼101的內部空間向外伸出。此設計適合那些有部分線圈超出外殼101後方範圍的磁性元件結構。就算超出外殼101後方的範圍,伸出的導熱填充物140可以完全包覆住這類線圈。在製作中,此伸出的填充結構可以經由在灌鑄導熱填充材料的過程中使用上磁芯160與下磁芯110作為模具以及一個類似第3圖中外蓋180的後方額外模件(未示出)的方式來形成。此後方額外模件提供了內部模塑空間來成型該導熱填充物140的伸出部位。導熱填充物140固化後,此額外模件就可以從磁芯110,160與導熱填充物140上取下。如果 有與外部的冷卻結構接觸,此伸出的導熱結構也可以提供更佳的散熱效果。
接著請參照第5圖,其為根據本發明另一實施例中一磁性元件結構的後立體圖。此實施例中並不像第3圖所示使用外蓋180來擋住外殼101的後開口,而係使用具有黏性的彈性膠帶170貼附在外殼101的後方來封住其後開口。此設計的優點在於其為形成在外殼101中導熱填充物提供了彈性空間與容差。在實際製作中,固化的導熱填充物會對組合後的磁芯110,160施加相當的應力,如果沒有足夠的空間讓導熱填充物膨脹,其甚至可能會造成磁芯破裂。所貼附的彈性膠帶170可在灌鑄過程中作為一底蓋將導熱填充材料維持在內部,且如果需要的話,它也可以被固化膨脹的導熱填充物擠脫來提供向外延伸的空間。如果沒有膨脹的話,導熱填充物的表面將會與外殼101的後開口齊平。
接著請參照第6圖,其為根據本發明又一實施例中一磁性元件結構100的後立體圖。在本發明的另一變體中,磁性元件結構100中的導熱填充物140可以是半填滿或部分填滿型態的。如第6圖所示,導熱填充物140是從下磁芯110往上磁芯160方向半填滿的。部分半填滿的導熱填充物140會像第4圖一樣從外殼101的後開口101b伸出。從第6圖中可以看到,未填充的空間中有部分的繞線架120與線圈130是從導熱填充物140中裸露出來的。此即表示在此實施例中導熱填充物140並未完全包覆內部的組件。此半填滿或部分填滿型態的優點在於它可以節省可觀的材料成本並降低運作時的熱能所產生的膨脹應力。因為在此製程中幾乎只需要用到原本一半的量的導熱填充物140,同時由於導熱填充物140與下磁芯110之間仍有足夠的熱傳導接觸面積,它又能維持適當的熱傳導性質。在製作中,此半填滿又外伸的結構可以經由將導熱填充物140橫向灌鑄並固化而形成,其外殼101前後方需要輔助的模件來維持為固化的導熱填充材料,直到它們被固化成導熱填充物140。
接著請參照第7圖,其為根據本發明實施例中一磁性元件結構100的 底部與內立體圖。與第6圖實施例類似的,此實施例的導熱填充物140也是半填滿或部分填滿的型態的。然而在此實施例中,導熱填充物140是以直立灌鑄的方式形成的,其外殼101的後開口101b會用彈性膠帶或外殼擋住。導熱填充物140從後開口101b往前開口101a的方向部分填滿外殼101。與第6圖的實施例相比,此實施例中導熱填充物140與下磁芯110之間的接觸面積小的多。儘管妥協了其熱傳導能力,此設計的優點在於其採用簡單的直立灌鑄製程。被灌鑄、未固化的導熱填充物140不需要輔助模件的幫助就可以簡單地維持在殼中成型。上下磁芯160,110對應導熱填充物140的外表面會是散熱面,用以接觸散熱器。
接著請參照第8a圖與第8b圖,其為根據本發明兩實施例中磁性元件結構的下磁芯110的立體圖。本發明的磁性元件結構可以採用多種類型的下磁芯110,諸如第8a圖所示的EQ形磁芯或是第8b圖所示的E形磁芯。EQ形下磁芯110具有一中柱111讓線圈或繞線架組裝於其上。與前者不同,E形下磁芯110具有一中槓113讓線圈纏繞於其上。這兩種類型的下磁芯110都具備前開口101a與後開口101b讓內部組件從中伸出。請注意上述說明中的下磁芯110類型都只是用來作為實施範例,其他類型的下磁芯110,如EP形磁芯、ER形磁芯、ETD形磁芯、PM形磁芯以及PQ形磁芯等,都可適用於本發明,來與具有相同磁芯類型相配的上磁芯160組裝接合,或是直接使用簡單的I形磁芯來結合即可。
接著請參照第9a圖與第9b圖,其分別為第8a圖與第8b圖所示的磁性元件結構的下磁芯110從中心偏移後的頂視圖。如此圖所示,此兩實施例中的下磁芯110的中柱111與中槓113會從下磁芯110上的組裝平面115從中心C往前開口101a偏移一段距離。此設計的目的在於避免組裝在這些中柱111或中槓113上的線圈超出下磁芯110後方的範圍。以此方式,纏繞在柱上或槓上的線圈也可向前開口101a偏移,因此後開口101b可用彈性膠帶封住,使其在灌鑄後可以輕易地移除,提供較佳的製程彈性。此兩實施例中模塑的導熱填充物140都可與後開口101b 齊平,而非像第4圖般從中伸出。
在說明完上述各種不同的實施例後,現在請參照第10-13圖,其繪示出根據本發明多種實施例中一磁性元件結構的組裝示意圖。本發明的導熱填充物140可以模塑成不同的形態。首先請參照第10圖。在此實施例中,導熱填充物140被形成為部分地包覆線圈130且幾乎完全包覆住整個下磁芯110。在製作中,導熱填充材料會被灌注到內含下磁芯110與其上線圈130的模具(未示出)中。受灌注的導熱填充材料會固化成型為導熱填充物140,其包覆住下磁芯110與線圈130的下半部。從模具上脫下後,包覆著線圈130的下磁芯110會與上磁芯160組裝接合,形成磁性元件結構。此設計的好處在於其製程相當簡單,且相較於那些下磁芯110沒受到包覆的實施例而言,完整包覆的導熱填充物140可為磁性元件結構提供更佳的散熱效率並更低的熱膨脹應力。
接著請參照第11圖。此實施例的導熱填充物140可以另一種型態與下磁芯110一同形成。如第11圖所示,導熱填充物140係形成在下磁芯110的組裝平面115上,其形狀順著下磁芯110的內壁並與其後表面至少部分地或整個齊平。此實施例中的導熱填充物140可以經由將導熱填充材料灌注到由下磁芯110與上模件(未示出)所組成、具有預定形狀與側壁輪廓的模具中來形成。在將導熱填充物140固化從上模件上脫下後,內部包覆有部分或整個下磁芯110與線圈130的導熱填充物140可與上磁芯160組裝接合,形成磁性元件結構。同樣地,此設計的好處在於其製程相當簡單,且導熱填充物140可與下磁芯110一同形成來避免成型後的導熱填充物140在組裝時與磁芯之間有公差存在,特別是針對那些燒結形成、尺寸會不預期縮小的鐵氧磁芯。
接著請參照第12圖。與第10圖相似,此實施例中的導熱填充物140是與下磁芯110一同形成的。然而在此實施例中,繞線架120是包含在導熱填充物140的成型中。製作時,線圈130會先纏繞在繞線架120上,繞線架120會進一步組裝 在下磁芯110上。在這三個部件組裝後,將整個組件置入具有特定形狀與內輪廓的模具(未示出)中進行灌鑄。線圈130可被導熱填充物140整個地或部分地包覆在繞線架120與下磁芯110上方,只露出繞線架120的頂部。脫模後,連同包覆的導熱填充物140、繞線架120以及組裝於其上的線圈130,下磁芯110會與上磁芯160組裝接合,形成磁性元件結構。此設計的優點在於它將繞線架120納入了導熱填充物140的成型中,其可適用於更複雜的設計,如較為複雜的線圈結構或複雜的內部組裝。此外,可選擇在導熱填充物140與上磁芯160之間或是導熱填充物140與下磁芯110之間設置一具有彈性的導熱介面材料190,其可吸收導熱填充物140所產生之應力、填補繞線架120與上磁芯160之間可能的空隙,並提供更佳的絕緣與導熱性質。彈性導熱介面材料190可以是導熱膠、散熱膏、散熱片或導熱間隙材料等,其硬度小於導熱填充物140與/或上下磁芯160,110,以進一步降低熱應力與組裝公差。
接著請參照第13圖。與第12圖的實施例不同的,此實施例中的導熱填充物140並非與下磁芯110一起形成,它是使用具有對應其中一磁芯110,160的內輪廓的模具(未示出)獨立成型的。固化成型後的此導熱填充物140會包覆住線圈130,並可適形地組裝在下磁芯110與上磁芯160之間,以形成磁性元件結構。同樣地,導熱填充物140與上磁芯160之間或是導熱填充物140與下磁芯110之間可以設置具有彈性的導熱介面材料190,其可吸收磁芯所產生之應力、填補導熱填充物140與上磁芯160之間可能的空隙,並提供更佳的絕緣與導熱性質。此實施例的優點在於它為組裝提供了較佳的彈性設計,因為其導熱填充物140、磁芯110,160是個別形成的,可以在適當的時機才加以組裝。
最後,請參照第14a圖與第14b圖,其為根據本發明實施例用於磁性元件結構中的兩種類型的線圈130的立體圖。第14a圖繪示出一圓線類型的線圈130,第14b圖則繪示出一銅片類型的線圈。請注意上述所說明的線圈130類型只 是作為實施範例之用,其他類型的線圈,諸如扁線、多股線、多股自黏線或是其組合等,都可適用於本發明中。如果線圈是扁線、銅片或是粗圓線的型態,這類線圈可以不使用繞線架,直接用導熱填充物140模固。如果線圈是圓線、多股線或是複合線的型態,這類線圈在灌鑄過程中利用繞線架來固定使其位置較不易偏移且形狀較不易變形,如同第12圖所示。
本發明中,在線圈與磁芯之間灌鑄固化導熱填充材料而形成導熱填充物之做法可以大幅改善磁性元件結構的散熱效率,因此可以進一步減少其線圈直徑、磁芯體積以及整體的磁路來增加電感值。此設計可以在較少的線圈數以及較小的磁芯基礎上達到期望的電感值,其磁性元件結構在電性上與製作成本上都有優勢。
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
110:下磁芯
111:中柱
115:組裝平面
120:繞線架
120a:側壁
121:中心圓柱體
130:線圈
140:導熱填充物
150:絕緣紙
160:上磁芯
170:彈性膠帶

Claims (21)

  1. 一種具有導熱填充物的磁性元件結構,包含:一第一磁芯;一第二磁芯,其中該第一磁芯與該第二磁芯組合成一個具有前開口與後開口的外殼;一線圈,組裝在該外殼中,其中該線圈的兩個端點從該前開口伸出;一導熱填充物,填充在該外殼內且介於該外殼與該線圈之間;一導熱介面材料,介於該導熱填充物與該第一磁芯之間,其中該導熱介面材料與該導熱填充物具有各自的硬度,該導熱介面材料的硬度小於該導熱填充物及該第一磁芯的硬度;以及一內部容置空間,被該第一磁芯與該第二磁芯所環狀包覆,其中該導熱填充物在該內部容置空間中包覆至少一部分的該線圈。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該第二磁芯具有一中柱,該線圈組裝在該中柱上,且該中柱從該第二磁芯的組裝平面向上延伸並從該組裝平面的中心往該前開口偏移。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物的一表面與該後開口齊平。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物的一部分從該後開口伸出。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構, 更包含一繞線架組裝在該第二磁芯上,而該線圈纏繞在該繞線架上。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該繞線架的材料為塑膠。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,更包含一絕緣紙或一絕緣膜介於該線圈與該第一磁芯之間。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物的熱導率大於0.3瓦/公尺‧克爾文(W/mk)。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱介面材料的熱導率大於0.3瓦/公尺‧克爾文(W/mk)。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物從該後開口往該前開口部分地填充該外殼。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物從該第二磁芯的組裝平面往該第一磁芯部分地填充該外殼。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該第一磁芯與該第二磁芯的材料包含鐵矽合金、鐵鎳合金或鐵氧體。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構, 其中該導熱填充物的材料包含熱固性酚醛樹脂、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)。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該前開口與該後開口分別在一膨脹應力的兩個平行且相反的方向上彼此相對,以降低該第一磁芯與該第二磁芯所承受的該膨脹應力。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該導熱填充物未包覆該第一磁芯與該第二磁芯的外表面。
  16. 一種製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,包含:提供一個已裝有線圈的模具;用導熱材料灌鑄該模具,形成一個包覆住至少一部份該線圈的導熱填充物;將該導熱填充物以及該線圈從該模具上取下;以及將帶有該線圈的該導熱填充物與磁芯組合,形成一磁性元件結構,其中更包含將一導熱介面材料設置在該導熱填充物與該磁芯之間,其中該導熱介面材料與該導熱填充物具有各自的硬度,該導熱介面材料的硬度小於該導熱填充物及該磁芯的硬度。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,其中該模具包含一第二磁芯,且將帶有該線圈的該導熱填充物與該磁芯組合的步驟包含將該第二磁芯與一第一磁芯組合,且該導熱填充物被容納在該第一磁芯與該第二磁芯之間。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,更包含一繞線架組裝在該第二磁芯上,該線圈纏繞在該繞線架上,且至少一部分的該線圈被該導熱填充物包覆在該繞線架與該第二磁芯上。
  19. 根據申請專利範圍第16項所述之製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,其中該模具包含一第二磁芯與一第一磁芯,且將該導熱填充物與該磁芯組合的步驟包含組合該第二磁芯、該第一磁芯以及該導熱填充物,且該導熱填充物被容納在該第一磁芯與該第二磁芯之間。
  20. 根據申請專利範圍第5項所述之具有導熱填充物的磁性元件結構,其中該繞線架更包含兩個側壁,該兩側壁的外型沿著該線圈的外側延伸。
  21. 根據申請專利範圍第18項所述之製作具有導熱填充物的磁性元件結構的方法,其中該繞線架更包含兩個側壁,該兩側壁的外型沿著該線圈的外側延伸。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114078623A (zh) * 2020-08-20 2022-02-22 Tdk株式会社 线圈部件以及搭载其的开关电源装置
CN112318407A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 清流伊科电子科技有限公司 一种适用于通信磁性元件产品的定位治具
CN112820491A (zh) * 2021-02-03 2021-05-18 河源市皓吉达通讯器材有限公司 一种超薄振动线圈及其制备方法
CN113038752B (zh) * 2021-03-04 2023-02-28 台达电子企业管理(上海)有限公司 磁性元件模组及车载充电机
EP4254444A1 (en) * 2022-03-30 2023-10-04 Schaffner EMV AG Power magnetic component
DE102022117781A1 (de) 2022-07-15 2024-01-18 Tdk Electronics Ag Magnetisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201628027A (zh) * 2015-01-22 2016-08-01 台達電子工業股份有限公司 磁性元件

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0713888B2 (ja) * 1989-03-27 1995-02-15 工業技術院長 超電導線
US6392519B1 (en) * 2000-11-03 2002-05-21 Delphi Technologies, Inc. Magnetic core mounting system
CN1251256C (zh) 2002-09-16 2006-04-12 台达电子工业股份有限公司 具有导热胶辅助散热的变压器
CN104240926A (zh) * 2009-02-18 2014-12-24 台达电子工业股份有限公司 变压器结构
JP6048910B2 (ja) 2011-11-14 2016-12-21 住友電気工業株式会社 リアクトル、コイル成形体、コンバータ、及び電力変換装置
US10395815B2 (en) * 2015-01-22 2019-08-27 Delta Electronics, Inc. Magnetic device
US20170004920A1 (en) * 2015-06-30 2017-01-05 Cyntec Co., Ltd. Magnetic component and method of manufacturing magnetic component
WO2018180998A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 日立金属株式会社 コイル部品
US10732206B2 (en) * 2018-04-02 2020-08-04 Abb Schweiz Ag Current sensor and method of assembly

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201628027A (zh) * 2015-01-22 2016-08-01 台達電子工業股份有限公司 磁性元件

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