TWM553047U

TWM553047U - 非耦合式雙電感

Info

Publication number: TWM553047U
Application number: TW106208765U
Authority: TW
Inventors: Martin Kuo; Nan Hai Zhu
Original assignee: Itg Electronics Inc
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2017-12-11

Description

非耦合式雙電感

本創作涉及一種非耦合式雙電感，特別是一種具有超低耦合係數與節約整體空間提高功率密度之非耦合式雙電感元件。

現有技術中，關於電源產品或電源模組而言，追求高功率密度和高效率的目標，乃是永不改變的話題，也就是未來發展一致的趨勢。這就給電源產品中不可或缺的功率電感，如何減小體積從而實現高功率密度提出了更高的要求。

傳統的電感元件構成基本上都是分立，且以單體為主。極少部分是一體多個電感的結構應用。現有部分的雙電感元件也都是簡單的同一磁路多組線圈的耦合式雙電感所組成。另外，使用多個單體電感，進而簡單通過機械的方式粘合成一體也可以實現兩個電感成為一體。然而這種方式比較佔用空間，對於節約整體電感空間提高功率密度沒有太大的進步與貢獻，因此也沒有得到很好的推廣，有待且必要改善。

針對上述之缺點，本創作之技術手段可以解決以上提及各種問題，並且具有以下兩個優勢：一為非耦合(兩個電感可獨立應用，互不干擾)的元件構造以及另一為最大程度地節約整體的體積和空間。本創作之非耦合式雙電感結構，藉由合理的磁路設計來實現兩個電感之間具有極低的耦合係數，並且實現兩個電感為獨立應用，互不影響。在本創作之非耦合式雙電感的結構中，藉由中間的工字形鐵芯體與其它組成材料配合起來實現兩個電感組裝成一體，從而節約了體積和空間，進而提高終端產品的功率密度，提高產品之效率。

為了達到上述之目的，本創作提供一種非耦合式雙電感裝置包括有：一主鐵芯體，該主鐵芯體包括設有一中間柱體；複數個次鐵芯體，係相對應地設置於該主鐵芯體之兩側；複數個金屬片線圈，係對應設置於該主鐵芯體的兩側與該複數個次鐵芯體之間；複數個片狀體，係對應設置於該主鐵芯體、該複數個金屬片線圈及該複數個次鐵芯體之間；其中，由該主鐵芯體的該中間柱體和所述於該主鐵芯體兩側設置的該複數個次鐵芯體與該複數個金屬片線圈相互組合，形成複數個電感元件；該複數個電感元件是透過該複數個片狀體的設置而控制該主鐵芯體與該複數個次鐵芯體之間的氣隙，以到達所需要的電感量。

更進一步而言，主鐵芯體可為一工字形鐵芯體；複數個次鐵芯體為一右側鐵芯體與左側鐵芯體，可為I片狀型或者I變型為T型的鐵芯體；複數個金屬片線圈為右側金屬片線圈與左側金屬片線圈，可為n形或者C形的金屬片線圈；複數個片狀體為一右側片狀體與一左側片狀體。其中左、右側鐵芯體分別組裝於主鐵芯體的兩側，中間通過左、右片狀體作為氣隙組合形成一體的非耦合式雙電感。

本創作透過控制兩個氣隙距離比較遠，可以最大程度減小電磁輻射帶來的兩個電感之間的耦合，並且在一整體裝置中，兩個電感之間由於兩個磁路的磁阻差異顯著而實現兩個電感雖然一體但耦合係數極低的效果。兩個電感一體共用工字型的主鐵芯體的中間柱體，從而節約空間，提高功率密度。

1‧‧‧主鐵芯體

1a‧‧‧上鐵芯體

1b‧‧‧下鐵芯體

11‧‧‧右側容納空間

12‧‧‧左側容納空間

13‧‧‧右側組裝平面

14‧‧‧左側組裝平面

15‧‧‧中間柱體

16‧‧‧底部表面

2‧‧‧左側鐵芯體

21‧‧‧組裝表面

3‧‧‧右側鐵芯體

30‧‧‧漏磁通

31‧‧‧組裝表面

4‧‧‧左側金屬片線圈

41‧‧‧中間橫樑

42‧‧‧電性導電引腳

5‧‧‧右側金屬片線圈

51‧‧‧中間橫樑

52‧‧‧電性導電引腳

6‧‧‧左側片狀體

7‧‧‧右側片狀體

R1~R7‧‧‧磁阻

F‧‧‧磁通勢

N‧‧‧匝數

I‧‧‧激磁電流

圖1為本創作實施例的分解示意圖；圖2為本創作實施例的部分組合示意圖；圖3為本創作實施例的透視示意圖；圖4為本創作實施例的另一角度透視示意圖；圖5為本創作實施例的磁通量示意圖；圖6為本創作實施例的磁阻線路示意圖。

本創作公開一種非耦合式雙電感結構，藉由合理的磁路設計來實現兩個電感之間具有極低的耦合係數，並且實現兩個電感為獨立應用，互不影響，並且節省了整體元件的體積和空間。

在下文中將參閱隨附圖式，藉以更充分地描述各種例示性實施例，並在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本創作之概念可能以許多不同形式來加以體現，且不應解釋為僅限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本創作將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本創作概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小以及相對之大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然在本文中可能使用術語左側(或左邊)、右側(或右邊)、中間、主、次、片狀等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以清楚地區分一元件與另一元件。因此，下文論述之左側(或稱左邊)元件可稱為右側(或稱右邊)元件而不偏離本創作概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。又，本文可能使用術語複數個來描述具有多個元件，但此等複數個元件並不僅限於實施有二個、三個或四個及四個以上的元件數目表示所實施的技術。

參考圖1所示，本創作之非耦合式雙電感是包含有一主鐵芯體1(例如有一工字型的主鐵芯體)、複數個次鐵芯體(例如有一右側鐵芯體3與一左側鐵芯體2)、複數個金屬片線圈(例如有一右側金屬片線圈5與一左側金屬片線圈4)、以及複數個片狀體(例如有一右側片狀體7與一左側片狀體6)。其中概略而言，於主鐵芯體1包括設有一中間柱體15；而複數個次鐵芯體係相對應地設置於主鐵芯體1之兩側；複數個金屬片線圈係對應設置於主鐵芯體1的兩側與複數個次鐵芯體之間；複數個片狀體則係對應設置於主鐵芯體1、該複數個金屬片線圈及該複數個次鐵芯體之間；其中，由主鐵芯體的中間柱體和所述於主鐵芯體兩側設置的複數個次鐵芯體與複數個金屬片線圈相互組合，形成有複數個電感元件，在實施例上可為一第一電感與一第二電感；第一電感與第二電感是透過複數個片狀體的設置而控制主鐵芯體與複數個次鐵芯體之間的氣隙，以到達所需要的電感量，進而完成所述的非耦合式雙電感。

為了更清楚地說明上述元件之間的連接關係，茲針對更進一步的結構與組合說明如下：

本創作元件的結構說明：

圖1中所述的主鐵芯體1包括有一上鐵芯體1a、一下鐵芯1b、一右側容納空間11、一左側容納空間12、一右側組裝平面13、一左側組裝平面14、中間柱體15、一底部表面16。所述的複數個次鐵芯體包括有一右側鐵芯體3與一左側鐵芯體2，右側鐵芯體3有一組裝表面31、左側鐵芯體2有一組裝表面21。其中主體芯體1於實際運用實施時為一工字型的鐵芯體，右側鐵芯體3與左側鐵芯體2於實際運用實施時為I片狀型或者I變型為T型的鐵芯體。主鐵芯體1、右側鐵芯體3與左側鐵芯體2實際運用時為鐵氧體的材料，也能夠包含除了鐵氧體以外的其它軟磁材料所製作而成。其中右側鐵芯體3的組裝表面31與左側鐵芯體2的組裝表面21是分別對應於主鐵芯體1兩側的右側組裝平面13與左側組裝平面14。

上述的複數個金屬片線圈是包括有一右側金屬片線圈5以及一左側金屬片線圈4，兩者能夠為n型或是C型的金屬片線圈。在實際製作時，右側金屬片線圈5以及左側金屬片線圈4能由一般使用的銅片經過沖壓製作而成，當然，在實際運用上右側金屬片線圈5以及左側金屬片線圈4也不排除使用其它類型的導電體材料所製作而成。右側金屬片線圈5以及左側金屬片線圈4之中皆個別設置有一中間橫樑41、51如圖1所示。更進一步而言，由中間橫樑41、51的兩端能向外側兩端延伸而向下彎折，能進一步彎成為一直立面，形成為一電性導電引腳42、52。於實際實施上，電性導電引腳42、52能為直立面向下而作為引腳，並可超過該主鐵芯體1的底部表面16，能借此墊高非耦合型雙電感的整體裝置；另一實施方式為，所述的電性導電引腳42、52亦能在直立向下之後再做一次彎折，形成為類似C型的結構來作為引腳，此兩種實施方式本創作並不加以限制。

上述的複數個片狀體包括有一右側片狀體7及一左側片狀體6，實際製作時能以各種不同的非鐵磁性質的材料以製作成片狀體。主要作用是用來實現上述主鐵芯體1、右側鐵芯體3以及左側鐵芯體2之間的間隙，即作為第一電感及第二電感中的氣隙。於實際實施上，右側片狀體7及左側片狀體6的材質為使用非鐵磁性材料所製作而成，能夠包括有麥拉片、牛皮紙片、塑料片、玻璃片或者是由不同的非鐵磁性材料混合而成。另一方面，此等類型的間隙也能夠包含使用其它方式實現氣隙的情況，例如直接將兩個鐵芯間隔開來。

本創作非耦合式雙電感的組裝說明：

有關本創作的主鐵芯體1、複數個鐵芯體：右側鐵芯體3與左側鐵芯體2、複數個金屬片線圈：右側金屬片線圈5與左側金屬片線圈4以及複數個片狀體：右側片狀體7與左側片狀體6等之間的組合加以說明：首先將右側金屬片線圈5及左側金屬片線圈4個別中所設置的中間橫樑51、41與主鐵芯體1結合；是將右側金屬片線圈5的中間橫樑51置入主鐵芯體1的右側容納空間11，以及將左側金屬片線圈4的中間橫樑41置入主鐵芯體1的左側容納空間12中。如圖2所示，為主鐵芯體1與右側金屬片線圈5與左側金屬片線圈4組合後之示意圖。

另一方面，右側鐵芯體3與左側鐵芯體2與主鐵芯體1的組合，是將右側鐵芯體3的組裝表面31與主鐵芯體1的右側組裝平面13相蓋合；而左側鐵芯體2的組裝表面21則是與主鐵芯體1的左側組裝平面14相蓋合。所述的右側片狀體7設置於主體芯體的右側與右側鐵芯體3之間，並且用黏膠相黏合或是以其它膠合方式將右側片狀體7黏貼在主鐵芯體1的右側組裝平面13上；同樣地，將左側片狀體6設置於主體芯體1的左側與左側鐵芯體2之間，並且以黏膠將左側片狀體6黏貼於主鐵芯體1的左側組裝平面14上。

借此，本創作將主鐵芯體1與左、右側鐵芯體2、3以及左、右側金屬片線圈4、5相組合成為一個整體裝置或是為一個整體元件，並且形成一個特殊的磁路結構的裝置。整體組合後，本創作之非耦合式雙電感的裝置如圖3、圖4所示。透過主體芯體1(即工字型的鐵芯體)的中間柱體15和左側容納空間12、左側金屬片線圈4、左側鐵芯體2與左側片狀體6相組合，形成第一電感。另外，透過主體芯體1(即工字型的鐵芯體)的中間柱體15和右側容納空間11、右側金屬片線圈5、右側鐵芯體3與右側片狀體7相組合，形成第二電感。並且使得第一電感與第二電感成為一整體裝置，此雙電感裝置能夠透過所述的左、右片狀體6、7進一步控制各個鐵芯體之間的氣隙，以達到兩個電感為相同的電感量或是為相異的電感量，此點使用者能依據自己實際需求而彈性的調整。

上述本創作之非耦合式雙電感裝置，其中第一電感與第二電感之間共用了主鐵芯體1的中間柱體15，從而一方面可以實現兩個電感元件呈一體化，有效地減少使用者在使用印刷電路板組裝(PCBA)上的元件或器件的數量；另一方面，本創作的非耦合式雙電感裝置中兩個電感共用中間柱體15，從而實現最大限度地節約了整體體積與空間，有利於提高電源產品的功率密度，並有利於產品的小型化。

本創作非耦合式雙電感的磁路說明：

本創作之非耦合式雙電感裝置如上述之結構與組裝說明中，其形成的特殊磁路結構可以實現雙電感的非耦合的技術效果，參考如圖5的磁通量示意圖及對應圖6磁路示意圖之分析：首先，當金屬片線圈5工作時，磁通路徑的理論上會如同圖5所示。假設磁路的總磁通勢F=N*I(F：磁通勢，N：匝數，I：激磁電流)，其等效磁路如圖6所示。由於鐵芯體中的磁芯體磁導率遠遠大於空氣的磁導率，因此帶有氣隙部分的磁阻R2、R3、R5和R7遠遠大於其它的磁阻R1、R4和R6。然而磁通和電流一樣，總是在低磁阻的磁路中流通，高磁阻的通路磁通會較少。通過分析不難發現磁阻R5、R6和R7串聯後與R4是並聯於磁通勢F=N*I驅動的等效磁路中，因此磁阻R5、R6、R7旁路的磁通幾乎為零，也就是當金屬片線圈5有激勵磁勢的磁通勢F=N*I時，則在金屬片線圈4的耦合度非常低。

針對電感的漏磁通而言，此類帶有氣隙的電感中，在氣隙周邊會產生一定的漏磁通30，漏磁通30也是引起雙電感之間耦合的一個不可不考慮的因素與面向。本創作之非耦合式雙電感裝置所設計的氣隙之間相對位置距離比較遠，相較於一般現有的非工字型鐵芯與左右C型鐵心組合的設計，則本創作以最大程度避免了漏磁通帶來的雙電感之間的耦合，有效地實現超低的耦合係數。

另外需強調者，上述本創作之非耦合式雙電感裝置的結構設計上，第一電感與第二電感的電感量，是分別由不同的右側片狀體7與左側片狀體6的厚度來控制電感的氣隙進而獲得所需之電感量。兩個電感量可以是相同，也可以不同，即能夠由右側片狀體7與左側片狀體6的厚度來加以控制。另有關於第一電感與第二電感的直流電阻值是分別由右側金屬片線圈5與左側金屬片線圈4的結構所決定，兩個電感的直流電阻值可以是相同的，也可以是不同的。此外，本創作之非耦合式雙電感的裝置，能夠透過上述的電性導電引腳42、52延伸至超過主鐵芯體1的底部表面16，進而實現將非耦合式雙電感的裝置本體架高的效果，使得在非耦合式雙電感的底部上還能夠放置其它元件或器件來進一步節約印刷電路板的使用空間，並提高功率密度。

綜上所述，本新型公開一種非耦合式雙電感的裝置，參考以上定性的分析，本創作確實能對傳統意義上的單體電感和普通的雙電感進行性能指標上的明顯改進，豐富電感的特性表現形式，不僅有效節約體積和空間，且能為用戶某些特殊的需求提供切實的解決方案，具有很強的新穎性、進步性和實用性。

本創作說明所述之內容，僅為較佳實施例之舉例說明，當不能以之限定本創作所保護之範圍，任何相關局部變動、微小的修改修正或增加之技術，或為數字上位置上的變化等等，仍不脫離本新型所保護之範圍。