TWM606133U - 全灌膠式磁性元件 - Google Patents

Abstract

本新型關於一種全灌膠式磁性元件，包括磁芯和至少一個線圈組件，所述線圈組件包括繞線和絕緣隔板，所述繞線帶有自粘層，所述絕緣隔板包括至少一定位部，所述繞線在所述絕緣隔板的至少一側繞製成扁平線圈；所述磁芯扣合後，其內部形成容置空間，所述線圈組件置於所述容置空間中，所述容置空間內除所述繞線和所述絕緣隔板外的空間填充有灌注膠。

Description

全灌膠式磁性元件

本新型關於一種磁性元件，尤其關於一種大功率的全灌膠式磁性元件。

一些大功率的磁性元件，如車用系統的變壓器和電感器，通常工作在高頻率大功率的環境下，在工作時需要非常好的導熱途徑把繞組及磁芯上的溫升匯出到水冷系統中。然而，現有的安膠及檔牆隔離型變壓器，其結構參見圖1，磁芯1’內的線圈組件包含繞線骨架4’和繞組，由繞線5’繞製成的繞組由電氣膠帶3’包裹隔離，並由安膠2’來進行定位，缺點為：（1）繞組被膠布層層包裹，膠布導熱較差；（2）繞組與繞線骨架、繞組與膠布間的間隙嚴重影響導熱效果；（3）以安膠來保證耐壓，但安膠不利於自動化生產。另一種現有的平面繞線型變壓器，其結構參見圖2，磁芯6’內的線圈組件包含繞線骨架8’、繞線9’沿繞線骨架8’繞製成的扁平線圈以及蓋板7’，缺點為：（1）繞線被繞線骨架全包裹，而繞線骨架（通常由塑膠製成）的導熱性有局限；（2）線圈與繞線骨架之間的空間間隙嚴重影響了導熱效果（空氣的導熱係數只有0.02~0.03W/m*K）；（3）灌注膠無法滲入線圈與繞線骨架的細微間隙中。

由上，現有的變壓器或電感器的做法是將繞線繞製在塑膠製作的繞線骨架上，且初級線圈與次級線圈通常是以安膠及塑膠隔離牆，或是膠布等方式確保電氣絕緣，繞組本身還依賴膠布進行固定。因此，現有的變壓器或電感器的主要缺點有：（1）多層繞組重疊，內層散熱效果差，即使在後期灌注散熱膠，也很難滲透進去；（2）採用多層膠布來進行絕緣及固定，一方面膠布是熱的不良導體，另一方面膠布與繞線間的細微間隙更是不利於熱量的傳遞；（3）繞組與繞組間多採用安膠等保證安距和耐壓，生產過程不能自動化。

因此，現有的變壓器或電感器由於以上缺點，無法適應高頻率大功率的工作環境。

針對以上問題，本新型的主要目的在於提供一種全灌膠式磁性元件，可達成更好的絕緣及散熱效果，且該磁性元件的全灌膠式結構可使產品不受外在環境的影響，尤其適用於大功率磁性元件。

為達成上述的目的，本新型的全灌膠式磁性元件，包括磁芯和至少一個線圈組件，所述線圈組件包括繞線和絕緣隔板，所述繞線帶有自粘層，所述絕緣隔板包括至少一個定位部，所述繞線在所述絕緣隔板的至少一側繞製成扁平線圈；所述磁芯扣合後，其內部形成容置空間，所述線圈組件置於所述容置空間中，所述容置空間內除所述繞線和所述絕緣隔板外的空間填充有灌注膠。

由於所述繞線帶有自粘層，因此，所述繞線之間以及所述繞線與所述絕緣隔板之間可以由所述自粘層來粘結固定。所述絕緣隔板具有固定所述線圈組件和絕緣隔離多層所述扁平線圈的作用。

在本新型的一些實施例中，所述絕緣隔板包括中部鏤空的連接部，以及沿所述連接部的外側向外延伸的若干齒部。

在本新型的一些實施例中，所述齒部包括至少一個定位齒作為所述定位部。

在本新型的一些實施例中，所述線圈組件還包括定位塊，所述定位塊上設有與所述定位部相適配的定位孔、定位滑槽或定位臺階。

在本新型的一些實施例中，所述定位塊包括頭部定位塊和/或尾部定位塊。

在本新型的一些實施例中，所述齒部包括至少一個導引齒部，所述導引齒部上設有導引孔，用於導引繞製所述扁平線圈時所形成的引線。

在本新型的一些實施例中，所述齒部包括至少一個支撐齒部，所述支撐齒部設置在所述連接部的中部。

在本新型的一些實施例中，所述導引孔的橫截面為圓形、橢圓形、Ω形或大於180°扇形。

在本新型的一些實施例中，所述繞組在所述絕緣隔板的兩側均繞製成扁平線圈。

在本新型的一些實施例中，所述繞線為帶絕緣層的銅線、多股線或多層絕緣線。

在本新型的一些實施例中，所述絕緣隔板由塑膠或玻璃纖維板製成；所述灌注膠為導熱矽膠。

在本新型的一些實施例中，該磁性元件為電感器或變壓器。

在本新型的一些實施例中，所述線圈組件包括第一繞組和第二繞組，所述第一繞組包括由第一繞線繞製形成於第一絕緣隔板兩側的扁平線圈，所述第二繞組包括由第二繞線繞製形成於第二絕緣隔板兩側的扁平線圈，所述第一繞組和第二繞組之間通過所述灌注膠隔離絕緣。

在本新型的一些實施例中，所述第一繞組為原邊繞組，所述第二繞組為副邊繞組。

本新型的全灌膠式磁性元件的有益效果： （1）每根繞線都與灌注膠，也可稱作散熱膠，直接接觸，從最上層線圈至磁芯的最底面之間的路徑上均與導熱膠直接接觸，易於散熱； （2）繞線、絕緣隔板與磁芯之間的空間除了灌注膠沒有空間間隙或其他材質的物體存在，導熱效果優異，具有更優的散熱效率； （3）由於灌注膠的絕緣強度比較高，因此，可以將灌注膠的厚度設計得很薄，一方面，使得磁性元件體積更小，另一方面，減少灌注膠的使用量，降低產品成本；並且灌注膠固化後類似於橡膠，有輕微的彈性，有利於緩解高溫熱膨脹的應力，能夠降低磁芯裂碎的可能性； （4）對比於其它磁性元件的結構，本全灌膠式磁性元件的結構使得灌注膠的添加可以一次性完成，使得灌注膠的添加有更高的效率，更容易實現生產的自動化； （5）灌注膠將繞線、絕緣隔板與磁芯之間緊密結合，不易受外在環境的影響。

為了使本新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本新型，並不用於限定本新型，下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件。

本新型可能會在各實施例中重複使用元件符號及/或字母。此重複的目的在於簡化及釐清，且其自身並不規定所討論的各實施例及/或配置之間的關係。

此外，本新型在各實施例中的空間相對術語，諸如“左側”、“右側”、“頭部”、“尾部”等等在本文中用於簡化描述，以描述如附圖中所圖示的一個元件或特徵結構與另一元件或特徵結構的關係。除了描繪圖示的方位外，空間相對術語也包含元件在使用中或操作下的不同方位。此設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他方位上)，而本新型中使用的空間相對描述詞可相應地進行解釋。

本新型提供了一種全灌膠式磁性元件，如圖3至圖8，圖3為本新型全灌膠式磁性元件的外觀圖，圖4為本新型全灌膠式磁性元件的爆炸圖，圖5為本新型線包結構的爆炸圖，圖6為本新型線圈組件的爆炸圖。圖7為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最寬處所得的剖面圖。圖8為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最窄處所得的剖面圖。

參見圖3至圖8所示，本新型的全灌膠式磁性元件，該實施例以該磁性元件為變壓器為例，在其他實施例中，磁性元件還可以為電感器，本新型不以此為限。該磁性元件包括磁芯1和兩個線圈組件4A、4B，線圈組件4A和4B均包括繞線9和絕緣隔板6，繞線9帶有自粘層，絕緣隔板6包括至少一個定位部，繞線9在絕緣隔板6的兩側繞製成扁平線圈7。當然在一些其他實施例中，繞線9可以僅在絕緣隔板6的一側繞製成扁平線圈7，在此不再贅述。所述磁芯1扣合後，其內部形成容置空間3，線圈組件4A和4B置於容置空間3中，容置空間3內除繞線9和絕緣隔板6外的空間填充滿灌注膠5，也就是說，繞線9與繞線9之間的空間、繞線9與絕緣隔板6之間的空間、繞線9與磁芯1之間的空間、絕緣隔板6與磁芯1之間的空間全部填充有灌注膠。在一些實施例中，填充灌注膠，例如可以理解為將繞線9和絕緣隔板6放入灌膠模具中進行灌膠，並且等灌封膠定型後形成線包結構2，再將線包機構放入磁芯1內部形成的容置空間3中。其中，圖5中的灌封膠5其為液體灌封膠定型後的形態，只是用於示意，具體結構形狀不以此為限。

在該實施例中，由於繞線9帶有自粘層，因此，繞線9之間以及繞線9與絕緣隔板6之間可以由自粘層來粘結固定，形成扁平線圈7。由於扁平線圈7通過自粘層固定在絕緣隔板6上，因此，絕緣隔板6具有固定以及絕緣隔離扁平線圈7的作用。

在該實施例中，由於絕緣隔板6上設有定位部。具體的，當兩個線圈組件4A、4B固定於絕緣隔板6上，進一步的，可以通過定位部將絕緣隔板6和兩個線圈組件4A、4B放置固定在灌膠設備中，並且灌膠設備中的灌膠空間與該磁性元件的容置空間3相適配，通過定位部與灌膠設備固定定位後，即可向其中填充灌注膠，從而形成線包結構2。將該線包結構2放入磁芯1的該容置空間3內，最終得到的磁性元件。其中，繞線9與繞線9之間的空間、繞線9與絕緣隔板6之間的空間、繞線9與磁芯1之間的空間、絕緣隔板6與磁芯1之間的空間全部填充滿灌注膠。

在另一實施例中，還可以將兩個線圈組件4A、4B放置在磁芯1內的容置空間3中填充灌注膠5，直接得到該磁性元件。在又一實施例中，可以設置與磁芯1適配的灌膠外殼，然後將兩個線圈組件4A、4B放置在由灌膠外殼與磁芯1一起形成的灌膠空間內，向其中填充滿灌注膠後，再拆掉灌膠外殼就可以得到該磁性元件。

在該實施例中，參見圖6所示，絕緣隔板6包括中部鏤空的連接部61，以及沿連接部61的外側向外延伸的若干齒部62。為了在填充灌注膠5的過程中，便於灌注膠5向絕緣隔板6與扁平線圈7之間的空隙以及繞線9與繞線9之間的空隙流動，連接部61的中部鏤空越大越好，連接部61（不包含鏤空處）越窄越好。因此，當絕緣隔板6的中部鏤空越大，連接部61越窄，填充灌注膠5時，灌注膠5越容易填充滿容置空間3。

但是當絕緣隔板6的中部鏤空越大，連接部61越窄，絕緣隔板6對扁平線圈7的支撐和定位就越差，因此，在該實施例中，如圖6所示，在連接部61的周邊設置有一些齒部62，便於上下層線圈之間的絕緣與散熱；並且在填充灌注膠5時，連接部61上具有若干齒部62，使得絕緣隔板6有寬有窄，灌注膠5相對容易由窄處進入繞線9與連接部61的空隙中，並向兩側的空隙流動。

其中，圖7為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最寬處所得的剖面圖。圖8為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最窄處所得的剖面圖。具體的，參見圖6，環形連接部61的兩側分別設置有三個支撐齒部623，兩個最中間的支撐齒部623連線處即為連接部61最寬處，該齒部附近的連接部61的寬度大大下降，參考圖7和圖8所示，由於支撐齒部623的存在，使得連接部61兩側有寬有窄，所以支撐齒部623的設置既不影響灌注膠5填充進繞線9與連接部61的空隙，填充滿容置空間3，還能夠增強連接部61對扁平線圈7的支撐和定位能力以及上下線圈的絕緣隔離。當然，在其他實施例中，支撐齒部623的個數還可以是1個、2個、3個或更多個，本新型對支撐齒部623的個數、形狀以及設置位置均不做限制。

在該實施例中，連接部61是首尾閉合的環形。當然，在本新型的另一些實施例中，連接部61也可以是不閉合的；在本新型的又一些實施例中，連接部61也是閉合的，但是其形狀包括但不限於橢圓形、跑道形或長方形等。

由此，本新型的全灌膠式磁性元件的優勢有：（1）每根繞線9都與導熱膠/灌注膠5直接接觸，從最上層扁平線圈7至磁芯1的最底面之間的路徑上均與導熱膠直接連通。（2）繞線9、絕緣隔板6與磁芯1之間的空間除了灌注膠5沒有空間間隙或其他材質的物體存在，導熱效果優異，具有更優的導熱效率。（3）由於灌注膠5的絕緣強度比較高，因此，可以將灌注膠5的厚度設計得很薄，一方面，使得磁性元件體積更小；另一方面，減少灌注膠5的使用量，降低產品成本；並且灌注膠固化後類似於橡膠，有輕微的彈性, 有利於緩解高溫熱膨脹的應力，能夠降低磁芯裂碎的可能性。（4）灌注膠5的填充可以一次性完成，對比於其它灌膠方式，有更高的效率，更容易實現生產的自動化。（5）灌注膠5將繞線9、絕緣隔板6與磁芯1之間緊密結合，不易受外在環境的影響。

在上述實施例中，兩個線圈組件4A、4B分別為第一繞組和第二繞組，第一繞組包括由第一繞線9A繞製形成於第一絕緣隔板兩側的扁平線圈7，第二繞組包括由第二繞線9B繞製形成於第二絕緣隔板兩側的扁平線圈7，第一繞組和第二繞組之間通過灌注膠隔離絕緣。其中，第一繞組例如為原邊繞組，第二繞組例如為副邊繞組。

在本新型的一些實施例中，線圈組件的個數還可以為1個、3個、4個或更多個，本新型不對線圈組件的個數進行限制。

進一步的，在該實施例中，若干齒部中包括至少一個導引齒部621，導引齒部621可以位於連接部61的頭部。當然，在一些其他實施例中，導引齒部621可以設置在連接部61的尾部。在另一些其他實施例中，導引齒部621可以同時位於連接部61的頭部和尾部。當具有兩個線圈組件時，在一些實施例中，如圖5所示，線圈組件4A和4B可以頭尾交錯放置，使得不同線圈組件中的導引齒部621位於不同側；在另一些實施例中，如圖9所示，線圈組件4A和4B頭對頭交疊放置，使得不同線圈組件中的導引齒部621位於同一側。本新型對引導齒部621的數量、形狀以及設置位置均不做限定。

在本新型的另一實施例中，參見圖9所示，該磁性元件含有兩個上下堆疊的線圈組件4C、4D，上方的線圈組件4C的絕緣隔板6的連接部61的頭部設有4個導引齒部621，每個導引齒部621上設有一個圓形的導引孔6211，用於導引繞製扁平線圈時所形成的引線端子8。下方的線圈組件4D結構與上方線圈組件4C的結構類似，不在贅述。具體的，上方的絕緣隔板6上的4個導引齒部621中的其中兩個用於引導線圈組件4C本身的兩個引線端子8，另外兩個用於引導下層的線圈組件4D的引線端子8，本新型不以此為限。

其中，絕緣隔板6的最外側的兩個導引齒部621向外側延伸出凸起，這兩個導引齒部621也可以稱作頭部定位齒部，連接部61的尾部設有一個定位齒部622。對應的，該磁性元件還包括頭部定位塊10和尾部定位塊11，頭部定位塊10上設有與頭部定位齒部的凸起相適配的定位滑槽1002，尾部定位塊11上設有與定位齒部622相適配的定位孔1101。

在本新型的又一實施例中，參見圖10所示，該磁性元件含有兩個上下堆疊的線圈組件4E、4F，上方的線圈組件4E的絕緣隔板6的連接部61的頭部設有4個導引齒部621，每個導引齒部621上設有一個圓形的導引孔6211，用於導引繞製扁平線圈7時所形成的引線端子8，連接部61的尾部設有一個定位齒部622；下方的線圈組件4F的結構與上方的線圈組件4E的結構類似，不在贅述。對應的，該磁性元件還包括頭部定位塊10和尾部定位塊11，頭部定位塊10內設有與上述導引齒部621相適配的定位滑槽1002，尾部定位塊11上也設有與定位齒部622相適配的定位滑槽1102。圖9-10中的定位塊形狀和結構僅為示意，本新型對頭部定位塊10和尾部定位塊11的形狀不做限定。

在上述實施例中，將絕緣隔板6與頭部定位塊10和尾部定位塊11分別固定後，可以放入灌封模具中進行灌膠。在灌封完成後，定位塊10、11可以同灌注模具一起拆除；當然，在其他實施例中，定位部10、11也可以不拆除，作為線包結構的一部分，套合在磁件上，最終形成磁性元件。

在本新型的再一實施例中，參見圖11所示，該磁性元件含有兩個上下堆疊的線圈組件4G、4H，上方的線圈組件4G的絕緣隔板6的連接部61的頭部設有4個導引齒部621，每個導引齒部621上設有一個圓形的導引孔6211，用於導引繞製扁平線圈7時所形成的引線端子8，連接部61的尾部設有一個定位齒部622；下方的線圈組件4H結構與線圈組件4G的結構類似，不在贅述。對應的，該磁性元件包括第一尾部定位塊12，灌注模具14上設有與第一尾部定位塊12相適配的第二尾部定位部13，第二尾部定位部13上設有與定位齒部622相適配的定位臺階1301，灌注模具14的另一側（圖上未顯示）還可以設置與導引齒部621相匹配的定位孔，通過灌注模具14和第一尾部定位塊12使得該線圈組件固定於灌注模具14中，便於後續填充灌注膠。

在上述實施例中，第二尾部定位部13與灌注模具14一體成型，當然，在其他實施例中，第二尾部定位部13還可以與第一尾部定位塊12同屬於該磁性元件。

在上述實施例中，導引孔6211的橫截面為圓形，當然，在一些其他實施例中，導引孔621的形狀還可以是但不限於橢圓形、Ω形或大於180°扇形，其中較佳者為Ω形或大於180°扇形，以方便引線8的取放。

在上述實施例中，繞線9在絕緣隔板6的兩側均繞製成扁平線圈7。當然，在其他實施例中，繞線9還可以僅在絕緣隔板6的一側繞製成扁平線圈7。

在上述實施例中，繞線9為多股線，由於多股線比較柔軟，因此，將多股線繞製成的扁平線圈7固定在絕緣隔板6上更為困難。當然，在其他實施例中，繞線9還可以是帶絕緣層的銅線或多層絕緣線。

在上述實施例中，絕緣隔板6由玻璃纖維板製成，當然，在其他實施例中，絕緣隔板6還可以由塑膠製成；在上述實施例中，灌注膠5為導熱矽膠，導熱矽膠的優勢有：（1）導熱矽膠製成的線包結構具有更加優異的導熱效果；（2）導熱矽膠的絕緣強度比較高，因此，可以將灌注膠的厚度設計得很薄，一方面，使得磁性元件體積更小；另一方面，減少灌注膠的使用量，降低產品成本；並且灌注膠固化後類似於橡膠，有輕微的彈性，有利於緩解高溫熱膨脹的應力，能夠降低磁芯裂碎的可能性；（3）導熱矽膠製成的線包結構具有更好的遮罩外在環境影響的作用。

應該注意的是，上述較佳實施例僅用於說明本新型，但本新型不限於所述實施例，在本新型的構思範圍內，由本領域普通技術人員所進行變化和修飾，皆屬於本新型的保護範圍。

[先前技術]

1’,6’:磁芯

2’:安膠

3’:電氣膠帶

4’,8’:繞線骨架

5’,9’:繞線

7’:蓋板

[本新型]

1:磁芯

2:線包結構

3:容置空間

4A~4H:線圈組件

5:灌注膠

6:絕緣隔板

61:連接部

62:齒部

621:導引齒部

6211:導引孔

622:定位齒部

623:支撐齒部

7:扁平線圈

8:引線端子

9:繞線

9A:第一繞線

9B:第二繞線

10:頭部定位塊

11:尾部定位塊

12:第一尾部定位塊

13:第二尾部定位部

1101:定位孔

1002,1102:定位滑槽

1301:定位臺階

14:灌注模具

圖1為已知安膠及檔牆隔離型變壓器結構的剖面圖。 圖2為已知平面繞線型變壓器結構的剖面圖。 圖3為本新型一實施例的全灌膠式磁性元件的外觀圖 圖4為圖3的全灌膠式磁性元件的爆炸圖。 圖5為圖4的線包結構的爆炸圖。 圖6為圖5的線圈組件的爆炸圖。 圖7為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最寬處所得的剖面圖。 圖8為圖3沿連接部（不包含中間鏤空）最窄處所得的剖面圖。 圖9為本新型的另一實施例的線圈組件的爆炸圖。 圖10為本新型的又一實施例的線圈組件的爆炸圖。 圖11為本新型的再一實施例的線圈組件的爆炸圖。

1:磁芯

2:線包結構

8:引線端子

Claims (14)

1. 一種全灌膠式磁性元件，包括磁芯和至少一個線圈組件，其特徵在於： 所述線圈組件包括繞線和絕緣隔板，所述繞線帶有自粘層，所述絕緣隔板包括至少一個定位部，所述繞線在所述絕緣隔板的至少一側繞製成扁平線圈； 所述磁芯扣合後，其內部形成容置空間，所述線圈組件置於所述容置空間中，所述容置空間內除所述繞線和所述絕緣隔板外的空間填充有灌注膠。
2. 如請求項1所述的磁性元件，其中，所述絕緣隔板包括中部鏤空的連接部，以及沿所述連接部的外側向外延伸的若干齒部。
3. 如請求項2所述的磁性元件，其中，所述齒部包括至少一個定位齒作為所述定位部。
4. 如請求項1或3所述的磁性元件，其中，所述磁性元件還包括定位塊，所述定位塊上設有與所述定位部相適配的定位孔、定位滑槽或定位臺階。
5. 如請求項4所述的磁性元件，其中，所述定位塊包括頭部定位塊和/或尾部定位塊。
6. 如請求項2所述的磁性元件，其中，所述齒部包括至少一個導引齒部，所述導引齒部上設有導引孔。
7. 如請求項2所述的磁性元件，其中，所述齒部包括至少一個支撐齒部，所述支撐齒部設置在所述連接部的中部。
8. 如請求項6所述的磁性元件，其中，所述導引孔的橫截面為圓形、橢圓形、Ω形或大於180°扇形。
9. 如請求項1所述的磁性元件，其中，所述繞組在所述絕緣隔板的兩側均繞製成扁平線圈。
10. 如請求項1所述的磁性元件，其中，所述繞線為帶絕緣層的銅線、多股線或多層絕緣線。
11. 如請求項1所述的磁性元件，其中，所述絕緣隔板由塑膠或玻璃纖維板製成；所述灌注膠為導熱矽膠。
12. 如請求項1所述的磁性元件，其中，所述磁性元件為電感器或變壓器。
13. 如請求項12所述的磁性元件，其中，所述線圈組件包括第一繞組和第二繞組，所述第一繞組包括由第一繞線繞製形成於第一絕緣隔板兩側的扁平線圈，所述第二繞組包括由第二繞線繞製形成於第二絕緣隔板兩側的扁平線圈，所述第一繞組和第二繞組之間通過所述灌注膠隔離絕緣。
14. 如請求項13所述的磁性元件，其中，所述第一繞組為原邊繞組，所述第二繞組為副邊繞組。

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