TWM649847U - 磁芯結構及磁性元件 - Google Patents
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Abstract
本申請公開一種磁芯結構，其包括：第一磁芯與第二磁芯；第一磁芯包括：第一本體與自第一本體的相對兩端朝遠離第一本體的方向延伸的兩個第一磁柱；第二磁芯與第一磁芯對接，第二磁芯包括：第二本體與第二磁柱，兩個第一磁柱連接第二本體的相對兩端，第一本體、兩個第一磁柱與第二本體形成閉合磁路，第二磁柱自第二本體朝第一本體的方向延伸且位於兩個第一磁柱之間。因此，當磁芯結構應用於磁性元件時，磁性元件具有共模電感與差模電感的功能。
Description
本申請相關於一種磁芯結構及磁性元件，特別是相關於一種差模共模一體磁芯結構及磁性元件。
電源轉換裝置的開關電源電路因常操作於高頻切換，容易產生電磁干擾（electromagnetic interference，EMI），進而影響應用電源轉換裝置的電子裝置的操作。為消除電磁干擾帶來的不良影響，開關電源電路通常採用至少一個共模電感器來消除所有的導線的電流方向相同時發生的共模雜訊，並採用至少一個差模電感器來消除兩條導線的電流方向互為相反時發生的差模雜訊。
然而，共模電感器與差模電感器所佔據的電路板上的空間不利於開關電源電路的小型化，因此，如何提供一種體積更小的磁芯結構，使其應用於磁性元件（即電感器）時能夠同時消除共模雜訊與差模雜訊，以實現開關電源電路的小型化，已成為重要課題之一。
本申請實施例提供一種磁芯結構及磁性元件，可解決現有技術中，開關電源電路因採用至少一個共模電感器消除共模雜訊，並採用至少一個差模電感器消除差模雜訊，而不利於體積小型化的問題。
為了解決上述技術問題，本申請是這樣實現的：
本申請提供了一種磁芯結構， 其包括：第一磁芯與第二磁芯；第一磁芯包括：第一本體與自第一本體的相對兩端朝遠離第一本體的方向延伸的兩個第一磁柱；第二磁芯與第一磁芯對接，第二磁芯包括：第二本體與第二磁柱，兩個第一磁柱連接第二本體的相對兩端，第一本體、兩個第一磁柱與第二本體形成閉合磁路，第二磁柱自第二本體朝第一本體的方向延伸且位於兩個第一磁柱之間。
本申請還提供了一種磁性元件，其包括：本申請所述的磁芯結構與兩個線圈，兩個線圈分別同向纏繞於第一磁芯的兩個第一磁柱。
在本申請實施例中，基於第一本體、兩個第一磁柱與第二本體所形成的閉合磁路，使得磁芯結構應用於磁性元件時，具有共模電感的功能（即能消除共模雜訊）；基於第二磁柱自第二本體朝第一本體的方向延伸且位於兩個第一磁柱之間的設計，使得磁芯結構應用於磁性元件時，具有差模電感的功能（即能消除差模雜訊）。換句話說，磁芯結構為複合式磁芯，使得在相同同時具有消除共模雜訊與差模雜訊的功能的情況下，應用本申請的磁芯結構的磁性元件相較於先前技術所述的共模電感器與差模電感器的組合具有較小的體積，有利於開關電源電路的小型化發展趨勢。
以下將配合相關圖式來說明本新型的實施例。在這些圖式中，相同的標號表示相同或類似的組件或方法流程。
必須瞭解的是，使用在本說明書中的｢包含｣、｢包括｣等詞，是用於表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理和/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、組件，或以上的任意組合。
請參閱圖1至圖3，圖1為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的一實施例立體示意圖，圖2為圖1的磁性元件的爆炸圖，圖3為圖1的磁性元件沿線段AA’的剖面圖。如圖1至圖3所示，磁性元件200包括：磁芯結構100與兩個線圈210，其中，磁芯結構100包括：第一磁芯110與第二磁芯120；第一磁芯110包括：第一本體112與自第一本體112的相對兩端朝遠離第一本體112的方向延伸的兩個第一磁柱114；第二磁芯120與第一磁芯110對接，第二磁芯120包括：第二本體122與第二磁柱124；兩個第一磁柱114連接第二本體122的相對兩端；第一本體112、兩個第一磁柱114與第二本體122形成閉合磁路；第二磁柱124自第二本體122朝第一本體112的方向延伸且位於兩個第一磁柱114之間；兩個線圈210分別同向纏繞於第一磁芯110的兩個第一磁柱114。其中，每一個線圈210可為但不限於由扁平銅線繞制而成，兩個線圈210的圈數相同；第二磁柱124可為但不限於自第二本體122的中央部位朝第一本體112的方向延伸。
在本實施例中，基於第一本體112、兩個第一磁柱114與第二本體122所形成的閉合磁路以及兩個線圈210分別同向纏繞於第一磁芯110的兩個第一磁柱114，使得磁性元件200具有共模電感的功能（即能消除共模雜訊）；基於第二磁柱124自第二本體122朝第一本體112方向延伸且位於兩個第一磁柱114之間的設計，使得磁性元件200具有差模電感的功能（即能消除差模雜訊）。換句話說，磁芯結構100為複合式磁芯，使得在相同同時具有消除共模雜訊與差模雜訊的功能的情況下，應用磁芯結構100的磁性元件200相較於先前技術所述的共模電感器與差模電感器的組合具有較小的體積，有利於開關電源電路的小型化發展趨勢。
其中，第一本體112與兩個第一磁柱114可以但不限於一體成形或分別製備再透過磁性膠體相互黏結，第二本體122與第二磁柱124可以但不限於一體成形或分別製備再透過磁性膠體相互黏結，兩個第一磁柱114可透過磁性膠體黏結第二本體122的相對兩端。所述磁性膠體可由磁性粉狀材料混入樹脂材料中而成，所述樹脂材料可選自聚硫化苯（polyphenylene sulfide，PPS）、聚對苯二甲酸丁二酯（polybutyleneterephthalate，PBT）或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（ethylene-ethyl acrylate copolymer，EEA）其中之一，所述磁性粉狀材料可為金屬軟磁材料或鐵氧體粉末（Ferrite），所述金屬軟磁材料可選自鐵粉（Iron）、鐵鋁矽合金（FeAlSi Alloy）、鐵鉻矽合金（FeCrSi Alloy）或不銹鋼其中之一。
在一實施例中，第一本體112、兩個第一磁柱114、第二本體122與第二磁柱124可為實質上圓型、橢圓型、方形或其他任何形狀之柱體所構成。
在一實施例中，第一磁芯110與第二磁芯120的材質可分別為鐵基奈米晶合金或鐵氧體。換句話說，第一磁芯110與第二磁芯120的材質可同為鐵基奈米晶合金；或者第一磁芯110與第二磁芯120的材質可同為鐵氧體；或者第一磁芯110的材質為鐵基奈米晶合金，第二磁芯120的材質為鐵氧體；或者第一磁芯110的材質為鐵氧體，第二磁芯120的材質為鐵基奈米晶合金。
在一實施例中，第二磁柱124與第一本體112之間間隔一距離（如圖3所示）。在另一實施例中，第二磁柱124接觸第一本體112。具體地，磁性元件200可透過第二磁柱124的長度L控制漏感值（或稱LK值），達到差模電感的功能。
在一實施例中，第一本體112與兩個第一磁柱114形成U形磁芯，第二本體122與第二磁柱124形成T形磁芯，第一本體112、兩個第一磁柱114與第二本體122形成矩形框體結構（如圖1至圖3所示）。
請參閱圖4至圖6，圖4為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的另一實施例立體示意圖，圖5為圖4的磁性元件的爆炸圖，圖6為圖4的磁芯結構的結構示意圖。如圖4至圖6所示，第一本體112與兩個第一磁柱114形成C形磁芯，第二本體122為弧形磁芯，第一本體112、兩個第一磁柱114與第二本體122形成圓形或橢圓形框體結構。具體地，第一本體112為弧形磁芯，每一個第一磁柱114遠離第一本體112的一端朝向另一個第一磁柱114彎曲（即每一個第一磁柱114為弧形磁芯）， 第二本體122為匹配所述C形磁芯的缺口的弧形磁芯，使得第二磁芯120與第一磁芯110對接時，第一本體112、兩個第一磁柱114與第二本體122形成圓形或橢圓形框體結構。
由於磁性元件200工作時，線圈210透過高頻電流產生高頻磁場會引起磁芯結構100的渦流效應，產生熱能。因此，為了解決散熱與渦流效應的問題，針對磁芯結構100進行改良。具體地，請參閱圖7，其為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的一實施例剖面圖。如圖7所示，每一個第一磁柱114的内部設置有第一磁芯空腔1142（即第一磁柱114不是實心的磁柱），能夠緩減渦流效應，降低渦流造成的損耗；每一個第一磁柱114的表面設置有與第一磁芯空腔1142連通的複數個散熱孔1144，能夠讓第一磁柱114溫度升高後，第一磁芯空腔1142中的熱空氣自該些散熱孔1144排到外部環境，達到散熱的功效。
在一實施例中，第一磁芯空腔1142填充有絕緣導熱膠，所述絕緣導熱膠可為但不限於環氧樹脂灌封膠、有機矽樹脂灌封膠或聚氨酯灌封膠，以協助第一磁柱114的散熱。此外，散熱孔1144可基於散熱需求填充有所述絕緣導熱膠。
在一實施例中，第一本體112的内部設置有與第一磁芯空腔1142連通的散熱空腔1122（如圖8所示，圖8為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的另一實施例剖面圖），以協助第一磁柱114的散熱。此外，第一本體112可基於散熱需求在其表面設置有與散熱空腔1122連通的散熱孔1124。
請參閱圖9，其為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的又一實施例剖面圖。如圖9所示，每一個第一磁柱114的内部設置有第一磁芯空腔1142，第二本體122的内部設置有第二磁芯空腔1222，第二本體122與第二磁柱124相對的頂表面1224設置有與第二磁芯空腔1222連通的散熱開口1226，第二磁芯空腔1222與第一磁芯空腔1142連通。具體地，每一個第一磁柱114的内部設置有第一磁芯空腔1142（即第一磁柱114不是實心的磁柱），能夠緩減渦流效應，降低渦流造成的損耗；第二本體122的内部設置有與第一磁芯空腔1142連通的第二磁芯空腔1222，第二本體122的頂表面1224設置有與第二磁芯空腔1222連通的散熱開口1226，能夠讓第一磁柱114溫度升高後，第一磁芯空腔1142中氣體溫度升高，熱空氣上升後經由第二磁芯空腔1222與散熱開口1226排到外部環境，達到散熱的功效。
在一實施例中，第二磁芯空腔1222與第一磁芯空腔1142分別填充有絕緣導熱膠，所述絕緣導熱膠可為但不限於環氧樹脂灌封膠、有機矽樹脂灌封膠或聚氨酯灌封膠，以協助第一磁柱114的散熱。此外，散熱開口1226可基於散熱需求填充有所述絕緣導熱膠。
在一實施例中，第一本體112的内部設置有與第一磁芯空腔1142連通的散熱空腔1122，以協助第一磁柱114的散熱。此外，第一本體112可基於散熱需求填充有所述絕緣導熱膠。
請參閱圖10與圖11，圖10為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的又一實施例立體示意圖，圖11為圖10的磁性元件的爆炸圖。圖10與圖11的實施例與圖1與圖2的實施例之間的差異在於，圖10與圖11中的每一個線圈210由圓銅線繞制而成。
請參閱圖12至圖13，圖12為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的再一實施例剖面圖，圖13為圖12的區域B的放大示意圖。圖12至圖13的實施例與圖3的實施例之間的差異在於，圖12至圖13中的每一個第一磁柱114的周壁上設有螺旋槽1146，兩個線圈210分別同向纏繞於兩個第一磁柱114的螺旋槽1146內，避免線圈210具有移動空間，線圈210纏繞固定時的穩定性較高。
綜上所述，本申請實施例中，基於第一本體、兩個第一磁柱與第二本體所形成的閉合磁路，使得磁芯結構應用於磁性元件時，具有共模電感的功能（即能消除共模雜訊）；基於第二磁柱自第二本體朝第一本體方向延伸且位於兩個第一磁柱之間的設計，使得磁芯結構應用於磁性元件時，具有差模電感的功能（即能消除差模雜訊）。換句話說，磁芯結構為複合式磁芯，使得在相同同時具有消除共模雜訊與差模雜訊的功能的情況下，應用磁芯結構的磁性元件相較於先前技術所述的共模電感器與差模電感器的組合具有較小的體積，有利於開關電源電路的小型化發展趨勢。另外，可透過第一磁柱設置有相互連通的第一磁芯空腔與複數個散熱孔，或者可透過第一磁柱設置有第一磁芯空腔、第二本體設置有相互連通的第二磁芯空腔與散熱開口以及第二磁芯空腔與第一磁芯空腔連通，緩減渦流效應，降低渦流造成的損耗，並達到散熱的功效。此外，可透過第一磁柱的周壁上設有螺旋槽，使得線圈纏繞固定於第一磁柱時的穩定性較高。
雖然在本申請的圖式中包含了以上描述的組件，但不排除在不違反新型的精神下，使用更多其他的附加組件，已達成更佳的技術效果。
雖然本新型使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用於限縮本新型。相反地，此新型涵蓋了所屬技術領域中的技術人員顯而易見的修改與相似設置。所以，申請專利範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。
100:磁芯結構
110:第一磁芯
112:第一本體
1122:散熱空腔
1124:散熱孔
114:第一磁柱
1142:第一磁芯空腔
1144:散熱孔
1146:螺旋槽
120:第二磁芯
122:第二本體
1222:第二磁芯空腔
1224:頂表面
1226:散熱開口
124:第二磁柱
200:磁性元件
210:線圈
AA’:線段
B:區域
L:長度
此處所說明的圖式用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在圖式中：
圖1為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的一實施例立體示意圖。
圖2為圖1的磁性元件的爆炸圖。
圖3為圖1的磁性元件沿線段AA’的剖面圖。
圖4為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的另一實施例立體示意圖。
圖5為圖4的磁性元件的爆炸圖。
圖6為圖4的磁芯結構的結構示意圖。
圖7為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的一實施例剖面圖。
圖8為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的另一實施例剖面圖。
圖9為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的又一實施例剖面圖。
圖10為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的又一實施例立體示意圖。
圖11為圖10的磁性元件的爆炸圖。
圖12為依據應用本申請的磁芯結構的磁性元件的再一實施例剖面圖。
圖13為圖12的區域B的放大示意圖。
100:磁芯結構
110:第一磁芯
112:第一本體
114:第一磁柱
120:第二磁芯
122:第二本體
124:第二磁柱
200:磁性元件
210:線圈
Claims (15)
- 一種磁芯結構，包括： 一第一磁芯，包括：一第一本體與自該第一本體的相對兩端朝遠離該第一本體的方向延伸的兩個第一磁柱；以及 一第二磁芯，與該第一磁芯對接，該第二磁芯包括：一第二本體與一第二磁柱，該兩個第一磁柱連接該第二本體的相對兩端，該第一本體、該兩個第一磁柱與該第二本體形成一閉合磁路，該第二磁柱自該第二本體朝該第一本體的方向延伸且位於該兩個第一磁柱之間。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該第二磁柱接觸該第一本體。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該第二磁柱與該第一本體之間間隔一距離。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該第一本體與該兩個第一磁柱形成一U形磁芯，該第二本體與該第二磁柱形成一T形磁芯，該第一本體、該兩個第一磁柱與該第二本體形成一矩形框體結構。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該第一本體與該兩個第一磁柱形成一C形磁芯，該第二本體為一弧形磁芯，該第一本體、該兩個第一磁柱與該第二本體形成一圓形框體結構或一橢圓形框體結構。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該兩個第一磁柱中的每一個第一磁柱的内部設置有一第一磁芯空腔，該兩個第一磁柱的每一個第一磁柱的表面設置有與該第一磁芯空腔連通的複數個散熱孔。
- 如請求項6所述的磁芯結構，其中，該第一磁芯空腔填充有一絕緣導熱膠。
- 如請求項6所述的磁芯結構，其中，該第一本體的内部設置有 與該第一磁芯空腔連通的一散熱空腔。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該兩個第一磁柱中的每一個第一磁柱的内部設置有一第一磁芯空腔，該第二本體的内部設置有一第二磁芯空腔，該第二本體與該第二磁柱相對的一頂表面設置有與該第二磁芯空腔連通的一散熱開口，該第二磁芯空腔與該第一磁芯空腔連通。
- 如請求項9所述的磁芯結構，其中，該第二磁芯空腔與該第一磁芯空腔分別填充有一絕緣導熱膠。
- 如請求項9所述的磁芯結構，其中，該第一本體的内部設置有與該第一磁芯空腔連通的一散熱空腔。
- 如請求項1所述的磁芯結構，其中，該第一磁芯與該第二磁芯的材質分別為鐵基奈米晶合金或鐵氧體。
- 一種磁性元件，包括： 請求項1至12中任一項所述的磁芯結構；以及 兩個線圈，分別同向纏繞於該兩個第一磁柱。
- 如請求項13所述的磁性元件，其中，該兩個線圈中的每一個線圈由一圓銅線或者一扁平銅線繞制而成。
- 如請求項13所述的磁性元件，其中，該兩個第一磁柱中的每一個第一磁柱的一周壁上設有一螺旋槽，該兩個線圈分別同向纏繞於該兩個第一磁柱的該螺旋槽內。
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