磁性元件的制作方法

本发明涉及一种磁性元件，特别是一种适用于无绕线架(bobbinless)的磁性元件。

背景技术：

变压器为各式电子装置中经常使用的磁性组件，用以调整不同的电压，使其达到电子装置能够适用的范围。此外，随着电子装置(例如电源供应器)朝轻薄化、高积密度及高效能的趋势发展，变压器的设计亦须达到薄型化及高效能以符合应用需求。

请参阅图1，其系揭示一现有技术变压器的结构分解图。变压器1包括磁芯组11、绕线架(bobbin)12、初级绕线13、次级绕线14及绝缘胶带15。其中，初级绕线13及次级绕线14通过绝缘胶带15而相分隔地缠绕于绕线架12上。磁芯组11由第一磁芯部111与第二磁芯部112组成，其中第一磁芯部111与第二磁芯部112的中柱111a、112a设置于绕线架12的通道121内，且第一磁芯部111与第二磁芯部112套覆于初级绕线13及次级绕线14的外部，借此使磁芯组11与初级绕线13及次级绕线14产生电磁耦合感应，以达到电压转换的目的。

然而，传统变压器1须使用绕线架12以供初级绕线13与次级绕线14进行绕设，由于绕线架12的套筒部分具有壁厚，因此在固定的变压器尺寸下，绕线架12的壁厚将占据可绕线的空间，使绕线匝数无法增加，换言之，绕线架12的使用将使绕线空间减缩，使变压器1的效能无法进一步提升。此外，绕线架12的使用亦会增加材料成本，使变压器1的体积无法进一步减缩。

因此，有必要发展一种无绕线架的磁性元件，以解决现有技术所面临的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁性元件，其无需使用绕线架，且绕组可直接套设或缠绕于磁芯组上，借此可增加磁性元件的绕线空间、提升磁性元件的效能、降低材料成本、缩减磁性元件体积，且便于组装。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁性元件，其包括一磁芯组、至少一固定元件、一第一绕组及至少一第二绕组。磁芯组包含至少一柱体，柱体具有一外周面。固定元件设置于柱体的外周面。第二绕组套设于柱体的外周面，且通过固定元件固定于该柱体。第一绕组绕设于柱体的外周面。

本发明的技术效果在于：

本发明无需使用绕线架，且绕组可直接套设或缠绕于磁芯组上，借此可增加磁性元件的绕线空间、提升磁性元件的效能、降低材料成本、缩减磁性元件体积，且便于组装。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为一现有技术变压器的结构分解图；

图2a为本发明第一较佳实施例的磁性元件的结构分解图；

图2b为图2a所示的磁性元件的组装示意图；

图3a为本发明第二较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图3b为本发明第二较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图4a为本发明第三较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图4b为图4a所示的磁性元件的部分结构截面图；

图4c为本发明第三较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图5a为本发明第四较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图5b为图5a所示的磁性元件的部分结构截面图；

图5c为本发明第四较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图6a为本发明第五较佳实施例的磁性元件的部分结构截面图；

图6b为本发明第五较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图7a为本发明第六较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图7b为本发明第六较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图8a为本发明第七较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图8b为本发明第七较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图；

图9a为本发明第八较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图；

图9b为本发明第八较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。

其中，附图标记

1变压器

11磁芯组

111第一磁芯部

112第二磁芯部

111a、112a中柱

12绕线架

121通道

13初级绕线

14次级绕线

15绝缘胶带

2、2a、2b、2c、2d、2e、2f磁性元件

20磁芯组

210柱体

211外周面

212凹槽

213第一磁芯部

214第二磁芯部

22固定元件

221第一卡合部

222a、222b、222c、222d、222e嵌块

223第一定位结构

23第一绕组

24第二绕组

240中空部

241导电薄板

242第二卡合部

243跨线槽

244接脚

245第二定位结构

a绕线区

b套合固定区

l中心轴

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

图2a为本发明第一较佳实施例的磁性元件的结构分解图，以及图2b为图2a所示的磁性元件的组装示意图。如图2a及2b所示，磁性元件2可为但不限于一变压器(例如亦可为电感或滤波器等)，其结构包括有磁芯组20、至少一固定元件22、第一绕组23及多个第二绕组24。磁芯组20包含至少一柱体210，且柱体210具有一外周面211。固定元件22设置于柱体210的外周面211上。多个第二绕组24彼此相分隔地套设于柱体210的外周面211，且通过固定元件22固定于柱体210上，其中多个第二绕组24定义形成至少一绕线区a，亦即任两相邻的第二绕组24定义形成一绕线区a。第一绕组23与多个第二绕组24相绝缘，且绕设于柱体210的外周面211上，并且位于该至少一绕线区a。于本实施例中，磁芯组20还包含一第一磁芯部213及一第二磁芯部214，其中磁芯组20的第一磁芯部213及第二磁芯部214套覆于第一绕组23与多个第二绕组24的外部。

于本实施例中，柱体210具有一中心轴l，且固定元件22平行于中心轴l而设置于柱体210的外周面211。固定元件22包含至少一第一卡合部221。第一绕组23为一绝缘线圈，且以三层绝缘线圈为较佳，但不以此为限。每一第二绕组24可为一扁平线圈，且以铜片为较佳，但不以此为限。每一第二绕组24包含一导电薄板241，该导电薄板241可为单匝数或多匝数导电线圈，且其外部包覆有一绝缘层(未图示)，并且于其两出线端形成裸露的两接脚244。第二绕组24的导电薄板241包含一中空部240，且第二绕组24包含至少一第二卡合部242，连接于导电薄板241，且位于该中空部240的周缘，并且径向地朝中空部240延伸。第二绕组24可透过中空部240套设于柱体210，且第二绕组24的第二卡合部242与固定元件22中对应的第一卡合部221相卡合，因此第二绕组24可通过固定元件22固定且定位于柱体210上。

于本实施例中，固定元件22可由绝缘材料所构成，例如但不限于具挠性的塑料或橡料所构成。柱体210还包括至少一凹槽212，该凹槽212平行于中心轴l而内凹设置于柱体210的外周面211。固定元件22嵌设于凹槽212，且固定元件22可通过例如但不限于紧配或点胶粘合的方式而嵌设于凹槽212。于一些实施例中，固定元件22的第一卡合部221可为一凹部，第二绕组24的第二卡合部242可为一凸部，其中凸部与凹部可互相卡合。可替换地，如图3a及图3b所示，固定元件22的第一卡合部221可为一凸部，第二绕组24的第二卡合部242可为一凹部，其中凸部与凹部可互相卡合。因此，通过固定元件22的的第一卡合部221与第二绕组24的第二卡合部242的相互卡合，即可使第二绕组24通过固定元件22的辅助而套设且固定于柱体210的外周面211上。于一些实施例中，第二绕组24的导电薄板241垂直于柱体210的外周面211。

于本实施例中，磁性元件2包含三组固定元件22，且柱体210包含三个凹槽212，其中三组固定元件22分别嵌设于对应的凹槽212。每一组固定元件22可为一杆体，且每一组固定元件22包含多个第一卡合部221，该多个第一卡合部221以相等间距彼此分隔地排列。每一组固定元件22的多个第一卡合部221与其他组固定元件22的多个第一卡合部221分别对位设置。每一组固定元件22的第一卡合部221的数量以四个为较佳，但不以此为限。于本实施例中，磁性元件2包含4个第二绕组24，每一第二绕组24包含3个第二卡合部242。4个第二绕组24套设于柱体210，且以相等间距彼此分隔地排列于柱体210，并定义形成三个绕线区a。每一第二绕组24的3个第二卡合部242分别与三组固定元件22中对应的第一卡合部221相卡合，借此该第二绕组24可通过3组固定元件22固定且定位于柱体210。应强调的是，第一卡合部221及第二卡合部242的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。第一绕组23直接绕设于柱体210上，换言之，第一绕组23可与柱体210的外周面211接触。第一绕组23可绕设于多个绕线区a，借此第一绕组23与多个第二绕组24交错配置于柱体210的外周面211。应强调的是，第二绕组24与固定元件22的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。

本发明的磁性元件2的组装方法简述如下。首先，将多个第二绕组24依序套设于柱体210，此时每一第二绕组24的3个第二卡合部242可与三组固定元件22中对应的第一卡合部221相卡合，使第二绕组24固定且定位于柱体210。然后，将第一绕组23直接绕设于柱体210上，且于一绕线区a完成绕线后再经由第二绕组24的一跨线槽243跨接至相邻的绕线区a进行绕线，于持续相同绕线步骤后即可完成绕线作业。于此步骤中，第二绕组24的跨线槽243设置于导电薄板241的外周缘，以供第一绕组23于两相邻绕线区a的跨线作业。此时，磁性元件2的第一绕组23与多个第二绕组24交错配置于柱体210的外周面211上。最后，将磁芯组20组接，使磁芯组20的第一磁芯部213及第二磁芯部214套覆于第一绕组23与多个第二绕组24的外部，以完成磁性元件2的组装。

于一些实施例中，磁芯组20可由例如但不受限于铁氧体、磁粉胶、铁粉芯、低温共烧磁性材料或金属导磁材料所构成。如前所述，磁性元件2的磁芯组20除了包含筒形的柱体210外，还包含第一磁芯部213及第二磁芯部214套覆于第一绕组23与多个第二绕组24的外部。其中第一磁芯部213与第二磁芯部214皆具有两侧柱以及一底板，换言之，第一磁芯部213与第二磁芯部214可为二个u字形磁芯。第一磁芯部213的两侧柱与第二磁芯部214的两侧柱对应耦接，并且柱体210的两相对端面分别连接于第一磁芯部213与第二磁芯部214的底板的中央区域。柱体210可通过粘合元件连接于第一磁芯部213或第二磁芯部214的底板。可替换地，柱体210的一端面可连接于第一磁芯部213与第二磁芯部214的其中之一的底板的中央区域，且柱体210的另一端面与第一磁芯部213与第二磁芯部214的另一之间形成一气隙。又或者，柱体210的两相对端面分别与第一磁芯部213与第二磁芯部214的底板之间形成一气隙。由于本发明磁性元件2的第一绕组23与第二绕组24交错配置于柱体210的外周面211上，因此位于柱体210端面的气隙并不切割第一绕组23与第二绕组24的磁路而影响其导磁密度，如此可避免气隙造成的线路铜损问题。

于一些实施例中，磁性元件2可包含第一磁芯部213与第二磁芯部214，其中第一磁芯部213与第二磁芯部214可为二个e字形磁芯。于此实施例中，第一磁芯部213与第二磁芯部214皆具有两侧柱、一中柱以及一底板，其中第一磁芯部213与第二磁芯部214的中柱共同地架构为磁性元件2的柱体210。于另一些实施例中，磁性元件2可包含第一磁芯部213与第二磁芯部214，其中第一磁芯部213可为一个u字形磁芯，第二磁芯部214可为一个t字形磁芯，于此实施例中，第一磁芯部213具有两侧柱及一底板，第二磁芯部214具有柱体210及底板。应强调的是，磁芯组20的组成与型态并不以前述实施例为限，其可依实际应用需求而调整与变化。如第一磁芯部213与第二磁芯部214亦可为一个e字形磁芯以及一个i字形磁芯所构成，于此不再赘述。

请参阅图4a、4b及4c并参酌图2a及2b，其中图4a为本发明第三较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图，图4b为图4a所示的磁性元件的部分结构截面图，以及图4c为本发明第三较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。本实施例的磁性元件2a与图2a及图2b所示的磁性元件2相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2a及图2b所示的磁性元件2，本实施例的磁性元件2a包含三组固定元件22，且柱体210包含三个凹槽212，其中三组固定元件22分别嵌设于对应的凹槽212。每一组固定元件22包含多个嵌块222a、222b、222c、222d、222e以及多个第一卡合部221，其中每一组固定元件22的多个嵌块222a、222b、222c、222d、222e嵌设于同一凹槽212内，且多个嵌块222a、222b、222c、222d、222e相分隔以定义形成多个第一卡合部221，换言之，该多个第一卡合部221以相等间距彼此分隔地排列。每一组固定元件22的嵌块222a、222b、222c、222d、222e的数量以五个为较佳，且每一组固定元件22的第一卡合部221的数量以四个为较佳，但不以此为限。应强调的是，每一组固定元件22的嵌块222a、222b、222c、222d、222e与第一卡合部221的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。于本实施例中，磁性元件2a包含4个第二绕组24，每一第二绕组24包含3个第二卡合部242。4个第二绕组24套设于柱体210，且以相等间距彼此分隔地排列于柱体210，并定义形成3个绕线区a。每一第二绕组24的3个第二卡合部242分别与三组固定元件22中对应的第一卡合部221相卡合，借此该第二绕组24可通过3组固定元件22固定且定位于柱体210。于本实施例中，第一卡合部221为凹部，第二卡合部242为凸部。第一绕组23直接绕设于柱体210上，换言之，第一绕组23可与柱体210的外周面211接触。第一绕组23可绕设于多个绕线区a，借此第一绕组23与多个第二绕组24交错配置于柱体210的外周面211。应强调的是，第二绕组24与固定元件22的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。

图5a为本发明第四较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图，图5b为图5a所示的磁性元件的部分结构截面图，以及图5c为本发明第四较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。于本实施例中，磁性元件2b与图4a、4b及4c所示的磁性元件2a相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图4a、4b及4c所示的磁性元件2a，本实施例的磁性元件2b包含三组固定元件22，且柱体210包含多个凹槽212，该多个凹槽212以阵列方式排列。每一组固定元件22包含多个嵌块222a、222b、222c、222d以及多个第一卡合部221，其中每一组固定元件22的多个嵌块222a、222b、222c、222d分别嵌设于对应的凹槽212内，且每一个嵌块222a、222b、222c、222d分别具有一第一卡合部221，借此该三组固定元件22的多个嵌块222a、222b、222c、222d以及多个第一卡合部221以阵列方式环设于柱体210的外周面211，并于柱体210的外周面211组配构成多个套合固定区b，以供多个第二绕组24相互分隔地套合固定于其上。于本实施例中，多个固定元件22除组配构成多个套合固定区b外，还将柱体210的外周面211定义出多个绕线区a，并与套合固定区b交错布设于柱体210的外周面211。于本实施例中，每一组固定元件22的嵌块222a、222b、222c、222d的数量以四个为较佳，且每一组固定元件22的第一卡合部221的数量以四个为较佳，但不以此为限。应强调的是，每一组固定元件22的嵌块222a、222b、222c、222d与第一卡合部221的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。于本实施例中，磁性元件2b包含4个第二绕组24，每一第二绕组24包含3个第二卡合部242。4个第二绕组24套设于柱体210，且以相等间距彼此分隔地排列于柱体210，并定义形成3个绕线区a。每一第二绕组24的3个第二卡合部242分别与三组固定元件22中对应的第一卡合部221相卡合，借此该第二绕组24可通过3组固定元件22固定且定位于柱体210。于本实施例中，第一卡合部221为凹部，第二卡合部242为凸部。第一绕组23直接绕设于柱体210上，换言之，第一绕组23可与柱体210的外周面211接触。第一绕组23可绕设于多个绕线区a，借此第一绕组23与多个第二绕组24交错配置于柱体210的外周面211。应强调的是，第二绕组24与固定元件22的数量并不以此为限，可依实际应用需求而调整与变化。

图6a为本发明第五较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图，以及图6b为本发明第五较佳实例的磁性元件的第二绕组前视图。本实施例的磁性元件2c与图2a及图2b所示的磁性元件2相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2a及图2b所示的磁性元件2，本实施例的固定元件22于嵌设于柱体210的凹槽212时，部分的固定元件22凸出于柱体210的外周面211，且以平行于柱体210的中心轴l的方向延伸，其中固定元件22的第一卡合部221可为固定元件22凸出于柱体210的凸部。第二绕组24具有对应的第二卡合部242，其中该第二卡合部242可为一凹部，该第二卡合部242可与第一卡合部211相互卡合，借此第二绕组24可通过固定元件22的辅助而固定且定位于柱体210。

图7a为本发明第六较佳实施例的磁性元件的部分结构截面图，以及图7b为本发明第六较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。本实施例的磁性元件2d与图6a及图6b所示的磁性元件2c相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图6a及图6b所示的磁性元件2c，本实施例的固定元件22的第一卡合部221还包括一至少一第一定位结构223，且第二绕组24的第二卡合部242还包括至少一第二定位结构245，于本实施例中，第一定位结构223为定位凹槽，而第二定位结构245为定位凸部，其中第一定位结构223与第二定位结构245彼此对应卡合，以使第二绕组24可以通过固定元件22的辅助而更稳固地固定于柱体210的外周面211。

图8a为本发明第七较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图，以及图8b为本发明第七较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。本实施例的磁性元件2e与图6a及图6b所示的磁性元件2c相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图6a及图6b所示的磁性元件2c，本实施例的固定元件22一体成型于柱体210，且设置于柱体210的外周面211。于本实施例中，固定元件22的材质与柱体210的材质相同。

图9a为本发明第八较佳实施例的磁性元件的部分结构示意图，以及图9b为本发明第八较佳实施例的磁性元件的第二绕组前视图。本实施例的磁性元件2f与图2a及图2b所示的磁性元件2相似，且相同的元件标号代表相同的元件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2a及图2b所示的磁性元件2，本实施例的磁性元件2f的固定元件22的第一卡合部221为扣夹，因此通过固定元件22的的第一卡合部221直接夹扣第二绕组24的导电薄板241的中空部240的周缘，即可使第二绕组24通过固定元件22的辅助而套设且固定于柱体210的外周面211上。

本发明的磁性元件2无需使用绕线架，且第一绕组23可直接缠绕于磁芯组20的柱体210的外周面211上，因此于固定的尺寸下，由于本发明磁性元件2不会有绕线架的壁厚，且不须使用绝缘胶带或隔板来分隔第一绕组23与第二绕组24，因此可以增加约17％的绕线空间，借此可增加绕线匝数，以提升磁性元件的效能。

综上所述，本发明提供一种磁性元件，其无需使用绕线架，且绕组可直接套设或缠绕于磁芯组上，借此可增加磁性元件的绕线空间、提升磁性元件的效能、降低材料成本、缩减磁性元件体积，且便于组装。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。