磁性组件、电感及变压器的制作方法

本发明涉及一种磁性组件以及基于该磁性组件架构而成的电感及变压器。

背景技术

变压器及电感等磁性组件，为电子电机领域中常用的元件。近年来，受追求产品轻薄化并维持品质的潮流所驱使，工业上极力开发以增进磁性组件的性能。

一般而言，常见的磁性组件，是可以传统变压器为例。请参阅图1至图4，其中图1显示传统变压器的部分结构示意图，图2显示传统变压器设置于电路板的示意图，图3显示传统变压器的单一磁芯组及其绕线的组合结构示意图，以及图4显示传统变压器的单一磁芯组及其绕线的分解结构示意图。传统变压器1是以两组磁芯组11组成(其中一组磁芯组11为加强表现内部线圈结构省略磁芯未示出)，由于其必须以两组磁芯组11组成，于制程中须以特定的治具固定，较为不便。此外，两组磁芯组11之间还需要分别控制电感值且两组磁芯组11之间的电感差误差不能超过30μh，否则会产生电路及磁路不平衡现象，导致变压器感应的负边电压不同，而使整流线路不是工作在各一半的条件下，使得效率较差，零件温度亦较高，且电感值亦不易控制。

同时，由于传统变压器1的磁芯组11结构上的特性，使得设置于磁芯组11的绕线12于需要彼此连接时，需要焊接并另外以套管13包覆绕线12以绝缘并连接，且由图2可看出，由于传统变压器1的形状特性，当传统变压器1须设置于电路板2时，因侧柱111封闭两个侧边，使得电路板2仅能设置于传统变压器1的剩余两侧，且亦只有该剩余两侧可用以进行散热。

再者，由于传统变压器1的磁芯过于接近时会有相互干扰的问题，造成输出电压纹波大小不同，且因传统变压器1无法做到使磁芯百分的百相同，故感应产生的电压也有差异，使得整流零件上的突波(spike)较大，须加大箝位(clamp)的比重来解决，造成效率降低。

故此，如何发展一种能改善现有技术缺失的磁性组件、电感及变压器，实为目前尚待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种磁性组件、电感及变压器，以解决并改善前述现有技术的至少一个缺点。

本发明的另一目的为提供一种磁性组件、电感及变压器，借由磁芯组中的第一磁芯及第二磁芯的中柱与侧柱间的长度关系导致的结构特性，磁性组件自身的散热方向以及磁性组件与电路板间的设置方向为至少较传统多出一边，同时本发明的磁性组件不须治具固定磁芯组，并因单一电感仅须研磨中柱以通过气隙控制电感，亦不会产生电流及磁路不平衡的现象，故此，本发明不仅可在无须焊接及套管的情况下有效解决现有技术的技术问题，更可进一步达到产品轻薄化，降低制程难度并可灵活被应用等功效。

本发明的另一目的为提供一种磁性组件、电感及变压器，通过将第一线圈、第二线圈、第三线圈及第四线圈分别设置于第一磁芯及第二磁芯的第一侧柱及第二侧柱，线圈可以不断线的方式以单一线材绕制，且更可依需求应用线圈绕组及铜片配合串、并联关系的变化，以实施为变压器及电感的组合、初级侧串联且次级侧并联的变压器组合，两个独立变压器的组合以及两个独立电感的组合等，深富多元化设计特性。同时，由于第一侧柱及第二侧柱的磁场方向相反，故于中柱气隙可相互抵消磁通量并平衡，进一步使整流元件的突波降低，使效率相对得到提升。

为达上述目的，本发明的一较佳实施方式为提供一种磁性组件，包括：一磁芯组，包括一第一磁芯及一第二磁芯，其中该第一磁芯及该第二磁芯彼此相对设置，且该第一磁芯及该第二磁芯各自包括：一本体，该本体具有一中央部、一第一端部及一第二端部，其中该中央部与该第一端部及该第二端部相连接；一中柱，自该中央部延伸而出；一第一侧柱，自该第一端部延伸而出；以及一第二侧柱，自该第二端部延伸而出，其中该第一侧柱的长度与该第二侧柱的长度相等，且该中柱的长度大于该第一侧柱的长度。

于一些实施例中，该本体具有彼此相对设置的一第一长边及一第二长边，以及彼此相对设置的一第一短边及一第二短边，其中该中柱由该第一长边至该第二长边自该中央部延伸而出，且该中柱于该第一长边及该第二长边的宽度大于该中柱于该本体的中心的宽度，以使该中柱为部分内缩形状。

进一步地，该第一侧柱沿部分的该第一短边自该第一端部延伸而出并形成为跑道形状，且该第二侧柱沿部分的该第二短边自该第二端部延伸而出并形成为跑道形状。

于一些实施例中，该中柱的截面积为该第一侧柱的截面积的1.5倍至2.5倍。

进一步地，该中柱的截面积为该第一侧柱的截面积的2倍，且该第一侧柱的截面积与该第二侧柱的截面积相等。

于一些实施例中，该中柱以第一材料制成，该第一侧柱及该第二侧柱以第二材料制成，且该第一材料的导磁率等于该第二材料的导磁率。

于一些实施例中，该中柱以第一材料制成，该第一侧柱及该第二侧柱以第二材料制成，且该第一材料的导磁率大于该第二材料的导磁率。

于一些实施例中，该中柱以第一材料制成，该第一侧柱及该第二侧柱以第二材料制成，且该第一材料的导磁率小于该第二材料的导磁率。

于一些实施例中，该磁性组件更包括一第一线圈、一第二线圈、一第三线圈以及一第四线圈，其中该第一线圈、该第二线圈、该第三线圈以及该第四线圈分别设置于该第一磁芯的该第一侧柱、该第一磁芯的该第二侧柱、该第二磁芯的该第一侧柱以及该第二磁芯的该第二侧柱。

进一步地，该第一线圈为一初级侧线圈，且该第三线圈为一次级侧线圈。

在一实施例中，该第二线圈及该第四线圈为线圈绕组。

在一实施例中，该第二线圈为线圈绕组并与该第一线圈串联，且该第四线圈为铜片并与该第三线圈并联。该第一线圈与该第二线圈以单一线材绕制。

在一实施例中，该第二线圈为另一初级侧线圈，且该第四线圈为另一次级侧线圈。

于另一实施例中，该第一线圈、该第二线圈、该第三线圈以及该第四线圈为线圈绕组。

于一些实施例中，该第一磁芯的该第一侧柱的高度等于该第一磁芯的该第二侧柱的高度，且该第一磁芯的该第一侧柱的高度大于该第一磁芯的该中柱的高度。

于一些实施例中，该第二磁芯的该第一侧柱的高度等于该第二磁芯的该第二侧柱的高度，且该第二磁芯的该第一侧柱的高度大于该第二磁芯的该中柱的高度。

于一些实施例中，该第一磁芯的该第一侧柱的高度、该第二侧柱的高度及该中柱的高度，以及该第二磁芯的该第一侧柱的高度、该第二侧柱的高度及该中柱的高度彼此相等。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种电感，包括：一磁芯组，包括一第一磁芯及一第二磁芯，其中该第一磁芯及该第二磁芯彼此相对设置，且该第一磁芯及该第二磁芯各自包括：一本体，该本体具有一中央部、一第一端部及一第二端部，其中该中央部与该第一端部及该第二端部相连接；一中柱，自该中央部延伸而出；一第一侧柱，自该第一端部延伸而出；以及一第二侧柱，自该第二端部延伸而出，其中该第一侧柱的长度与该第二侧柱的长度相等，且该中柱的长度大于该第一侧柱的长度；一第一线圈，设置于该第一磁芯的该第一侧柱；一第二线圈，设置于该第一磁芯的该第二侧柱；一第三线圈，设置于该第二磁芯的该第一侧柱并与该第一线圈相连接；以及一第四线圈，设置于该第二磁芯的该第二侧柱并与该第二线圈相连接，其中该第一线圈、该第二线圈、该第三线圈及该第四线圈为线圈绕组。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种变压器，包括：一磁芯组，包括一第一磁芯及一第二磁芯，其中该第一磁芯及该第二磁芯彼此相对设置，且该第一磁芯及该第二磁芯各自包括：一本体，该本体具有一中央部、一第一端部及一第二端部，其中该中央部与该第一端部及该第二端部相连接；一中柱，自该中央部延伸而出；一第一侧柱，自该第一端部延伸而出；以及一第二侧柱，自该第二端部延伸而出，其中该第一侧柱的长度与该第二侧柱的长度相等，且该中柱的长度大于该第一侧柱的长度；一第一线圈，设置于该第一磁芯的该第一侧柱；一第二线圈，设置于该第一磁芯的该第二侧柱并与该第一线圈串联；一第三线圈，设置于该第二磁芯的该第一侧柱；以及一第四线圈，设置于该第二磁芯的该第二侧柱并与该第三线圈并联，其中该第一线圈及该第二线圈为初级侧线圈，且该第三线圈及该第四线圈为次级侧线圈。

附图说明

图1显示传统变压器的部分结构示意图。

图2显示传统变压器设置于电路板的示意图。

图3显示传统变压器的单一磁芯组及其绕线的组合结构示意图。

图4显示传统变压器的单一磁芯组及其绕线的分解结构示意图。

图5显示本发明较佳实施例的磁性组件的分解结构示意图。

图6显示本发明磁性组件的磁芯组的第一磁芯的俯视图。

图7显示本发明磁性组件的磁芯组的第一磁芯的结构示意图。

图8显示本发明第一磁芯的散热方向示意图。

图9显示本发明第一磁芯与电路板的配置关系示意图。

图10显示本发明一实施例的磁性组件的示意图。

图11显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图。

图12显示图11所示的第一线圈及第二线圈以单一线材绕制的示意图。

图13显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图。

图14显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：变压器

11：磁芯组

111：侧柱

12：绕线

13：套管

2：电路板

3：磁性组件

31：磁芯组

311：第一磁芯

312：第二磁芯

320：本体

3200：中央部

3201：第一端部

3202：第二端部

321：第一侧柱

322：第二侧柱

323：中柱

4：电路板

51：第一线圈

52：第二线圈

53：第三线圈

54：第四线圈

l1：第一长边

l2：第二长边

s1：第一短边

s2：第二短边

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非架构于限制本发明。

请参阅图5，其中图5显示本发明较佳实施例的磁性组件的分解结构示意图。如图5所示，本发明较佳实施例的磁性组件3包括磁芯组31。磁芯组31包括第一磁芯311及第二磁芯312，其中第一磁芯311及第二磁芯312彼此相对设置，且第一磁芯311及第二磁芯312各自包括本体320、第一侧柱321、第二侧柱322及中柱323。本体320具有中央部3200、第一端部3201及第二端部3202。中央部3200与第一端部3201及第二端部3202相连接。中柱323自中央部3200延伸而出。第一侧柱321自第一端部3201延伸而出。第二侧柱322自第二端部3202延伸而出。第一侧柱321的长度与第二侧柱322的长度h1相等，且中柱323的长度h2大于第一侧柱321的长度。

请参阅图6及图7并配合图5，其中图6显示本发明磁性组件的磁芯组的第一磁芯的俯视图，以及图7显示本发明磁性组件的磁芯组的第一磁芯的结构示意图。如图5、图6及图7所示，以磁芯组31的第一磁芯311为例进行说明，然而应注意第二磁芯具有相仿的结构特征，并不于此多行赘述。根据本发明的构想，本体320具有彼此相对设置的第一长边l1及第二长边l2，以及彼此相对设置的第一短边s1及第二短边s2，其中中柱323由第一长边l1至第二长边l2自中央部3200延伸而出，且中柱323于第一长边l1及第二长边l2的宽度w1大于中柱323于本体320的中心的宽度w2，以使中柱323为部分内缩形状。进一步地，第一侧柱321沿部分的第一短边s1自第一端部3201延伸而出并形成为跑道形状(见图6)，且第二侧柱322沿部分的第二短边s2自第二端部3202延伸而出并形成为跑道形状，然而本发明并不以此为限。

在一些实施例中，中柱323的截面积为第一侧柱321的截面积的1.5倍至2.5倍，亦可为第二侧柱322的截面积的1.5倍至2.5倍，并且较佳地该中柱323的截面积为第一侧柱321的截面积的2倍，且第一侧柱321的截面积与第二侧柱322的截面积相等。具体而言，当中柱323的截面积大于第一侧柱321的截面积的2倍时，于效能上表现与2倍时相近，然而需占据较大体积；另外当中柱323的截面积小于第一侧柱321的截面积的2倍时，整体磁性组件3的效率会较差，故截面积比以2倍为较佳。

在一些实施例中，第一磁芯311或第二磁芯312的中柱323以第一材料制成，第一侧柱321及第二侧柱322以第二材料制成，且第一材料的导磁率等于第二材料的导磁率；在另一些实施例中，第一磁芯311或第二磁芯312的中柱323以第一材料制成，第一侧柱321及第二侧柱322以第二材料制成，且第一材料的导磁率大于第二材料的导磁率；在另一些实施例中，第一磁芯311或第二磁芯312的中柱323以第一材料制成，第一侧柱321及第二侧柱322以第二材料制成，且第一材料的导磁率小于第二材料的导磁率。

在一些实施例中，第一磁芯311的第一侧柱321的高度、第二侧柱322的高度及中柱323的高度，以及第二磁芯312的第一侧柱321的高度、第二侧柱322的高度及中柱323的高度以彼此相等为佳；在另一些实施例中，可视需求仅研磨第一磁芯311的中柱323，仅研磨第二磁芯312的中柱323，或同时研磨第一磁芯311的中柱323及第二磁芯312的中柱323，以产生气隙并通过气隙的不同控制电感值。换言之，当第一磁芯311的中柱323被研磨后，第一磁芯311的第一侧柱321的高度等于第一磁芯311的第二侧柱322的高度，且第一磁芯311的第一侧柱321及第二侧柱322的高度大于第一磁芯311的中柱323的高度。另当第二磁芯312的中柱323被研磨后，第二磁芯312的第一侧柱321的高度等于第二磁芯312的第二侧柱322的高度，且第二磁芯312的第一侧柱321及第二侧柱322的高度大于第二磁芯312的中柱323的高度。

请参阅图8并配合图5，其中图8显示本发明第一磁芯的散热方向示意图。如图5及图8所示，第一磁芯311可用以散热的方向，于图8中至少有对应于第一长边l1的第一侧柱321的上方、对应于第二长边l2的第一侧柱321的下方及对应于第一短边s1的第一侧柱321的左方，以及对应于第一长边l1的第二侧柱322的上方、对应于第二长边l2的第二侧柱322的下方及对应于第二短边s2的第二侧柱322的右方(即图8中曲线开口的方向)等，相较于传统技术仅有中柱的上下两边可用以进行散热，本发明的磁性组件显然具有较多且较佳的散热方向，其散热效果必然有所提升。

请参阅图9并配合图5，其中图9显示本发明第一磁芯与电路板的配置关系示意图。如图5及图9所示，由于本发明第一磁芯311并未于侧边设有封闭性的结构，故电路板4可依需求于第一磁芯311的四个方向设置。具体而言，电路板4可设置于第一磁芯311的上方、第一磁芯311的下方、第一磁芯311的左方或第一磁芯311的右方。

简言之，借由磁芯组中的第一磁芯及第二磁芯的中柱与侧柱间的长度关系导致的结构特性，磁性组件自身的散热方向以及磁性组件与电路板间的设置方向至少较传统多出一边，同时本发明的磁性组件不须治具固定磁芯组，并因单一电感仅须研磨中柱以通过气隙控制电感，亦不会产生电流及磁路不平衡的现象，故此，本发明不仅可在无须焊接及套管的情况下有效解决现有技术的技术问题，更可进一步达到产品轻薄化、降低制程难度并可灵活被应用等功效。

根据本发明的构想，本发明的磁性组件可依需求搭配不同的线圈，并选用线圈绕组或铜片作为线圈，以达到设置为变压器及电感的组合，初级侧串联且次级侧并联的变压器(俗称一串二并变压器)组合，两个独立变压器的组合，或两个独立电感的组合。换言之，本发明的磁性组件可以一组磁芯组(即一对磁芯)设置任两个变压器及/或电感的组合。相较之下，传统技术必须以两个磁芯组设置，例如一对磁芯设置为变压器且一对磁芯设置为电感，由于每一磁芯皆具有公差及误差，传统所采用的两对磁芯于参数调整上较为复杂且匹配时较难以精确控制其特性。反之，本发明仅须一对磁芯，其参数调整单纯，易于控制产品特性。

请参阅图10并配合图5，其中图10显示本发明一实施例的磁性组件的示意图。如图5及图10所示，在一些实施例中，本发明的磁性组件进一步包括第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53及第四线圈54，其中第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53以及第四线圈54分别设置于第一磁芯311的第一侧柱321、第一磁芯311的第二侧柱322、第二磁芯312的第一侧柱321以及第二磁芯312的第二侧柱322。进一步地，欲架构为图10所示的变压器及电感的组合，第一线圈51较佳为一初级侧线圈，例如一初级侧线圈绕组，且第三线圈53为一次级侧线圈，例如一次级侧的铜片，但皆不以此为限，第二线圈52及第四线圈54为线圈绕组，简言之，于图10中，第一磁芯311及第二磁芯312的左侧架构为变压器且右侧架构为电感。于结构上，本发明将变压器及电感整合于同一磁性组件，在空间利用上大幅提升，且其散热效果，相较于传统为更佳，其特性如前述的实施例所述。

请参阅图11及图12，其中图11显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图，以及图12显示图11所示的第一线圈及第二线圈以单一线材绕制的示意图。如图11及图12所示，第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53以及第四线圈54分别设置于第一磁芯311的第一侧柱321、第一磁芯311的第二侧柱322、第二磁芯312的第一侧柱321以及第二磁芯312的第二侧柱322，其中第一线圈51为一初级侧线圈，第三线圈53为一次级侧线圈，第二线圈52为一初级侧线圈并与第一线圈51串联，第一线圈51与第二线圈52可以单一线材绕制，且第四线圈54为铜片并与第三线圈53并联。借此，本发明磁性组件3架构为初级侧串联且次级侧并联的变压器组合。应特别注意的是，以传统技术的作法，欲实现一串二并的两个变压器，其必然伴随使用两对磁芯，不仅占用的体积远较本发明为大，且在匹配时亦难以控制其特性差异。进一步而言，本发明的磁性组件显然具有现有技术所无法达成的功效。

请参阅图13，其中图13显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图。如图13所示，第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53以及第四线圈54分别设置于第一磁芯311的第一侧柱321、第一磁芯311的第二侧柱322、第二磁芯312的第一侧柱321以及第二磁芯312的第二侧柱322，其中第一线圈51为一初级侧线圈，例如一初级侧线圈绕组，第三线圈53为一次级侧线圈，例如一次级侧的铜片，第二线圈52为另一初级侧线圈，例如另一初级侧线圈绕组，且第四线圈54为另一次级侧线圈，例如另一次级侧的铜片，借以架构为两个独立变压器的组合。例如运用于3000瓦的场合，本发明可以单一磁性组件配置左右各1500瓦的两个独立变压器来实现。

请参阅图14，其中图14显示本发明另一实施例的磁性组件的示意图。如图14所示，第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53以及第四线圈54分别设置于第一磁芯311的第一侧柱321、第一磁芯311的第二侧柱322、第二磁芯312的第一侧柱321以及第二磁芯312的第二侧柱322，其中第一线圈51、第二线圈52、第三线圈53以及第四线圈54为线圈绕组，第一线圈51与第三线圈53相连接，且第二线圈52与第四线圈54相连接，借以架构为两个独立电感的组合。

通过上述各种变化，本发明的磁性组件可依机种特性、瓦特数制作线圈多连的线圈，以及进一步可于排序上最佳化。此外，不同的线圈排及铜片序能优化变压器特性可应用于例如llc线路，其中偏相全桥llc线路是44:2:2(小ae)及22:1:1(大ae)，半桥llc线路是33:2:2(小ae)及16:1:1(大ae)，全桥llc线路是32:1:1(大小ae相同，仅b值大小少一半)。此外，多连线圈中无连接焊点，故无须以套管防护，并且线圈及铜片可灵活搭配不同的中柱使用。

另一方面，本发明的磁性组件应用为例如两个变压器时，通过结构上的自感及互感特性使两个变压器平衡，感应出来的电压差异就会变得较小，整流元件的突波因此也不易变大，故可无须增加箝位的比重，使得相对效率较佳。

综上所述，本发明提供一种磁性组件、电感及变压器，借由磁芯组中的第一磁芯及第二磁芯的中柱与侧柱间的长度关系导致的结构特性，磁性组件自身的散热方向以及磁性组件与电路板间的设置方向至少较传统多出一边，同时本发明的磁性组件不须治具固定磁芯组，并因单一电感仅须研磨中柱以通过气隙控制电感，亦不会产生电流及磁路不平衡的现象，故此，本发明不仅可在无须焊接及套管的情况下有效解决现有技术的技术问题，更可进一步达到产品轻薄化、降低制程难度并可灵活被应用等功效。另一方面，通过将第一线圈、第二线圈、第三线圈及第四线圈分别设置于第一磁芯及第二磁芯的第一侧柱及第二侧柱，线圈可以不断线的方式以单一线材绕制，且更可依需求应用线圈绕组及铜片配合串、并联关系的变化，以实施为变压器及电感的组合、初级侧串联且次级侧并联的变压器组合，两个独立变压器的组合以及两个独立电感的组合等，深富多元化设计特性。同时，由于第一侧柱及第二侧柱的磁场方向相反，故于中柱气隙可相互抵消磁通量并平衡，进一步使整流元件的突波降低，使效率相对得到提升。

纵使本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本技艺的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请权利要求书范围所欲保护者。