无气隙磁芯模块及其制造方法与流程

1.一种磁芯模块及其制造方法，尤指一种无气隙磁芯模块及其制造方法。


背景技术：

2.变压器除了转换电压的功能，还需要作为储能电感储存能量。请参阅图5所示，在一用于flyback的变压器的磁芯50中，为了避免磁芯50磁通饱和，并且增加磁芯储存的能量，一般会在磁芯50中设置气隙g，以增加磁路中的磁阻及达到磁芯50储存能量的目的。
3.然而，请参阅图5所示的剖面示意图，磁芯50为一ei型磁芯模块及铜箔绕组60。在气隙g处，由于空气的磁阻远大于磁芯50的磁阻，磁通会由磁芯50的边缘向外发散，发散的磁力线p会因此通过铜箔绕组60。请一并参阅图6a的铜箔绕组60的俯视图所示，其中铜箔绕组中具有应传递的正常电流ia，而通过铜箔绕组60的磁力线p会在铜箔绕组60中激发涡电流ib。请一并参阅图6b，该涡电流ib与铜箔绕组60中的正常电流ia迭加后的等效电流ic会不均匀的集中于该铜箔绕组60的内侧。此种不均匀的等效电流ic会导致铜箔绕组中的等效电阻增加，尤其在使用于高频电感或高频变压器的磁芯50中会产生大量的额外损耗。
4.因此，如何减少磁芯在气隙边缘的漏磁以避免铜箔绕组中产生涡电流是高频变压器磁芯中待解决的问题之一。


技术实现要素：

5.有鉴于现有的具有气隙的变压器磁芯在气隙边缘有大量漏磁，容易导致铜箔线路中电流部均匀进而导致损耗增加，本发明提供一种无气隙磁芯模块，包含有：
6.一磁芯，具有互相配合的一第一部件及一第二部件，且该第一部件及该第二部件之间具有一间隙；
7.一磁阻垫片，组装配合于该磁芯的间隙中。
8.本发明的该磁阻垫片组装配合于该磁芯的间隙中，紧密填满该磁芯的第一部件及第二部件之间原为气隙的空间，使得磁芯中的磁通在进入间隙时被限制于该磁阻垫片中而不会向外泄漏到外部空间，磁通能够完整的流通于磁芯内部而不会通过线圈绕组中，大幅度减少气隙边缘漏磁产生的线路损耗，提升变压器的效率。
9.此外，本发明还提供一种无气隙磁芯模块的制造方法，包含以下步骤：
10.准备一磁芯的一第一部件及一第二部件，当该第一部件及该第二部件之间相互配合时，该第一部件及该第二部件之间具有一间隙；
11.根据该间隙的间距准备一磁阻垫片；
12.组合该磁芯的第一部件、第二部件，并使得该磁阻垫片组装配合于该第一部件及该第二部件之间的间隙中。
13.本发明的无气隙磁芯模块的制造方法根据事先得知该磁芯的第一部件及第二部件之间的间隙之间距准备该磁阻垫片，并在组合该磁芯的第一部件、第二部件及该磁阻垫片时，使该磁阻垫片组装配合于该第一部件及该第二部件之间的间隙中，进而达到本发明
无气隙磁芯模块避免气隙边缘漏磁提升磁芯电能转换效率的功效。
附图说明
14.图1a是本发明无气隙磁芯模块第一实施例的侧视平面示意图。
15.图1b是本发明无气隙磁芯模块第一实施例中磁芯的侧视平面示意图。
16.图2是本发明无气隙磁芯模块第二实施例的侧视平面示意图。
17.图3是本发明无气隙磁芯模块制造方法的一组装立体图。
18.图4是本发明无气隙磁芯模块中磁阻垫片的一制造流程平面示意图。
19.图5是现有具有气隙的变压器的剖面示意图。
20.图6a是现有具有气隙的变压器中铜箔绕组中电流及磁通的平面示意图。
21.图6b是现有具有气隙的变压器中铜箔绕组中等效电流的平面示意图。
具体实施方式
22.以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
23.请一并参阅图1a及1b，本发明无气隙磁芯模块包含有一磁芯10及一磁阻垫片20。其中，如图1b所示，该磁芯10具有互相配合的一第一部件11一及一第二部件12，且该第一部件11及该第二部件12之间具有一间隙d。该磁阻垫片20组装配合于该磁芯10的间隙d中。组装方式例如为以黏胶将磁阻垫片20的两侧分别与第一部件11及第二部件12黏合固定，或者以胶带缠绕磁阻垫片20与第一部件11及第二部件12的接合处以相对固定第一部件11、第二部件12及磁阻垫片20等。
24.较佳的，该磁阻垫片20是过盈配合于该磁芯10的间隙d中。也就是说，该磁阻垫片20的一侧紧抵该第一部件11，而该磁阻垫片20的另一侧紧抵该第二部件12，使该磁阻垫片20紧配合于该第一部件11及该第二部件12之间。
25.在本发明的一第一实施例中，该磁芯10的该第一部件11包含有彼此分离的一中柱111、二边柱112及一底座113，该中柱111及该二边柱112的底端分别与该底座113连结。换句话说，该磁芯10的该第一部件11是一「e」型磁芯部件。当该第一部件11及该第二部件12之间相互组合时，该第一部件11的中柱111、该二边柱112的其中一个的顶端与该第二部件12之间形成该间隙d于，而该中柱111、该二边柱112的另外两个与该第二部件12紧密贴合。图1b所示是该间隙d形成于该中柱111的顶端与该第二部件12之间的态样，即该磁芯10的第一部件11的该中柱111的长度d22短于该二边柱112的长度d21，该二边柱112等长，因此当第一部件11的该二边柱112与该第二部件12抵靠时，该中柱111与该第二部件12之间具有该间隙d。但本发明不以此为限。
26.如图1a、图1b所示，在本实施例中，该磁芯10的该第二部件12是一柱型磁芯部件，即一「i」型磁芯部件。
27.请参阅图2所示，在本发明的一第二实施例中，该磁芯10的第一部件11与第一实施例中的磁芯10的第一部件11相同，且该磁芯10的该第二部件12则是另一「e」型磁芯部件。即该第二部件12具有一中柱121、二边柱122及一底座123，该中柱121及该二边柱122的底端分别与该底座123连结。在本实施例中，当该第一部件11与该第二部件12组合时，是以第一部
件11的该中柱111对应第二部件12的该中柱121，第一部件11的该二边柱112对应该第二部件12的该二边柱122。
28.须说明的是，本发明无气隙磁芯模块中对磁芯10的形状并无限制，只要是须要利用气隙设计增加磁阻及能量储存的变压器或电感设计，均可以利用本发明中所述配合于间隙中的磁阻垫片20取代习知的空气气隙，并达成本发明有效约束磁通避免漏磁的功效。因此，第一实施例中的「ei」形磁芯10或第二实施例的「ee」形磁芯10均不对本发明构成限制。
29.请参阅图3所示，本发明的无气隙磁芯模块制造方法包含以下步骤：
30.准备一磁芯10的一第一部件11及一第二部件12，当该第一部件11及该第二部件12之间相互配合时，该第一部件11及该第二部件12之间具有一间隙d；
31.根据该间隙d的间距d2准备一磁阻垫片20；在一实施例中，该磁阻垫片20的厚度d1等于该间隙d的间距。在另一实施例中，在组合于该磁芯10前，该磁阻垫片20的厚度d1略大于该间隙d的间距d2；
32.组合该磁芯10的第一部件11、第二部件12，并使得该磁阻垫片20组装配合于该第一部件11及该第二部件12之间的间隙d中。在磁阻垫片20的厚度d1略大于该间隙d的间距d2的实施例中，该磁阻垫片20是过盈配合于该间隙d中。
33.请一并参阅图4，在一实施例中，该磁阻垫片20是通过以下子步骤制备：
34.准备一液态胶及一填充粉末；
35.均匀混和该液态胶材料及填充粉末，并进行固化成形，以形成一磁阻块材2；
36.根据该间隙d的间距d2，裁切该磁阻块材2以形成厚度d1等于或略大于该间隙d的间距d2的该磁阻垫片20。其中，该填充粉末例如为陶瓷粉末、合成树脂粉末、合金粉末等相较磁芯具有低导磁率(或称导磁系数，permeability)的粉末，导磁率例如为1～10000μ0，其中，μ0为真空导磁率；该液态胶例如为环氧树脂、硅胶等能够经由加热、加压、风干等手段固化的胶材，但本发明不以此为限。
37.请一并参阅图1a、图3及图4所示，以第一实施例中该间隙d形成于该中柱111的顶端为例，当该第一部件11由工厂完成制造出厂时，该中柱111与该二边柱112的长度相等而齐平的，也就是说，该中柱111与该二边柱112的原始长度均为图1a中所示的d21。在设计变压器时，则根据所需的变压器或电感的磁化特性，而决定所需的间隙间距d2，并通过研磨中柱111的顶端形成该间隙d。其中，由于磁阻块材2是通过该液态胶及填充粉末进行混匀、固化成型形成的，且该液态胶及该填充粉末材料的比例为可控的，磁阻块材2的导磁率在制作时为已知且精准可控的。因此当进行制造本发明的无气隙磁芯模块，能够在设计变压器磁阻特性时，准确地根据该磁阻块材2的导磁率决定所需的间隙d间距d2，并通过对该中柱111的顶端进行研磨形成该间隙d，因此，根据该间隙d的间距d2，则能够根据该间距d2决定所需的磁阻垫片20的厚度d1，并据以裁切磁阻块材2并形成该磁阻垫片20。
38.此外，通过选择适当的液态胶材料，成形后的磁阻块材2及磁阻垫片20具有弹性。在该磁阻垫片20裁切的厚度d1略大于该间隙d的间距d2的实施例中，当该第一部件11及该第二部件12配合，例如该第一部件11的二边柱112紧抵第二部件12时，事先放置于该中柱111顶端的磁阻垫片20便会紧抵该第二部件12并受第一部件11及第二部件12的挤压而稍有变形，自然使得磁阻垫片20过盈配合于该间隙d中。较佳的，该磁芯10的第一部件11、第二部件12及该磁阻垫片20的组合手段，例如是通过治具先将该磁阻垫片20放置于该第一部件11
及该第二部件12对应该间隙d的位置并上下加压夹住，使得第一部件11与第二部件12相互紧抵，磁阻垫片20达到过盈的状态，再利用凡立水含浸的方式固定。
39.此外，在该磁阻垫片20裁切的厚度d1等于或略大于该间隙d的间距d2的二种实施例中，也可直接利用黏胶方式将第一部件11、第二部件12及磁阻垫片20加压黏合固定。固定后，也可进一步以绝缘胶带包覆磁芯，以保证维持该磁阻垫片20紧密固定或过盈配合于第一部件11及第二部件12之间的状态。
40.综上所述，通过本发明的无气隙磁芯模块制造方法制作的磁芯模块具有精准可控的磁化特性及磁化曲线，且经由该磁阻垫片20取代一般的气隙，使得磁通在经由间隙d进入磁阻垫片20时被限制于磁阻垫片20中而不会向外发散或漏出，大幅降低通过绕组线圈的磁力线并避免在其中产生涡电流，提升高频变压器的转换效率。
41.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。