CN102064004A - 变压器及其磁芯结构 - Google Patents

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管峻峰
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Abstract

本发明为一种变压器及其磁芯结构，该磁芯结构包含：一第一边柱，其具有一第一边柱内壁；一第二边柱，与该第一边柱相对，其具有一第二边柱内壁；一环形空间，由该第一边柱内壁与该第二边柱内壁包围构成，其具有一第一中心点、一第一开口及一第二开口，所述二开口彼此相对设于该第一边柱与该第二边柱之间；一中柱，设于该环形空间内，其具有一第二中心点，该第二中心点设于该第一中心点与该相对二开口的其中任一开口之间；以及一基座，设于该环形空间的底部并连接该第一边柱、该第二边柱以及该中柱。以此，可根据线圈绕设等需求，设计磁芯结构以充分利用磁芯窗口空间，进而降低磁芯结构与变压器体积。

Description

变压器及其磁芯结构
技术领域
本发明涉及一种磁芯结构，尤指一种可应用于变压器而可提升磁芯窗口利用率，从而减少磁芯结构与变压器体积而利于设计变化的磁芯结构。
背景技术
磁性元件，例如变压器与电感器，为各式电源供应装置不可或缺的必要元件，并攸关电源设计的成败。而磁性元件欲达成其各种不一而足的设计目的，磁芯结构的正确设计与制作更具有举足轻重的关键地位。
请参阅图1A与图2B，其为一现有的磁芯结构的前视与俯视示意图。即如图1A所示，其示出了一现有的PJ型磁芯结构，再如图1B所示，该PJ型磁芯结构10主要包含一第一边柱12、一第二边柱13、一环形空间21、一中柱11、一基座14等。该环形空间21供线圈绕组绕设于磁芯结构10，其具有一第一中心点211，而该中柱11设于环形空间21内并具有一第二中心点111。其中，第一中心点211与第二中心点111为重叠而同心。以现有变压器结构为例，其为根据设计目的而由上述磁芯结构10、线圈绕组30以及绕线架31合组完成，以处理输入变压器的电源再加以输出。
请参阅图2，其示出了一现有的变压器的俯视示意图。即如图2所示，上述现有磁芯结构根据上述设计方案所绕制的变压器1，在应用于电路架构，例如LLC、全桥、半桥等电路，制作变压器的设计方案时，由于变压器输出电流较输入电流大，且受限于绕线架结构、绕线空间以及各种电气安全的要求等，变压器的电源输出侧绕组通常需要选择铜箔绕组，并含有中心出线绕组，其输出端子则通常需要采用多根三层绝缘线作为引线，而引线与铜箔相接时，又需要较大的焊点面积。即如图2所示，线圈绕组30其邻近环形空间21的第二开口214为变压器1的电源输出侧线圈绕组302，其根据上述设计方案绕制时，其用线设计庞杂，其绕组显较饱满而与磁芯结构10组合困难；反之，变压器1的线圈绕组30其邻近环形空间21的第一开口213为变压器1的电源输入侧线圈绕组301，当根据上述设计方案绕制时，其用线设计简单，其绕组显不饱满并且与磁芯结构10组合容易。故如图2所示，其邻近第一开口213的环形空间21，尚有余裕空间得以绕制线材，但邻近第二开口214的环形空间21，已被全部填满。
因此，上述现有的磁芯结构并无弹性，在根据不同设计方案时，其窗口利用率并不理想，从而导致磁性元件的体积增加而成本上升，另且不能适应各种不同的设计目的，导致设计方案受限，进而影响电子装置中其他元件的设计安排自由。
故此，如何设计一种磁芯结构，可缩小磁芯结构体积、降低制造成本，同时可根据不同设计方案的设计需求，而得以有效解决上述现有磁芯结构的缺陷，以满足产业应用与市场竞争等需求，实乃当前迫切需要解决的议题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁芯结构，可应用于磁性元件，例如但不限于变压器，其通过设计一偏离磁芯结构中心的中柱，以提高磁芯窗口利用率而可充分运用磁芯结构的磁芯窗口空间。本发明的磁芯结构简单，可缩小磁性元件体积，节省制造成本，另且兼顾设计自由。
为达上述目的，本发明的一较广义实施形式为提供一种磁芯结构，其至少包括一第一边柱，其具有一第一边柱内壁；一第二边柱，与该第一边柱相对，其具有一第二边柱内壁；一环形空间，由该第一边柱内壁与该第二边柱内壁包围构成，其具有一第一中心点、一第一开口及一第二开口，所述第一开口和第二开口彼此相对设于该第一边柱与该第二边柱之间；一中柱，设于该环形空间内，其具有一第二中心点，该第二中心点设于该第一中心点与相对的所述第一开口和第二开口的其中任一开口之间；一基座，设于该环形空间的底部并连接该第一边柱、该第二边柱以及该中柱。
根据本发明的构想，其中该第一中心点为该环形空间的圆心。
根据本发明的构想，其中该第二中心点为该中柱的圆心。
根据本发明的构想，其中该第一开口为变压器的电源输入侧线圈绕组出口。
根据本发明的构想，其中该第二开口为变压器的电源输出侧线圈绕组出口。
根据本发明的构想，其中该第二中心点设于该第一中心点与该第一开口之间。
根据本发明的构想，其中该第二开口大于该第一开口。
根据本发明的构想，该磁芯结构为PJ型磁芯结构、PQ型磁芯结构、EQ型磁芯结构、RM型磁芯结构、ER型磁芯结构或PM型磁芯结构。
本发明的另一目的在于提供一种变压器，其通过设计一中柱偏离磁芯结构中心的磁芯结构，以提高磁芯窗口利用率，其与线圈绕组相组时，可令设计者得以充分运用磁芯结构的线圈容置空间。本发明的变压器结构简单，可缩小变压器体积，节省制造成本，另且兼顾设计自由。
为达上述目的，本发明的另一较广义实施形式为提供一种变压器，其至少包括一磁芯结构，具有一第一边柱，其具有一第一边柱内壁；一第二边柱，与该第一边柱相对，其具有一第二边柱内壁；一环形空间，由该第一边柱内壁与该第二边柱内壁包围构成，其具有一第一中心点、一第一开口及一第二开口，所述第一开口和第二开口彼此相对设于该第一边柱与该第二边柱之间；一中柱，设于该环形空间内，其具有一第二中心点，该第二中心点设于该第一中心点与相对的所述第一开口和第二开口的其中任一开口之间；一基座，设于该环形空间的底部并连接该第一边柱、该第二边柱以及该中柱；以及一线圈绕组，绕设于该环形空间，其具有一电源输入侧线圈绕组与一电源输出侧线圈绕组。
根据本发明的构想，该变压器还包含一设于该基座上的绕线架，以供该线圈绕组绕设于该环形空间并自该第一开口与该第二开口出线。
根据本发明的构想，其中该第一中心点为该环形空间的圆心。
根据本发明的构想，其中该第二中心点为该中柱的圆心。
根据本发明的构想，其中该第一开为该电源输入侧线圈绕组出口。
根据本发明的构想，其中该第二开为该电源输出侧线圈绕组出口。
根据本发明的构想，其中该第二中心点设于该第一中心点与该第一开口之间。
根据本发明的构想，其中该第二开口大于该第一开口。
根据本发明的构想，其中该磁芯结构为PJ型磁芯结构、PQ型磁芯结构、EQ型磁芯结构、RM型磁芯结构、ER型磁芯结构或PM型磁芯结构。
根据本发明的构想，其中该电源输出侧线圈绕组为铜箔。
根据本发明的构想，其中该电源输出侧线圈绕组可提供多组电源输出。
根据本发明的构想，该变压器应用于切换式电源供应器。
附图说明
图1A：其为一现有的磁芯结构的立体示意图。
图1B：其为一现有的磁芯结构的俯视示意图。
图2：其为一现有的变压器的俯视示意图。
图3：其为本发明一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。
图4：其为本发明一较佳实施例的变压器的俯视示意图。
图5：其为本发明另一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。
图6A：其为本发明另一较佳实施例的磁芯结构的立体示意图。
图6B：其为本发明另一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。
图7A：其为本发明又一较佳实施例的磁芯结构的立体示意图。
图7B：其为本发明又一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。
其中，附图标记说明如下：
1：变压器                  10：磁芯结构
11：中柱                   111：第二中心点
112：第二直径              12：第一边柱
121：第一边柱内壁          13：第二边柱
131：第二边柱内壁          14：基座
21：环形空间               211：第一中心点
212：第一直径              213：第一开口
214：第二开口              30：线圈绕组
301：电源输入侧线圈绕组    302：电源输出侧线圈绕组
31：绕线架
具体实施方式
在后段的说明中，对于足以体现本发明特征与优点的若干典型实施例，加以详细叙述。应当理解，本发明于各不同的实施形式上亦能够具有各式的变化，然而其皆不脱离本发明的范围，故以下所为的说明及附图，其本质上仅供解说本发明若干实施例，并非用以限制本发明。
请参阅图3，其为本发明一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。即如图3所例示，其一根据本发明的一PJ型磁芯结构实施例，该磁芯结构10包含一第一边柱12、一第二边柱13、一环形空间21、一中柱11以及一基座14。而第一边柱12与第二边柱13相对而设，上述二边柱分别具有一第一边柱内壁121与一第二边柱内壁131，上述二内壁包围合构该环形空间21。环形空间21具有一第一中心点211、以及相对而设于上述二边柱间的一第一开口213及一第二开口214，并在环形空间21内设有中柱11，其具有一第二中心点111，并且通过环形空间21底部的基座14连接第一边柱12、第二边柱13以及该中柱11。其中，环形空间21还具有一第一直径212通过第一中心点211，而中柱11则具有一第二直径112通过第二中心点111。即如图3所示，中柱11的第二中心点111，非与环形空间21的第一中心点211同心，而设于该第一中心点211与第一开口213之间。由此，本发明的磁芯结构得以根据不同的电路、电气特性、线材与线圈绕制等不一而足的设计目的需求，充分使用磁芯窗口空间。
再者，请参阅图4，其为本发明一较佳实施例的变压器的俯视示意图。即如图4所例示的变压器1，其为根据本发明上述实施例的PJ型磁芯结构10，并结合根据图2中的现有变压器相同实施条件下的线圈绕组30、绕线架31，合组而成。由图4的例示明显可见，环形空间21已被全部填满，而其邻近第一开口213与第二开口214皆属使用饱和，其磁芯的窗口空间被充分利用，因而变压器体积得以缩小。而磁芯结构10于本实施例中所例示的PJ型磁芯结构，于实际应用时，可以其他类型的磁芯结构取代，例如但不限于PQ型磁芯结构、EQ型磁芯结构、RM型磁芯结构、ER型磁芯结构或PM型磁芯结构等，皆无碍于本发明的实施。
根据图3与图4例示的实施例，其中，第一中心点211与第二中心点111分别为环形空间21与中柱11的圆心，且中柱11的第二中心点111较接近的第一开口213为变压器1的电源输入侧线圈绕组301出口，较疏远的第二开口214为变压器1的电源输出侧线圈绕组302出口。但于实际应用时，可根据不同的设计目的需求，将中柱11的第二中心点111设于第一中心点211与上述任一开口之间。
再者，图4所例示的变压器，其根据本发明磁芯结构所结合的线圈绕组30、绕线架31，其中，该线圈绕组30绕设于磁芯结构的环形空间21，并具有一电源输入侧线圈绕组301与一电源输出侧线圈绕组302，而绕线架31设于该基座14上，以供该线圈绕组30绕设于该环形空间21并自该第一开口213与该第二开口214出线。其电源输入侧线圈绕组301与电源输出侧线圈绕组302的线材，可为具高传导性的各式导线或导体，例如但不限于单股或多股绞绕的铜线、或铜箔等，在本例中，电源输出侧线圈绕组302的线材为铜箔，并可提供多组电源输出。
其次，请参阅图5，其为本发明另一较佳实施例的磁芯结构的俯视示意图。即如图5所例示，其为根据本发明上述实施例的PJ型磁芯结构10，但第二开口214大于该第一开口213，故可根据不同设计目的需求，以妥设例如但不限于变压器的线圈绕组、绕线架及输入端、或输出端的连接等。请参阅图6A、图6B，二图分别为本发明另一较佳实施例的磁芯结构的立体与俯视示意图。即如图6A所例示，其示出了根据本发明的一PQ型磁芯结构10的实施例，再如图6B所例示的该PQ型磁芯结构10，其中柱11的第二中心点111较接近的第一开口213，且第二开口214大于第一开口213，以根据大电流输出设计而需妥设电源输出侧线圈绕组302、绕线架31及其于输出端的焊接等。
其次，请参阅图7A、图7B，二图分别为本发明又一较佳实施例的磁芯结构的立体与俯视示意图。即如图7A所例示，其示出了根据本发明的一EQ型磁芯结构10的实施例，再如图7B所例示的该EQ型磁芯结构10，其中柱11的第二中心点111较接近于第二开口214，而其第一开口213大于第二开口214，故在本例，根据本发明的不同设计目的，而有别于图6A、图6B例示的磁芯结构。
根据上述说明，本发明的磁芯结构与变压器可应用于各式电源供应装置，例如但不限于一切换式电源供应器或电源转接器。另且，以变压器的应用为例，通过进一步的设计优化后，可以在相等功率的条件下，降低变压器的体积；或者同等体积下，提高变压器的功率密度。
本发明可由熟悉此技术的人员进行任意修饰，然而皆不脱离所附权利要求书所欲保护的范围。

Claims (20)

1.一种磁芯结构，其包含：
一第一边柱，其具有一第一边柱内壁；
一第二边柱，与该第一边柱相对，其具有一第二边柱内壁；
一环形空间，由该第一边柱内壁与该第二边柱内壁包围构成，其具有一第一中心点、一第一开口及一第二开口，所述第一开口和第二开口彼此相对设于该第一边柱与该第二边柱之间；
一中柱，设于该环形空间内，其具有一第二中心点，该第二中心点设于该第一中心点与相对的所述第一开口和第二开口的其中任一开口之间；以及
一基座，设于该环形空间的底部并连接该第一边柱、该第二边柱以及该中柱。
2.如权利要求1所述的磁芯结构，其中该第一中心点为该环形空间的圆心。
3.如权利要求1所述的磁芯结构，其中该第二中心点为该中柱的圆心。
4.如权利要求1所述的磁芯结构，其中该第一开口为变压器的电源输入侧线圈绕组出口。
5.如权利要求4所述的磁芯结构，其中该第二开口为变压器的电源输出侧线圈绕组出口。
6.如权利要求5所述的磁芯结构，其中该第二中心点设于该第一中心点与该第一开口之间。
7.如权利要求5所述的磁芯结构，其中该第二开口大于该第一开口。
8.如权利要求1所述的磁芯结构，其中该磁芯结构为PJ型磁芯结构、PQ型磁芯结构、EQ型磁芯结构、RM型磁芯结构、ER型磁芯结构或PM型磁芯结构。
9.一种变压器，其包含：
一磁芯结构，具有：一第一边柱，其具有一第一边柱内壁；一第二边柱，与该第一边柱相对，其具有一第二边柱内壁；一环形空间，由该第一边柱内壁与该第二边柱内壁包围构成，其具有一第一中心点、一第一开口及一第二开口，所述第一开口和第二开口彼此相对设于该第一边柱与该第二边柱之间；一中柱，设于该环形空间内，其具有一第二中心点，该第二中心点设于该第一中心点与相对的所述第一开口和第二开口的其中任一开口之间；以及一基座，设于该环形空间的底部并连接该第一边柱、该第二边柱以及该中柱；以及
一线圈绕组，绕设于该环形空间，其具有一电源输入侧线圈绕组与一电源输出侧线圈绕组。
10.如权利要求9所述的变压器，其中，该变压器还包含一设于该基座上的绕线架，以供该线圈绕组绕设于该环形空间并自该第一开口与该第二开口出线。
11.如权利要求9所述的变压器，其中该第一中心点为该环形空间的圆心。
12.如权利要求9所述的变压器，其中该第二中心点为该中柱的圆心。
13.如权利要求9所述的变压器，其中该第一开口为该电源输入侧线圈绕组出口。
14.如权利要求13所述的变压器，其中该第二开口为该电源输出侧线圈绕组出口。
15.如权利要求14所述的变压器，其中该第二中心点设于该第一中心点与该第一开口之间。
16.如权利要求14所述的变压器，其中该第二开口大于该第一开口。
17.如权利要求9所述的变压器，其中该磁芯结构为PJ型磁芯结构、PQ型磁芯结构、EQ型磁芯结构、RM型磁芯结构、ER型磁芯结构或PM型磁芯结构。
18.如权利要求9所述的变压器，其中该电源输出侧线圈绕组为铜箔。
19.如权利要求9所述的变压器，其中该电源输出侧线圈绕组可提供多组电源输出。
20.如权利要求9所述的变压器，其中该变压器应用于切换式电源供应器。
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