TWM446360U - 具有磁力線屏蔽元件之電源供應器 - Google Patents

具有磁力線屏蔽元件之電源供應器 Download PDF

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Ching-Hui Cho
Yao-Ching Huang
Cueng-Han Yu
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Delta Electronics Inc
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Description

具有磁力線屏蔽元件之電源供應器
本案係關於一種電源供應器，尤指一種具有磁力線屏蔽元件之電源供應器。
變壓器在電子電路系統中扮演電源或電壓轉換的角色，以符合各種不同的電源或電壓需求，其中又以高頻變壓器(High frequency transformer)具有體積小、重量輕等優點，因此常被應用在電源供應器等產品，而構成變壓器的主要構件有繞線架(Bobbin)、鐵芯(Core)、接腳(Pin)及線圈(Winding)等等。
在目前的電路設計要求上，為了符合電磁波干擾(EMI)的安規要求，通常會在電路上設置防止輻射線外洩的金屬殼體，請參閱第1A圖，其係為習知電源供應器之剖面示意圖，其係包含有：電路板10、變壓器11、電子元件12及金屬殼體13，其中變壓器11中係包含鐵芯組111（如第1B圖所示）。
雖然設置的金屬殼體13可以有效防止輻射線外洩的問題，但是隨著電源供應器的產品導向為輕薄短小且效率高、工作溫度低，習知變壓器受限於產品小型化的設計，在高度上會造成變壓器11和金屬殼體13幾乎緊貼，也就是金屬殼體13與變壓器11之間的距離D太小，將會造成由鐵芯組111的中柱1111之間的氣隙（air-gap）112所洩漏的磁力線（fringing flux）113穿透到金屬殼體13上（如第1C圖所示），而這些洩漏的磁力線113會在金屬殼體13上產生渦電流（Eddy current）131（如第1D圖所示），而渦電流131將與金屬殼體13的電阻產生渦電流損耗（Eddy current loss），此損耗的缺點是會使金屬殼體13的溫度上升，而使電源供應器的運作效率降低且工作溫度升高，甚至影響鄰近的電子元件12，另外，洩漏的磁力線113也會使變壓器11的運作效率下降。
因此，如何發展一種可防止磁力線洩漏至金屬殼體上之具有磁力線屏蔽元件之電源供應器，實為目前迫切需要解決之問題。
本案之主要目的在於提供一種具有磁力線屏蔽元件之電源供應器，俾解決習知金屬殼體與變壓器之間的距離太小，造成由鐵芯組所洩漏的磁力線穿透到金屬殼體上，而在金屬殼體上產生渦電流損耗的現象，使得電源供應器的運作效率降低且工作溫度升高，以及洩漏的磁力線將使變壓器的運作效率下降等缺點。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種電源供應器，至少包含：一磁性元件，具有一鐵芯組；一殼體，部分設置於該磁性元件上方；以及一屏蔽元件，設置於該磁性元件與該殼體之間，用以避免由該鐵芯組所外洩之磁力線穿透該殼體。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第2A圖，其係為本案第一較佳實施例之電源供應器之結構示意圖，如圖所示，本案之電源供應器2可包含磁性元件21、殼體22以及屏蔽元件23，其中磁性元件21係插設於一電路板24上，磁性元件21、屏蔽元件23以及電路板24係容置於殼體22內部，殼體22可為金屬材質，且屏蔽元件23係設置於磁性元件21與殼體22之間。
請參閱第2A、2B及2C圖，其中第2B圖係為第2A圖中移除殼體及電路板後之結構示意圖，第2C圖係為第2A圖之部分剖面結構示意圖，如圖所示，於本實施例中，磁性元件21可為但不限為一變壓器，且可由鐵芯組211以及繞線架模組215所組成，其中本案之鐵芯組211的結構係與第1B圖所示之鐵芯組111相似，即本案之鐵芯組211可為但不限為一EE型鐵芯，且可由第一鐵芯212以及第二鐵芯213所組成，第一鐵芯212以及第二鐵芯213的中柱（未圖示，其結構與第1B圖所示之中柱1111相似）之間係具有一氣隙（air-gap）214，於該磁性元件21運作時，磁力線25會經由該氣隙214向外洩漏（如第2C圖所示）。
請再參閱第2A、2B及2C圖，本案之屏蔽元件23係設置於磁性元件21的頂部與殼體22之間，如第2C圖所示屏蔽元件23係相對設置於鐵芯組211之氣隙214的上方，即屏蔽元件23完全覆蓋於氣隙214的上方，可避免由鐵芯組211所外洩的磁力線25穿透到殼體22上，以抑制渦電流損耗的情況發生，進而降低電源供應器2的工作溫度而使產品運作效率提高並減少成本的支出。
於本實施例中，屏蔽元件23可為一導磁不導電元件，例如：鐵氧體鐵芯（ferrite core），但不以此為限，其係將由鐵芯組211所外洩之磁力線25導引回到該磁性元件21中，即當磁性元件21運作時由第一鐵芯212與第二鐵芯213之間的氣隙214所向外洩漏的磁力線25會被屏蔽元件23引導回到該磁性元件21中，可避免磁力線25穿透到殼體22上而抑制渦電流損耗的情況發生，以降低電源供應器2的工作溫度而使產品運作效率提高並減少成本的支出。
當然，本案可適用之屏蔽元件並不侷限於第2C圖所示之導磁不導電元件，請參閱第2D圖，其係為第2C圖之另一較佳實施例之結構示意圖，如圖所示，於本實施例中，屏蔽元件231可為一導電不導磁元件，例如：鋁或銅，其中，使用材質為鋁的物品可為鋁片或是鋁箔，本實施例之屏蔽元件231係產生與鐵芯組211所外洩之磁力線251相反方向之磁力線2311，即當磁性元件21運作時由第一鐵芯212與第二鐵芯213之間的氣隙214所向外洩漏的磁力線251會與屏蔽元件231所產生的反向磁力線2311相互抵銷，以避免磁力線251穿透到殼體22上而抑制渦電流損耗的情況發生，以降低電源供應器2的工作溫度而使產品運作效率提高並減少成本的支出。另外，本案之屏蔽元件設置於磁性元件21與殼體22之間的實施方式可為如第3圖所示之藉由設置於屏蔽元件232與殼體22之間的黏貼層26以黏貼的方式將屏蔽元件232貼附於殼體22的內側面上，且使屏蔽元件232設置於磁性元件21與殼體22之間並相對設置於鐵芯組211之氣隙214的上方，即可達到避免由鐵芯組211所外洩之磁力線25穿透殼體22的功效。
當然，本案之屏蔽元件設置於磁性元件21與殼體22之間的實施方式並不侷限於以黏貼的方式，亦可將屏蔽元件設置於磁性元件21的外頂部上，請參閱第4A及4B圖，其中第4A圖係為本案第二較佳實施例之屏蔽元件與磁性元件之組合結構示意圖，第4B圖係為第4A圖之***結構示意圖，如圖所示，本實施例之磁性元件4可包含繞線架模組41、鐵芯組42以及絕緣套蓋43，其中絕緣套蓋43為一中空結構且其具有開口432以及於外頂部上具有容置槽431，該開口432係相對於該鐵芯組42之中柱421設置，該絕緣套蓋43係覆蓋於該繞線架模組41之上方，鐵芯組42之中柱421係經由對應之開口432置入絕緣套蓋43中，而屏蔽元件233則設置於該容置槽431內，使屏蔽元件233可設置於磁性元件4與殼體22之間並相對設置於鐵芯組42之氣隙的上方，同樣可達到避免由鐵芯組42所外洩之磁力線穿透殼體22的功效。
再者，請參閱下表一，其係表示習知技術未設置任何磁力線屏蔽元件以及本案之屏蔽元件分別為鐵氧體鐵芯以及鋁箔時，於殼體上方所量測到之渦電流損耗的功率數值，如表一所示可知，習知磁性元件與殼體之間未設置任何元件時（如第1C圖所示），殼體上渦電流損耗的功率高達7.44，即表示大量的磁力線會穿透到殼體上而產生嚴重的渦電流損耗的情況，反觀本案於磁性元件與殼體之間設置一屏蔽元件，確實可大幅降低殼體上的渦電流損耗，且當本案之屏蔽元件為鐵氧體鐵芯時可達到最佳的功效。
表一：
綜上所述，本案之具有磁力線屏蔽元件之電源供應器，藉由於磁性元件與殼體之間設置屏蔽元件，可避免由磁性元件之鐵芯組所外洩之磁力線穿透到殼體上而抑制渦電流損耗的情況發生，以降低電源供應器的工作溫度而使產品運作效率提高並減少成本的支出，以解決習知金屬殼體與變壓器之間的距離太小，造成由鐵芯組所洩漏的磁力線穿透到金屬殼體上，而在金屬殼體上產生渦電流損耗的現象，使得電源供應器的運作效率降低且工作溫度升高，以及洩漏的磁力線將使變壓器的運作效率下降等缺點。
本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
10‧‧‧電路板
11‧‧‧變壓器
111‧‧‧鐵芯組
1111、421‧‧‧中柱
112、214‧‧‧氣隙
113、2311、25、251‧‧‧磁力線
12‧‧‧電子元件
13‧‧‧金屬殼體
131‧‧‧渦電流
2‧‧‧電源供應器
21、4‧‧‧磁性元件
211、42‧‧‧鐵芯組
212‧‧‧第一鐵芯
213‧‧‧第二鐵芯
215、41‧‧‧繞線架模組
22‧‧‧殼體
23、231、232、233‧‧‧屏蔽元件
24‧‧‧電路板
26‧‧‧黏貼層
43‧‧‧絕緣套蓋
431‧‧‧容置槽
432‧‧‧開口
D‧‧‧距離
第1A圖係為習知電源供應器之剖面示意圖。
第1B圖係為習知鐵芯組之結構示意圖。
第1C圖係為第1A圖之部分剖面結構示意圖。
第1D圖係為第1A圖之金屬殼體上形成渦電流之示意圖。
第2A圖係為本案第一較佳實施例之電源供應器之結構示意圖。
第2B圖係為第2A圖中移除殼體及電路板後之結構示意圖。
第2C圖係為第2A圖之部分剖面結構示意圖。
第2D圖係為第2C圖之另一較佳實施例之結構示意圖。
第3圖係為本案屏蔽元件貼付於殼體內側之剖面結構示意圖。
第4A圖係為本案第二較佳實施例之屏蔽元件與磁性元件之組合結構示意圖。
第4B圖係為第4A圖之***結構示意圖。
2‧‧‧電源供應器
21‧‧‧磁性元件
211‧‧‧鐵芯組
212‧‧‧第一鐵芯
213‧‧‧第二鐵芯
215‧‧‧繞線架模組
22‧‧‧殼體
23‧‧‧屏蔽元件
24‧‧‧電路板

Claims (10)

  1. 一種電源供應器，至少包含：
    一磁性元件 ，具有一鐵芯組；
    一殼體 ，部分設置於該磁性元件上方；以及
    一屏蔽元件，設置於該磁性元件與該殼體之間，用以避免由該鐵芯組所外洩之磁力線穿透該殼體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該磁性元件係為一變壓器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該鐵芯組之間係具有一氣隙，該磁力線係經由該氣隙外洩，且該屏蔽元件係相對設置於該氣隙之上方。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應器，其中該屏蔽元件係以黏貼的方式貼附於該殼體的內側面上，使該屏蔽元件設置於該磁性元件與該殼體之間並相對設置於該鐵芯組之該氣隙的上方。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該鐵芯組係為一EE型鐵芯。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該屏蔽元件係為一導磁不導電元件，用以將由該鐵芯組所外洩之該磁力線導引回到該磁性元件中，以避免由該鐵芯組所外洩之該磁力線穿透該殼體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應器，其中該導磁不導電元件係為鐵氧體鐵芯。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該屏蔽元件係為一導電不導磁元件，用以產生反向磁力線，以與該鐵芯組所外洩之該磁力線相互抵銷，以避免由該鐵芯組所外洩之該磁力線穿透該殼體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電源供應器，其中該導電不導磁元件係為鋁或銅其中之一。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該磁性元件更包含一繞線架模組以及一絕緣套蓋，該絕緣套蓋之外頂部係具有一容置槽，用以容置該屏蔽元件，以使該屏蔽元件設置於該磁性元件與該殼體之間。
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