CN115621003A - 具有导热填充物的磁性元件结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有导热填充物的磁性元件结构。具有导热填充物的磁性元件结构包含两个磁芯组装在一起构成一内部容置空间与至少一磁芯开口，两个板部通过一内柱结构及两个外柱结构连接，一绕线架套设在内柱结构上，一线圈绕设在绕线架上，一绕线架外壳围住绕线架与线圈且构成至少一个绕线开口朝向至少一个磁芯开口，绕线架外壳与绕线架所构成的包覆结构与磁芯之间有空隙存在，一导热填充物形成在绕线架与绕线架外壳之间的空间中并包覆住至少一部分的线圈，以及一散热面接合于磁芯及导热填充物，该导热填充物由至少一个磁芯开口及至少一个绕线开口向外延伸接合于散热面。

Description

具有导热填充物的磁性元件结构

技术领域

本发明涉及一种磁性元件结构，更具体言之，尤其涉及一种具有导热填充物的磁性元件结构。

背景技术

磁性元件，例如变压器或电感器，也称之为电抗器，是一种会对流经其间的电流变化产生抵抗的双终端无源电子元件。它含有导体，如一绕线，其通常缠绕成线圈方式。当电流流经其间时，能量会暂时储存在线圈的磁场中。根据法拉第定律中的电磁感应原理，当流经导体的电流产生变化时，随时间改变的电场会在该导体中产生出一电压，以对抗这样的电流变化。许多的磁性元件都具有铁或铁氧体制成的磁芯，其可用来增强电场与电感。

磁性元件被广泛地用在使用交流电的电子设备上，特别是无线电设备、功率转换或功率隔离等应用方面。例如电感器被用来阻挡交流电的流动并让直流电通过，被设计来达成此目的的电感器被称为扼流圈。他们也被用在电子滤波器中用来分离不同频率的信号，并且与电容器共同构成调谐电路(tuned circuit)。

5G无线系统与车用电子的发展与普及对本领域的业者提供了巨大的商机，市场对于这类无源元件极大的需求造成电感器或是变压器供货短缺。然而，磁性元件在实际工作时会因功率损耗而发热，尤其对于大功率和高功率密度的磁性元件更是如此。5G无线系统与车用电子对磁性元件在这方面的特性会有更加严格的规范与要求。例如，如何更快更有效地将磁性元件中线圈与磁芯生成的热散出是其重要的课题，因为生成的热更多且不断积累会在磁性元件运作中升高其温度并降低其效能，最终或可导致整个元件烧坏。再者，由于磁性元件中磁芯与胶体的热膨胀系数不一致，同时磁芯材质硬而脆，因此当温度变化时，磁芯会容易受到胶体的挤压，从而导致磁芯破裂。故此，目前业界仍需研发新的构造来改善磁性元件中磁芯与线圈的散热。

发明内容

为了改善磁性元件的散热，本发明提出了一种具有导热填充物的磁性元件结构，其特点在于不让灌注胶影响铁芯，让铁芯与线圈各自散热，同时避免线圈加热铁芯，并针对功率损耗大、热量高的线圈绕组进行局部灌胶，线圈绕组与铁芯中间有空气隔阂，避免线圈产生的热传到铁芯。让金属簧片兼具机械固定及散热目的，铁芯的热可以通过金属簧片散热，铁芯也通过金属簧片固定。

本发明的目的在于提供一种具有导热填充物的磁性元件结构，包含两个磁芯组装在一起构成一内部容置空间与至少一个磁芯开口，且两个板部通过一内柱结构及两个外柱结构连接，该内柱结构设置在该内部容置空间中。一绕线架套设在该内柱结构上，一线圈绕设在该绕线架上，一绕线架外壳围住该绕线架与该线圈且构成至少一个绕线开口朝向该至少一个磁芯开口，该绕线架外壳与该绕线架所构成的包覆结构与该磁芯之间有空隙存在。一导热填充物形成在该绕线架与该绕线架外壳之间的空间中并包覆住至少一部分的该线圈，以及一散热面接合于该磁芯及该导热填充物，该导热填充物由该至少一个磁芯开口及该至少一个绕线开口向外延伸接合于该散热面。

本发明的这类目的与其他目的在阅者读过下文中以多种图示与绘图来描述的较佳实施例的细节说明后应可变得更为明了显见。

本发明的有益效果在于，本发明提出了一种具有导热填充物的磁性元件结构，其特点在于不让灌注胶影响铁芯，让铁芯与线圈各自散热，同时避免线圈加热铁芯，并针对功率损耗大、热量高的线圈绕组进行局部灌胶，线圈绕组与铁芯中间有空气隔阂，避免线圈产生的热传到铁芯。让金属簧片兼具机械固定及散热目的，铁芯的热可以通过金属簧片散热，铁芯也通过金属簧片固定。

附图说明

本说明书含有附图并于文中构成了本说明书的一部分，以使阅者对本发明实施例有进一步的了解。多个图示描绘了本发明一些实施例并连同本文描述一起说明了其原理。在多个图示中：

图1为根据本发明较佳实施例中一具有导热填充物的磁性元件结构的分解图；

图2为根据本发明较佳实施例中组装后的磁性元件结构的立体图；

图3为根据本发明较佳实施例中组装后的磁性元件结构在x方向上的截面图；

图4为根据本发明较佳实施例中组装后的磁性元件结构在y方向上的截面图；

图5为根据本发明较佳实施例中组装后的磁性元件结构在z方向上的截面图；

图6为根据本发明另一实施例中一具有导热填充物的磁性元件结构的分解图；

图7为根据本发明另一实施例中一组装后的磁性元件结构的截面图；

图8为根据本发明较佳实施例中磁性元件结构的磁芯、线圈以及内柱部位的截面图；以及

图9-图13为根据本发明较佳实施例中具有导热填充物的磁性元件结构的部位截面放大图。

须注意本说明书中的所有图示皆为图例性质，为了清楚与方便图示说明之故，图示中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现，一般而言，图中相同的参考符号会用来标示修改后或不同实施例中对应或类似的元件特征。

附图标记如下：

100 磁性元件结构

101 磁芯

102 板部

103 内部容置空间

105 端侧内柱部位

106 外柱部位

107 间隔内柱部位

108 中柱结构

109 磁芯开口

111 隔片

112 间隙

113 绕线架

115 线圈

115a 第一绕组

115b 第二绕组

117 端子

119 绕线架外壳

121 绕线开口

123 导热填充物

123a 底部

124 空隙

125 散热板

125a 底板部位

126 衬片

200 磁性元件结构

201 磁芯

203 内部容置空间

205 端侧内柱部位

206 外柱部位

207 间隔内柱部位

208 中柱结构

209 磁芯开口

211 隔片

211a 延伸部位

212 垫片

212a 延伸部位

213 绕线架

213a,213b,213c 部位

215 线圈

215a 第一绕组

215b 第二绕组

215c 第一绕组

217 线圈

219 绕线架外壳

221 绕线开口

223 导热填充物

223a 底部

225 散热板

255a 底板部位

具体实施方式

下文中本发明将参照随附的图示来进行详细的说明，这些图示构成了本发明的一部分并以绘图以及可据以施行本发明的特定实施例的方式来展示。这些实施例中会描述足够的细节让本领域中的一般技术人士得以施作本发明。为了简明与方便之故，图示中某些部位的尺度与比例可能会刻意缩小或是以夸大的方式来表现。在不背离本发明范畴的前提下，发明中还可采用其他的实施例或是具有结构上、逻辑上以及电性上的变化。故此，下文的详细说明不应以局限的方式来看待，而本发明的范畴将由随附的权利要求来界定。

请参照图1，其为根据本发明较佳实施例中一具有导热填充物的磁性元件结构的分解图。在阅读图1的说明时可同时参照图2～图5，以更能清楚地了解本发明磁性元件结构在组装后的方式以及其在各个不同方向上的截面结构以及部件的相对位置与连接关系，其中图2～图5分别为根据本发明较佳实施例中组装后的磁性元件结构的立体图以及其在X,Y,Z方向上的截面图。

本发明的磁性元件结构100的外部包含两个相对的磁芯101，其形状较佳相互对应，且设计成可在组装后形成一内部容置空间103来容纳与固定磁性元件结构100的其他组成部件。较佳地，两个磁芯101都具有各自的板部102、端侧内柱部位105以及两个外柱部位106，端侧内柱部位105可在组装后与一间隔内柱部位107对准相接并构成往X方向延伸的一内柱结构(如图4及图5中的108)来让绕线架套设于其上，而两组对接的外柱部位分别构成两个外柱结构。于本实施例中，两个外柱结构之间形成内部容置空间103，内柱结构108设置在内部容置空间103内。内柱结构108的截面可为圆形、椭圆形、饼形或是矩形等。内柱结构108中可以选择性地设置隔片111或/及间隔内柱部位107。在实施例中，该间隔内柱部位107与端侧内柱部位105之间还可设置隔片111，如耐热、非导磁性的陶瓷隔片或云母隔片，来分隔两部位，其在后续的线圈绕组段落将有进一步的说明。磁芯101还具有至少一磁芯开口109(如图2中所示的上磁芯开口)，以让内部的组件能够向外延伸。本发明的磁性元件结构100可以采用多种类型的磁芯101，例如EE形磁芯、UE形磁芯、UUI形磁芯、EI形磁芯、FF形磁芯、FL形磁芯、EQ形磁芯、EP形磁芯、ER形磁芯、ETD形磁芯、PM形磁芯以及PQ形磁芯等，其中外柱结构与内柱结构108可以是两个磁芯101的一部分、单独的一个柱状结构或多个柱状结构的磁芯所组成，都可适用于本发明。磁芯101的材料可为具有低导磁率的铁粉芯，如铁硅合金与铁镍合金，或是具有较高导磁率的铁氧体。

在内部组件中，一绕线架113可套设在前述所组成的内柱结构108上(包括间隔内柱部位107与端侧内柱部位105，如图4及图5所示)，其可呈一中空桶体的形状，尺寸设计成大体上能容置在磁芯101所形成的内部容置空间103中。绕线架113可具有供线圈缠绕的空间与过线的路径，如绕线槽，也可具有金属针脚的连接端子作为线圈缠绕时的支柱并可与PCB板焊接起到导电的作用，以及凸点、凹点、倒角等部位来决定设置的方向或针脚顺序。前述绕线架113的金属针脚、凸点、凹点等部位可经由磁芯开口109延伸到磁芯101外部(如图2所示)。本发明实施例中的绕线架113可为立式或卧式，其材料可为耐高温、高强度的聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)、酚醛树脂(电木)或是工程塑胶。线圈115缠绕并组装在绕线架113上，其端子117可固定在绕线架113的凸点上并经由磁芯开口109延伸到磁芯101外部，如图2所示。本发明线圈115的类型可为铜片、铜箔、圆线、扁线、或是多股线(Litz线)等类型，如本实施例中所示的圆线方式的线圈115。本发明的线圈115可具有多个特定绕组，并可与内柱结构108有相对的位置关系，其在后续的线圈绕组段落将有进一步详细的说明。

除了上述的绕线架113与线圈115外，内部组件还包含绕线架外壳119围住绕线架113的绕线槽与线圈115。绕线架外壳119可为两个相对的外壳部件，其形状设计成对应了磁芯101所形成的内部容置空间103，其组装后会固定在磁芯101中并围住大部分的绕线架113与线圈115。绕线架外壳119组装后会形成至少一个绕线开口121，其朝向或对齐磁芯101的至少一磁芯开口109。如此，绕线架外壳119中的绕线架113与线圈115部位可依序经由绕线开口121与磁芯开口109延伸到磁芯101外部(如图2所示)。绕线架外壳119的材料可与绕线架113相同，如聚苯硫醚或酚醛树脂。在本发明实施例中，绕线架外壳119除了用来保护与固定绕线架113与线圈115外，还可具有形塑导热填充物的功能，以达成本发明只对线圈绕组进行局部灌胶的发明诉求。

在本发明实施例中，绕线架外壳119与绕线架113之间会有导热填充物123形成。导热填充物123的材料可为具有良好热导率的无机材料，如环氧树脂、硅胶、聚氨酯(Polyurethane,PU)，或是热导率大于0.3W/mk(瓦/公尺·克耳文)的热固性酚醛树脂、热塑性聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚酰胺(Polyamide,PA)、聚苯硫醚(PPS)以及聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)等材料。于一些实施例中，导热填充物123还包含热导率较高的非导磁元素，例如陶瓷、云母。本发明实施例中，导热填充物123的热导率小于磁芯101的热导率，例如含铁元素(铁硅合金、铁镍合金或是铁氧体等)高导热材料所构成的磁芯101，较佳者，导热填充物123与磁芯101的热导率差10倍以上。绕线架外壳119的热导率小于磁芯101及导热填充物123的热导率。在本发明实施例中，导热填充物123可以通过先将绕线架外壳119与绕线架113(包括绕设其上的线圈115)组装后进行灌注上述导热材料后形成。在此步骤中，绕线架外壳119与绕线架113具有类似模具的功用来形塑导热填充物123，受灌注的导热材料会填入绕线架外壳119与绕线架113之间的空间中并包覆住绕设在绕线架113上的线圈115(如图4及图5中的导热填充物123所示)，之后导热材料固化后即形成如图1所示的导热填充物123。于本实施例中，所形成的导热填充物123较佳不要超出绕线架外壳119的绕线开口121，导热填充物123会由绕线架外壳119的下方绕线开口121向外延伸出磁芯开口109，到磁芯101外部的散热板125(散热面)，绕线架113的连接端子(金属针脚)、凸点、凹点以及线圈115的端子117等部位较佳地不会被导热填充物123所包覆，以经由磁芯开口109延伸到磁芯101外部(如图2所示)。

在本发明实施例中，由于绕线架外壳119的存在以及使用绕线架外壳119与绕线架113作为模具来形塑导热填充物123，所形成的导热填充物123只会形成在绕线架外壳119与绕线架113之间的空间，并包覆住该空间中的线圈115，其不会接触到磁芯101的内部容置空间103的磁芯内表面，较佳者亦不会接触到磁芯101的磁芯外表面，如此能达到本发明所要的线圈绕组局部灌胶的功效。此设计的优点在于功率损耗大、热能高的线圈绕组可以通过高导热性的导热填充物123来传导热能，其热传导路径较短，可以达到有效散热。较佳者，导热填充物123不会接触到磁芯101内部容置空间103的磁芯表面(如图5所示)，如此线圈115所产生的热能经由导热填充物123传导给磁芯101的量会减少，让磁芯101的整体温度更为均匀，不用担心有特定部位受到局部热应力的影响而导致磁芯破裂。磁芯101本身的热能则可通过其他方式散出。换言之，线圈115所产生的热能经由导热填充物123传导到散热板125(散热面)的量增加，而线圈115所产生的热能经由导热填充物123传导到磁芯101的量则降低。

在本发明实施例中，磁芯101与线圈115所发出的热能都可以经由一外部的散热板125来散出。如图2所示，组装后的磁性元件结构100会设置在散热板125所提供的容置空间中，且散热板125可从磁芯101的外侧向磁芯101施加弹力来与磁芯101紧密接触并将其固定(如图4及图5所示)，如此磁芯101所发出的热可以经由散热板125散出。磁芯101因热产生应力时，磁芯101向外的应力可以向外延伸到散热板125由此降低磁芯101的应力，进而避免磁芯破裂。再者，部分的导热填充物123，如底部123a，可经由底部的绕线开口121与磁芯开口109向外延伸至与散热板125，如底板部位125a，紧密接触，如此线圈115所发出的热可依序经由导热填充物123与散热板125散出(如图3及图4所示)。散热板125可为高热导性的金属簧片，其材质可为不锈钢、铜或是压铸铝合金等，例如ADC12。散热板125可再与其他散热装置连接，如一水冷系统，来进一步提升其散热效果。于一些实施例中，散热板125可以是散热装置的一部分，磁性元件结构100的导热填充物123及磁芯101的散热面导热性地连接到散热装置的散热板125。

现在请参照图6，其为根据本发明另一实施例中一具有导热填充物的磁性元件结构的分解图。在阅读图6的说明时可同时参照图7，以更能清楚地了解本发明磁性元件结构在组装后的方式以及其在各个不同方向上的截面结构以及部件的相对位置与连接关系，该图7为根据本发明此实施例中组装后的磁性元件结构在Y方向上的截面图。

此实施例的磁性元件结构200的外部同样包含两个相对的磁芯201，其形状较佳相互对应，且设计成可在组装后形成一内部容置空间203来容纳与固定磁性元件结构200的其他组成部件。较佳地，两个磁芯201都具有各自的端侧内柱部位205以及两个外柱部位206，其可在组装后与一间隔内柱部位207对准相接并构成往X方向延伸的一内柱结构(如图7中的208)来让绕线架套设于其上，而两组对接的外柱部位分别构成两个外柱结构。于本实施例中，两个外柱结构之间形成内部容置空间203，内柱结构208设置在内部容置空间203内。内柱结构208的截面可为圆形、椭圆形、饼形或是矩形等。内柱结构208中可以选择性地设置隔片211或/及间隔内柱部位207。在实施例中，该间隔内柱部位207与端侧内柱部位205之间还可设置隔片211，如耐热、非导磁性的陶瓷隔片或云母隔片，来分隔两部位，其在后续的线圈绕组段落将有进一步的说明。磁芯201还具有至少一磁芯开口209，以让内部的组件能够向外延伸。本发明的磁性元件结构200可以采用多种类型的磁芯201，例如EE形磁芯、UE形磁芯、UUI形磁芯、EI形磁芯、FF形磁芯、FL形磁芯、EQ形磁芯、EP形磁芯、ER形磁芯、ETD形磁芯、PM形磁芯以及PQ形磁芯等，其中外柱结构与内柱结构208可以是两个磁芯201的一部分、单独的一个柱状结构或多个柱状结构的磁芯所组成，都可适用于本发明。磁芯201的材料可为具有低导磁率的铁粉芯，如铁硅合金与铁镍合金，或是具有较高导磁率的铁氧体。

在内部组件中，一绕线架213(包含213a～213c三个部位)可套设在前述所组成的内柱结构208上(包括间隔内柱部位207与端侧内柱部位205，如图7所示)，其可呈一中空饼状，尺寸设计成大体上能容置在磁芯201所形成的内部容置空间203中。绕线架213可具有供线圈缠绕的空间与过线的路径，如绕线槽，也可具有连接端子作为线圈缠绕时的支柱并可与PCB板焊接起到导电的作用，以及凸点、凹点、倒角等部位来决定设置的方向或针脚顺序。前述绕线架213的连接端子、凸点、凹点等部位可经由磁芯开口209延伸到磁芯201外部。本发明实施例中的绕线架213可为立式或卧式，其材料可为耐高温、高强度的聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)、酚醛树脂(电木)或是工程塑胶。线圈215缠绕并组装在绕线架213上，其端子可固定在绕线架213的凸点上并经由磁芯开口209延伸到磁芯201外部，如图7所示。本发明线圈215的类型可为铜片、铜箔、圆线、扁线、或是多股线等类型，如本实施例中所示为铜片方式的线圈215。本发明的线圈215可具有多个特定绕组，并可与内柱结构208有相对的位置关系，其在后续的线圈绕组段落将有进一步详细的说明。

于前述实施例不同的是，本实施例中的绕线架213是由三个部位213a,213b,213c所组成，且隔片211的面积设计成会超过内柱结构208的截面积，如此隔片211同时作为内柱结构208中的间隔内柱部位207与端侧内柱部位205之间的隔片以及作为绕线架213部位213a,213b,213c之间的隔片。此外，隔片211与绕线架213的中间部位213b之间还可加设一垫片212来调整组装公差。

除了上述的绕线架213与线圈215外，内部组件还包含绕线架外壳219围住绕线架213与线圈215。绕线架外壳219可为两个相对的外壳部件，其形状设计成对应了磁芯201所形成的内部容置空间203，其组装后会固定在磁芯201中并围住大部分的绕线架213与线圈215。绕线架外壳219组装后会形成至少一个绕线开口221，其朝向或对齐磁芯201的至少一磁芯开口209。如此，绕线架外壳219中的绕线架213与线圈215部位可依序经由绕线开口221与磁芯开口209延伸到磁芯201外部。绕线架外壳219的材料可与绕线架213相同，如聚苯硫醚或酚醛树脂。在此发明实施例中，绕线架外壳219除了用来保护与固定绕线架213与线圈215外，还可具有形塑导热填充物的功能，以达成本发明只对线圈绕组进行局部灌胶的发明诉求。

在本发明实施例中，绕线架外壳219与绕线架213之间会有导热填充物223形成。导热填充物223的材料可为具有良好热导率的无机材料，如环氧树脂、硅胶、聚氨酯(PU)，或是热导率大于0.3W/mk的热固性酚醛树脂、热塑性聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)以及聚醚醚酮(PEEK)等材料。在本发明实施例中，导热填充物223可以通过先将绕线架外壳219与绕线架213(包括绕设其上的线圈217)组装后进行灌注上述导热材料后形成。在此步骤中，绕线架外壳219与绕线架213具有类似模具的功用来形塑导热填充物223，受灌注的导热材料会填入绕线架外壳219与绕线架213之间的空间中并包覆住绕设在绕线架213上的线圈217(如图7中的导热填充物223所示)，之后导热材料固化后即形成如图6所示的导热填充物223。于本实施例中，所形成的导热填充物223较佳不要超出绕线架外壳219的绕线开口221，导热填充物223会由绕线架外壳219的下方绕线开口221向外延伸出磁芯开口209，到磁芯201外部的散热板225(散热面)，绕线架213的连接端子、凸点、凹点以及线圈215的端子等部位较佳地不会被导热填充物223所包覆，以经由磁芯开口209延伸到磁芯201外部(如图7所示)。

在本发明实施例中，由于绕线架外壳219的存在以及使用绕线架外壳219与绕线架213作为模具来形塑导热填充物223，所形成的导热填充物223只会形成在绕线架外壳219与绕线架213之间的空间，并包覆住该空间中的线圈215，其不会接触到磁芯201的内部容置空间203的磁芯内表面，较佳者亦不会接触到磁芯201的磁芯外表面，如此能达到本发明所要的线圈绕组局部灌胶的功效。此设计的优点在于功率损耗大、热能高的线圈绕组可以通过高导热性的导热填充物223来传导热能，其热传导路径较短，可以达到有效散热。较佳者，导热填充物223不会接触到磁芯201内部容置空间203的磁芯表面(如图7所示)，如此线圈215所产生的热能经由导热填充物223传导给磁芯201的量会减少，使得磁芯201的整体温度更为均匀，不用担心有特定部位受到局部热应力的影响而导致磁芯破裂。磁芯201本身的热能则可通过其他方式散出。换言之，线圈215所产生的热能经由导热填充物223传导到散热板225(散热面)的量增加，而线圈215所产生的热能经由导热填充物223传导到磁芯201的量则降低。

在本发明实施例中，磁芯201与线圈215所发出的热能都可以经由一外部的散热板225来散出。如图7所示，组装后的磁性元件结构200会设置在散热板225所提供的容置空间中，且散热板225可从磁芯201的外侧向磁芯201施加弹力来与磁芯201紧密接触并将其固定，如此磁芯201所发出的热可以经由散热板225散出。再者，部分的导热填充物223，如底部223a，可经由底部的绕线开口221与磁芯开口209向外延伸至与散热板225，如底板部位225a，紧密接触，如此线圈215所发出的热可依序经由导热填充物223与散热板225散出。散热板225可为高热导性的金属簧片，其材质可为不锈钢、铜或是压铸铝合金等，例如ADC12。散热板225可再与其他散热装置连接，如一水冷系统，来进一步提升其散热效果。于一些实施例中，散热板225可以是散热装置的一部分，磁性元件结构200的导热填充物223及磁芯201的散热面导热性地连接到散热装置的散热板225。

于前述实施例不同的是，本实施例中的磁芯201的内柱结构208还可以通过隔片211及/或垫片212来散热。如图7所示，隔片211与垫片212具有延伸部位211a,212a，其可经由绕线开口221与磁芯开口209向外延伸至与散热板225的底板部位225a紧密接触，如此线圈215所发出的热可依序经由导热填充物223与散热板225散出。此设计的优点在于较难散热的磁芯201的内柱结构208可直接通过高热导性的隔片211及/或垫片212来散热，使得磁芯201的整体温度更为均匀，不用担心有特定部位受到局部热应力的影响而导致磁芯破裂。较佳者，隔片211与垫片212的延伸部位211a,212a不接触导热填充物223。

现在请参照图8，其为根据本发明较佳实施例中磁性元件结构100的磁芯101、线圈115以及间隔内柱部位107组装后的截面图。在本发明中，线圈115具有特定的绕组设计。如图所示，线圈115分为套设在内柱结构108中间(即间隔内柱部位107)的第一绕组115a与分别套设在第一绕组115a两侧的第二绕组115b，第一绕组115a与两侧的第二绕组115b分别会间隔一段间隙112，间隙112可以设置非导磁性或低于磁芯101或内柱结构108的低导磁性材料。更特定言之，线圈115的第一绕组115a、第二绕组115b并不会包覆该间隙112。在前述实施例中，隔片111或211设置该间隙112部位中(如图5与图7所示)。在此实施例中，在磁芯101与间隔内柱部位107之间形成间隙112(或是隔片111)的好处在于可以通过调整间隙112在内柱结构108上的位置来有效提升第一绕组115a及第二绕组115b的整体电感值。特别是在如图8所示具有两个间隙时，还可以使整体电感值的可调整范围变大，即同时包含激磁电感及漏电感。此外，第一绕组与第二绕组之间还可以设置导磁材料来改善磁导率与耦合系数，以降低磁性元件整体的体积。本发明图6所示的实施例亦可采用上述的特定绕组设计，差别仅在于绕线架213可拆成三个部位213a,213b,213c，其分别对应第一绕组215a、第二绕组215b以及第一绕组215c。本实施例中，两个间隙112分别设置在第二绕组215b两侧，通过分别调整两个间隙112的位置、间距、截面积、形状、导磁材料等参数来达到各别调整第一绕组215a与第二绕组215b的整体电感值。相较于单一个间隙，此实施例，可以使第一绕组215a与第二绕组215b的整体电感值可实现的范围更大且易于实现。

现在请参照图9～图13，其为根据本发明较佳实施例中具有导热填充物的磁性元件结构的部位放大截面图，用以说明本发明导热填充物在磁性元件中的多种填充方式。首先，在图9中，导热填充物123仅会形成在绕线架113与绕线架外壳119之间(即局部灌胶)，并包覆住线圈115，导热填充物123完全不接触到磁芯101的内部容置空间103的磁芯内表面以及磁芯外表面。作为发热源的线圈115(包含其周围负责导热的导热填充物123)与另一发热源的磁芯101之间会隔有绕线架113、绕线架外壳119、空隙124、或是衬片126等结构，故可降低发热量较大的线圈绕组所产生的热传到周围的磁芯部位，对应可降低磁芯应力约30％。

在图10中，除了绕线架113与绕线架外壳119之间，绕线架113与磁芯101的内柱结构108之间亦可形成导热填充物123，来改善该内柱结构108部位的散热效率。此局部地设置导热填充物123在内柱结构108的表面，使导热填充物123在内部容置空间103只接触内柱结构108，对应可降低磁芯应力约12.5％。

在图11中，除了绕线架113与绕线架外壳119之间，绕线架113与磁芯101的两个外柱结构的内表面在X方向上的内壁之间亦可形成导热填充物123，来改善该磁芯部位的散热效率。绕线架113与磁芯101在Y方向上的内壁之间则有空隙124存在，避免线圈绕组所产生的热传到磁芯部位。此局部地设置导热填充物123在磁芯101的两个外柱结构的内表面，使导热填充物123在内部容置空间103只接触磁芯101的两个外柱结构的内表面，对应可降低磁芯应力约17.5％。

在图12中，除了绕线架113与绕线架外壳119之间，绕线架113与磁芯101的两个板部102的内表面在Y方向上的内壁之间亦可形成导热填充物123，来改善该磁芯部位的散热效率。绕线架113与磁芯101在X方向上的内壁之间则设置有衬片126，而绕线架113与内柱结构108之间则有空隙124存在，避免线圈绕组所产生的热传到内柱结构。此局部地设置导热填充物123在两个板部102的内表面，使导热填充物123在内部容置空间103只接触磁芯101的两个板部102的内表面，对应可降低磁芯应力约7.5％。

在图13中，除了绕线架113与绕线架外壳119之间，绕线架113与磁芯101的两个外柱结构的内表面在X方向以及两个板部102的内表面在Y方向上的内壁之间都可形成导热填充物123，来改善该磁芯部位的散热效率。绕线架113与内柱结构108之间则有空隙124存在，避免线圈绕组所产生的热传到内柱结构。此局部地设置导热填充物123在两个板部102及两个外柱结构的内表面，使导热填充物123在内部容置空间103只接触磁芯101的两个板部102及两个外柱结构的内表面，对应可降低磁芯应力约2.5％。

导热填充物123不接触在容置空间103中磁芯101的全部内表面时可以降低最多的应力。次之，导热填充物123不接触在容置空间103中两个板部102的内表面或/及两个外柱结构的内表面。较佳者，导热填充物123更不接触磁芯的外表面。于一此实例中，导热填充物123则可以局部地或少量地设置在磁芯201的部分磁芯外表面，例如磁芯101的两个板部102的外表面。

根据上述图9～图13的实施例说明，本发明的线圈绕组与磁芯(包含内柱结构)之间可设计成会有空隙存在，或者多个空隙中可形成有导热填充物123或是衬片，以此避免发热量较大的线圈绕组所产生的热传到周围的磁芯部位，进而避免多个部位产生局部热应力导致易脆的磁芯破裂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种具有导热填充物的磁性元件结构，包含：

两个磁芯，组装在一起构成一内部容置空间与至少一个磁芯开口，且两个板部通过一内柱结构及两个外柱结构连接，该内柱结构设置在该内部容置空间中；

一绕线架，套设在该内柱结构上；

一线圈，绕设在该绕线架上；

一绕线架外壳，围住该绕线架与该线圈且构成至少一个绕线开口朝向该至少一个磁芯开口，该绕线架外壳与该绕线架所构成的包覆结构与该磁芯之间有空隙存在；

一导热填充物，形成在该绕线架与该绕线架外壳之间的空间中并包覆住至少一部分的该线圈；以及

一散热面，接合于该磁芯及该导热填充物，该导热填充物由该至少一个磁芯开口及该至少一个绕线开口向外延伸接合于该散热面。

2.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，还包含一散热板，接合于该散热面且设置在该两个磁芯外侧并向该两个磁芯施加弹力来固定该两个磁芯，且部分的该导热填充物经由该至少一个绕线开口以及该至少一个磁芯开口向外延伸至与该散热板紧密接触。

3.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中在该容置空间中，该导热填充物不接触该内柱结构、两个该外柱结构的内表面、两个该板部的内表面。

4.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该内柱结构中设有隔片。

5.如权利要求4所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该隔片经由该至少一个绕线开口以及该至少一个磁芯开口向外延伸至与该散热面。

6.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该内柱结构具有一间隔内柱部位、两个端侧内柱部位，两个该端侧内柱部位通过该间隔内柱部位连接并构成该内柱结构，该绕线架套设在该内柱结构上，两个该端侧内柱部位与该间隔内柱部位之间设有间隙。

7.如权利要求6所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该线圈还包含第一绕组以及分别位于该第一绕组两侧的两个第二绕组，该第一绕组套设在该内柱结构的该内柱部位上，该两个第二绕组分别套设在该两个磁芯的该端侧内柱部位上，该第一绕组与该两个第二绕组隔开一段距离并露出该内柱部位与该两个端侧内柱部位之间的该两个间隙。

8.如权利要求7所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该绕线架被该两个间隙分成三个部位，该三个部位分别套设在该内柱部位上以及该两个端侧内柱部位上，该第一绕组与该两个第二绕组分别绕设在该三个部位上。

9.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中在该容置空间中，该导热填充物不接触两个该板部的内表面。

10.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中在该容置空间中，该导热填充物不接触两个该外柱结构的内表面。

11.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，该导热填充物的材料的热导率大于0.3W/mk，该导热填充物的材料包含环氧树脂、硅胶、聚氨酯、酚醛树脂、热塑性聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚苯硫醚、或是聚醚醚酮。

12.如权利要求1所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该磁芯为含铁元素的高导热材料。

13.如权利要求12所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该导热填充物的热导率小于该磁芯的热导率。

14.如权利要求12所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该绕线架外壳的热导率小于该磁芯及该导热填充物的热导率。

15.如权利要求14所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该导热填充物的热导率与该磁芯的热导率差10倍以上。

16.如权利要求14所述的具有导热填充物的磁性元件结构，其中该导热填充物不接触该磁芯的外表面。

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