TWI395236B

TWI395236B - Flat electromagnetic induction element and its copper winding

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Publication number: TWI395236B
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Authority: TW
Original assignee: Acbel Polytech Inc
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
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Description

平面式電磁感應元件及其銅片繞組

本發明係關於一種平面式電磁感應元件及其銅片繞組，尤指一種只須利用兩種固定形式的銅環片作層疊設置，即可滿足各種不同規格繞組需求的銅片繞組及由該銅片繞組所構成的平面式電磁感應元件。

例如電感、扼流圈或變壓器等電磁感應元件都具有感應線圈，傳統感應線圈的製作方法係利用漆包線捲繞，但利用漆包線繞線的作法存在許多限制與問題：

一‧體積大，無法有效縮小：按「輕、薄、短、小」幾乎是所有電子產品不變的產品開發趨勢。然而一旦電子裝置要求電磁感應元件必須能允許較大電流通過時，即必須在大型磁芯上以較大線徑的線材線圈，如是構造雖可使其電氣特性符合要求，卻同時導致該電磁感應元件的體積龐大。

二‧不利自動化：前述利用線材繞設線圈的方式，不利於採用連續的自動化生產製程，因而直接影響其製程效率，且同時導致造價居高不下。

基於前述原因，乃有所謂的平面式電磁感應元件問世，以期達到縮小體積、簡化構造以及降低成本等目的。

如美國第6,087,922號發明專利案揭露一種摺疊箔片式的變壓器結構(FOLDED FOIL TRANSFORMER CON-STRUCTION)，主要係利用兩長型的金屬箔片分別施以連續彎折，使其呈螺旋狀之疊置狀態後，再相互交錯層疊設置以分別構成一次側線圈與二次側線圈。前述金屬箔片須經過連續彎折製程，在製造上原有不便，且由於該專利案係利用非常薄的箔片進行連續彎折，故其彎折處十分脆弱並容易斷裂，而影響其特性，甚至造成損壞。

又如美國第5,179,365號發明專利案揭露一種平面式電磁感應元件，主要是以多種不同形式的弧形導電片構成疊層狀，再由軸向於各弧形導電片之間穿設一磁芯，藉此構成一具磁芯的電磁感應元件。惟該等電磁感應元件須同時使用多種不同形式的弧形導電片，方能使各弧形導電片構成層疊捲繞之狀態，而不同形式的弧形導電片必須以不同的模具與工序完成，因而提高了該等電磁感應元件在製造上的複雜度及其製造成本。

有鑑於前述現有技術的缺點，本發明主要目的在提供一種電磁感應元件的銅片繞組，該銅片繞組僅由有限種類的銅片即可構成，藉此不僅使平面式電磁感應元件的製程技術得以單純化，更可進一步降低生產成本。

為達成上述發明目的所採取的技術手段係令該銅片繞組包括有：

複數第一銅環片，具有相同的第一構造，該第一構造主要係於一環部上形成一開口，並於該開口處形成兩末端，其中一末端向環部以外延伸形成一中央連接部，另一末端亦向環部以外延伸而形成一側連接部；

複數第二銅環片，包括一第一環臂及一第二環臂，該第一、第二環臂具有相同的第二構造，該第二構造主要係於一半環部的一端形成一接合部，另端則向半環部以外延伸而形成一側連接部；又令第一、第二環臂以對向設置，並以對應的接合部相互連接，從而令二者的側連接部呈交叉狀，兩側連接部適對應位於第一銅環片之中央連接部的兩側；

複數絕緣膜，係分別位於各交疊的第一、第二銅環片之間；

利用前述第一、第二銅環片以相對方向配置並交疊後，又使各第一銅環片上的中央連接部、側連接部分別對應於第二環片上的兩側連接部並構成電連接，隨即構成一銅片繞組；由於銅片繞組的複數第一銅環片均為相同的第一構造，複數的第二銅環片亦是由相同構造的第一、第二環臂所組成，換言之，只須兩種銅環片即可依需要疊構出所需規格的銅片繞組，如此不僅大幅簡化的銅片繞組的製造技術，並可提高製造效率及降低成本。

關於本發明之一較佳實施例，係在提供一種銅片繞組，主要係以銅環片取代傳統繞匝線圈，如第一圖所示，本實施例中的銅片繞組係由複數的第一銅環片(10)、複數的第二銅環片(20)及複數的絕緣膜(30)交疊組成；其中：

各第一銅環片(10)具有相同的第一構造，請參閱第二圖A所示，該第一構造主要係於一環部(11)上形成一開口(110)，並於該開口(110)處形成兩末端，其中一末端向環部(11)以外延伸形成一中央連接部(12)，另一末端亦向環部(11)以外延伸而形成一側連接部(13)；於本實施例中，該環部(11)概呈矩形狀，前述開口(110)係形成於環部(11)其中一短邊且偏離中線，藉此令其中一末端適位於該短邊的中央位置，另一末端偏向該短邊的一側，而兩末端分別向外延伸後，即分別構成一中央連接部(12)及一側連接部(13)。又以圖面顯示方向為例，該側連接部(13)係位於中央連接部(12)的左側，當第一銅環片(10)左右方向翻面後，該側連接部(13)則位於中央連接部(12)的右側(如第二圖B所示)，再者，當二層以相反方向排列的第一銅環片(10)交疊時，其二者的中央連接部(12)將重疊，而兩側連接部(13)適分別位於中央連接部(12)的左右側。

又前述中央連接部(12)及側連接部(13)係供與第二銅環片(20)作結構上的接合及電連接，請參閱第三圖所示，為滿足前述需求，本發明係在中央連接部(12)及側連接部(13)上分別形成一個以上的定位孔(121)(131)及一個以上的定位凸粒(123)(133)，於本實施例中，該中央連接部(12)上形成有四定位孔(121)及兩定位凸粒(123)，並兩兩相對排列，其中兩定位凸粒(123)係位於對角線位置，而分別與比鄰的兩定位孔(121)併排，且兩定位凸粒(123)係由中央連接部(12)的底面突出；又側連接部(13)上亦形成有相同數量且作相同排列方式的定位孔(131)及定位凸粒(133)，不同處在於：側連接部(13)上的兩定位凸粒(133)係由側連接部(13)的表面突出。

再者，前述中央連接部(12)及側連接部(13)上可進一步形成一卡槽(122)(132)，其中卡槽(122)(132)係分別位於中央連接部(12)及側連接部(13)的接近端緣處。

再請參閱第一圖及第四圖A、B所示，各第二銅環片(20)係分別由一第一環臂(21)與一第二環臂(22)所組成，該第一、第二環臂(21)(22)具有相同的第二構造，該第二構造具有一半環部(210)(220)，於本實施例中，該半環部(210)(220)概呈一ㄈ形狀，而適為前述環部(11)的一半，又半環部(210)(220)具有相對的兩短邊，其中一短邊長於另一短邊，該較短短邊的自由端上形成一接合部(211)(221)，該較長短邊的自由端則向半環部(210)(220)以外延伸而形成一側連接部(212)(222)。

又請參閱第五圖所示，第一、第二環臂(21)(22)於其接合部(211)(221)上分別形成有一個以上定位孔(213)(223)及一個以上的定位凸粒(217)(227)，於本實施例中，該接合部(211)(221)上分別形成有六個定位孔(213)(223)及三個定位凸粒(217)(227)，並作如九宮格之矩陣排列，其中，定位凸粒(217)(227)係位於接合部(211)(221)的外側邊緣處。再者，第一、第二環臂(21)(22)的側連接部(212)上則形成有一個以上的定位孔(214)(224)及一個以上的定位凸粒(216)(226)，於本實施例中，該側連接部(212)(222)上形成有四定位孔(214)(224)及兩定位凸粒(216)(226)，並兩兩相對排列，其中兩定位凸粒(216)(226)係位於對角線位置，而分別與比鄰的兩定位孔(214)(224)併排。

再者，前述側連接部(212)(222)上可進一步形成一卡槽(215)(225)，該卡槽(215)(225)係鄰近於側連接部(212)(222)的端緣處。

又請參閱第六圖所示，當第一、第二環臂(21)(22)以對向設置(即以半環部(210)(220)的開口相對)，又令對應的接合部(211)(221)相互疊合，並使位於外側的定位凸粒(217)(227)與位於內側的定位孔(213)(223)相互楔合而構成定位，而未構成楔合且相對應的其他定位孔(213)(223)則提供更大的焊錫容置空間，以便加強焊接效果。隨後第一、第二環臂(21)(22)的側連接部(212)(222)即呈交叉狀，且兩側連接部(212)(222)適對應位於第一銅環片(10)中央連接部(12)之兩側；

複數絕緣膜(30)，係分別位於各層交疊的第一、第二銅環片(10)(20)之間及第二銅環片(20)的第一、第二環臂(21)(22)之間，以便將相鄰的第一、第二銅環片(10)(20)及第一、第二環臂(21)(22)予以隔離，於本實施例中，該絕緣膜(30)的形狀係匹配於第一、第二銅環片(10)(20)之形狀。

由上述說明可瞭解本發明銅片繞組中各主要元件的詳細構造，至於第一、第二銅環片構成繞組的方式詳細以下所述：

仍請參閱第一圖所示，其上揭露有複數的第一銅環片(10)(10’)、複數的第二銅環片(20)及複數分別介於各第一、第二銅環片(10)(10’)(20)間的絕緣膜(30)。

首先請參閱最底層的第一銅環片(10’)，該第一銅環片(10’)與其上層的第一銅環片(10)為相同構造，不同處在於最底層的第一銅環片(10’)作了垂直方向的翻轉，因此第一銅環片(10’)的側連接部(13’)係位於中央連接部(12’)的右側。又位於第一銅環片(10’)上層的第一銅環片(10)，其中央連接部(12)對應於下層第一銅環片(10’)的中央連接部(12’)，又第一銅環片(10)的側連接部(13)則位於中央連接部(12)的左側。

再者，第一銅環片(10)上層依序疊合一絕緣膜(30)及一第二銅環片(20)，該第二銅環片(20)上的兩側連接部(212)(222)適分別對應於第一銅環片(10)的側連接部(13)及第一銅環片(10’)的側連接部(13’)，而前述相對應的中央連接部(12)(12’)及相對應的側連接部(13)(222)；請配合參閱第七圖所示，該第一銅環片(10)係以側連接部(13)上的定位孔(131)及定位凸粒(133)與相鄰層上第二銅環片(20)之定位凸粒(226)、定位孔(224)相互楔合，除此以外，由於第一、第二銅環片(10)(20)之間及第一、第二環臂(21)(22)之間分設有絕緣膜(30)作為隔離而形成間隙，復以未構成楔合關係的其他定位孔(131)(224)將配合前述間隙提供更多的焊錫容置空間，使其接合關係更臻穩固確實。

又請第八、九圖所示，揭示有前述第一、第二銅環片(10)(20)上之另種接合構造，主要係於第一銅環片(10)的側連接部(13)的對角位置分別形成一定位孔(131)及一定位凸粒(133)，該側連接部(13)上的定位凸粒(133)係由表面向上突出，又側連接部(13)上進一步形成一相鄰該定位凸粒(133)的間隙子(spacer)(134)；再者，中央連接部(12)上形成有相同數量、相同排列方式的定位孔、定位凸粒及間隙子(本圖中未示)，不同處係中央連接部(12)上的定位凸粒及間隙子係由底面向下突出。

又請參閱第九圖所示，該第二銅環片(20)的側連接部(212)(222)上分別形成有一定位孔(214)、一定位凸粒(216)及一間隙子(spacer)(218)，其中，定位孔(214)及定位凸粒(216)係位於對角位置，又間隙子(218)高度小於定位凸粒(216)。請參閱第十圖所示，當第一、第二銅環片(10)(20)以不同方向依序疊合時，該第一銅環片(10)仍以側連接部(13)上的定位孔(131)及定位凸粒(133)與相鄰層上第二銅環片(20)之定位凸粒(226)、定位孔(224)相互楔合，除此以外，由於第一、第二銅環片(10)(20)之中央連接部(12)與側連接部(13)上分設有間隙子(134)(218)，可進一步各連接部之間形成更大的焊錫容置空間，使其接合關係更臻穩固確實。

而利用前述方式可使第一、第二銅環片(10)(10’)(20)形成繞組，至於繞匝多寡則視實際需要，透過增減第一銅環片(10)及/或第二銅環片(20)的數量以符合要求。

如第一圖所示，位於第三層的第二銅環片(20)上方仍可與前述方式相同，依序疊設翻面擺設的第一銅環片(10’)、正向擺設的第一銅環片(10)及第二銅環片(20)，直至繞匝數符合要求為止。而各層第一、第二銅環片(10)(10’)(20)經以中央連接部(12)(12’)及側連接部(13)(13’)(212)(222)構成電連接後，最下層第一銅環片(10’)的側連接部(13’)及頂層第一銅環片(10)的側連接部(13)可保留作為外部電連接的接腳，於本實施例中，該側連接部(13’)(13)的卡槽內可插設一導電片(40)，該導電片(40)的一端形成與卡槽槽形匹配的插接部，以插接於該卡槽內，導電片(40)另端則可插接至一電路板上，供外部連接之用。

以上係本發明銅片繞組的一較佳實施例，如第十一圖所示，揭露有本發明第二較佳實施例，其構造與前一實施例大致相同，主要係由複數的第一銅環片(10)(10’)、複數的第二銅環片(50)及複數的絕緣膜(30)所組成，其中，第二銅環片(50)仍是由相同構造的第一環臂(51)與第二環臂(52)所組成，該第一、第二環臂(51)(52)的構造與前一實施例的第一、第二環臂(21)(22)大致相同，均具有一半環部(510)(520)，該半環部(510)(520)具有相對的兩短邊，其中一短邊較長於另一短邊，且該半環部(510)(520)較長短邊的自由端向半環部(510)(520)以外延伸而形成一側連接部(512)(522)，而與前一實施例不同處在於：該半環部(510)(520)較短短邊的自由端係向半環部(510)(520)以外延伸而形成一接合部(511)(521)，該接合部(511)(521)除供第一、第二環臂(51)(52)相互接合外，亦方便在銅片繞組上形成抽頭。

由上述的實施例可以瞭解，本發明可採用少數種類的銅環片以輕易完成銅片繞組的製作，而本發明進一步提供一種利用前述銅片繞組所構成的電磁感應元件，例如電感、變壓器或扼流圈等。

請參閱第十二圖所示，係一種採用前述銅片繞組的扼流圈，其包括一電路板(60)、一設於前述電路板(60)上的線架(70)、一設於前述線架(70)上的銅片繞組及一通過線架(70)的磁芯(80)；其中，線架(70)概呈矩形狀，其上形成有一環狀的繞線部(71)，供容置前述銅片繞組，如前揭所述，該銅片繞組係由具相同構造的第一、第二銅環片所組成，其經以對應的中央連接部及側連接部相互連接後構成繞組，而繞組兩端則透過導電片(40)與電路板(60)上的線路(圖中未示)構成電連接。

以上所述僅是本發明的較佳實施方式而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施方式揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施方式，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施方式所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

(10)(10’)．．．第一銅環片

(11)．．．環部

(110)．．．開口

(12)(12’)．．．中央連接部

(13)(13’)．．．側連接部

(121)(131)．．．定位孔

(122)(132)．．．卡槽

(123)(133)．．．定位凸粒

(134)(218)．．．間隙子

(20)．．．第二銅環片

(21)．．．第一環臂

(22)．．．第二環臂

(211)(221)．．．接合部

(212)(222)．．．側連接部

(213)(214)(223)(224)．．．定位孔

(215)(225)．．．卡槽

(216)(217)(226)(227)．．．定位凸粒

(30)．．．絕緣膜

(40)．．．導電片

(50)．．．第二銅環片

(51)．．．第一環臂

(52)．．．第二環臂

(510)(520)．．．半環部

(511)(521)．．．接合部

(512)(522)．．．側連接部

(60)．．．電路板

(70)．．．線架

(71)．．．繞線部

(80)．．．磁芯

第一圖：係本發明一較佳實施例之分解圖。

第二圖A、B：係本發明一較佳實施例第一銅環片之平面圖(正面及翻面後)。

第三圖：係本發明一較佳實施例第一銅環片之局部立體圖。

第四圖A、B：係本發明一較佳實施例第二銅環片之第一、第二環臂平面圖。

第五圖：係本發明一較佳實施例第二銅環片之第一、第二環臂立體圖。

第六圖：係本發明一較佳實施例第二銅環片之組合平面圖。

第七圖：係本發明第一較佳實施例之一組合剖視圖。

第八圖：係本發明一較佳實施例第一銅環片之又一局部立體圖。

第九圖：係本發明一較佳實施例第二銅環片之第一、第二環臂又一立體圖。

第十圖：係本發明第一較佳實施例又一組合剖視圖。

第十一圖：係本發明第二較佳實施例之分解圖。

第十二圖：係本發明第三較佳實施例之立體圖。