具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本发明。

请参阅图2、图3、图4及图5，其中图2为本发明第一实施例的磁性组件的结构示意图，图3为图2所示的磁性组件的爆炸结构示意图，图4为图2所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图，图5为包含图2所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。如图所示，本实施例的磁性组件1可应用于图5所示的功率模块2，其中功率模块2可用于车载充电机。在电路拓扑上，如图5所示，功率模块2为三端口变换器，包含初级电路21、变压器22、第一次级电路23及第二次级电路24。初级电路21的第一端口与前级电路的输出端，即电源电压Vin电性耦接，前级电路的输入端与电网(未图示)相接(或在前级电路与电网间还有额外的滤波电路，不详述)。初级电路21为全桥逆变电路，且包含初级电感Lm、初级电容Cin及多个开关管S1、S2、S3、S4，而于其他实施例中，初级电路21更可为半桥逆变电路等。在一些实施例中，初级电感Lm可以集成在变压器中。变压器22包含初级绕组221、第一次级绕组222及第二次级绕组223，变压器2的初级绕组221与初级电路21电性耦接，用以接收电源电压Vin(通常是400V或800V，或其它电压等级)。第一次级电路23为全桥整流电路，且与变压器22的第一次级绕组222电性耦接，并包含第一次级电感Lr1、第一次级电容Cr及多个开关管S5、S6、S7、S8，以对变压器22的第一次级绕组222两端的第一次级电压进行整流，并经由第一次级电路23的第二端口输出第二端口电压Vo1至第一负载(未图示)。第一次级电路23的第二端口通常与车载高压电池端电性耦接，电池端的电压可为270～450V或550～850V，或甚至更宽的电压范围。第二次级电路24为全桥整流电路，且与变压器22的第二次级绕组223电性耦接，并包含第二次级电感Lr2及多个开关管S9、S10、S11、S12，以对变压器22的第二次级绕组223两端的第二次级电压进行整流，并经由第二次级电路24的第三端口输出第三端口电压Vo2至第二负载(未图示)。第二次级电路24的第三端口通常与车载低压电池端电性耦接，电池端的电压可为9～16V，或甚至更宽的电压范围。由上可知，与第一次级绕组222相连接的第二端口的电压高于与第二次级绕组223相连接的第三端口的电压，即第二端口用以连接车载高压电池端，第三端口用以连接车载低压电池端。当然，初级电路21、第一次级电路23及第二次级电路24的拓扑不以上述实施例中的为限，可为其它任意电路拓扑。

于本电路拓扑中，功率模块2包含四种主要的工作模态，分别如下所述：第一种工作模态为功率模块2接收电源电压Vin并经由变压器22转换，从第一次级电路23输出第二端口电压Vo1至第一负载，此种工作模态下，功率模块2为Boost SRC工作模态。第二种工作模态为功率模块2接收电源电压Vin经由变压器22转换，同时从第一次级电路23输出第二端口电压Vo1至第一负载，即高压电池端，且从第二次级电路24输出第三端口电压Vo2至第二负载，即低压电池端，此种工作模态下，功率模块2为Boost SRC&DAB(即双有源桥电路，Dualactive bridge)的工作模态。第三种工作模态为第二端口接收高压电池端提供的电能并经由变压器22转换至第二次级电路24，而使得第二次级电路24输出第三端口电压Vo2至第二负载，即低压电池端，此种工作模态下，功率模块2为Boost SRC工作模态，相当于传统的APM电源模态。第四种工作模态为第二端口接收高压电池端提供的电能经由变压器22转换至初级电路21，而使得初级电路21输出电源电压Vin回馈给电网或供给交流用电设备，此种工作模态为Boost SRC模态，此时相当于传统的逆变状态。因此，功率模块2可利用第一种工作模态及第二种工作模态达成给高压电池充电或同时给高、低压电池充电的需求，同时利用第三种工作模态达到通过辅助电源模块给低压电池充电的需求，且通过第四种工作模态实现从高压电池回馈电网或逆变成交流电的要求。此外，根据图5可知，本发明的功率模块2中仅需要三颗磁性元件，分别为变压器22、第一次级电感Lr1及第二次级电感Lr2，其中第二次级电感Lr2经由第二次级电路24与第三端口连接，且第三端口为低压电池端，故第二次级电感Lr2上的电流较大、感量较小且匝数较少，因此第二次级电感Lr2可较容易与变压器22集成，而以下将实际说明三颗磁性元件中的变压器22与第二次级电感Lr2集成为单一磁性组件1的元件结构。

如图2、图3及图4所示，本实施例的磁性组件1包含磁芯组件3及绕组组件4。于图4中，位于图4左侧的结构为图2所示的磁芯组件3的剖面结构示意图，位于图4右侧的结构为图2所示的磁芯组件3与绕组组件4组合后的剖面结构示意图，且为清楚说明磁芯组件3及绕组组件4的结构，图4中的绕组组件4仅示意性的绕设于右侧的磁芯组件3，然在实际情况中，绕组组件4应绕设于整体的磁芯组件3。于本实施例中，磁芯组件3包含第一磁柱31和第二磁柱32。如图3及图4所示，第一磁柱31为跑道柱状或圆柱状结构，本申请并不以此为限，还可以为其它柱状结构。第二磁柱32相邻于第一磁柱31，且第二磁柱32具有第一侧321、第二侧322、第三侧323和第四侧324，第一侧321与第二侧322相对设置，第三侧323与第四侧324相对设置且位于第一侧321与第二侧322之间。其中，第二磁柱32不限于图中所示的形状，亦可以是圆柱体形等，所述的四侧可以理解为四个参考方向或方位。第一磁柱31与第二磁柱32的第二侧322之间具有一通道325，如图4所示。

绕组组件4包含第一绕组41、第二绕组42和第三绕组43。第一绕组41用以构成图5中的变压器22的初级绕组221，第一绕组41绕设于第一磁柱31，且部分的第一绕组41通过通道325。第二绕组42用以构成图5中的变压器22的第一次级绕组222，第二绕组42同样绕设于第一磁柱31，且部分的第二绕组42亦通过通道325，其中第一绕组41位于第一磁柱31与第二绕组42之间。第三绕组43用以同时构成图5中相互串联的变压器22的第二次级绕组223和第二次级电感Lr2，其中第三绕组43可为但不限为铜片所构成，以达到导流与散热的双重功效，且第三绕组43的匝数可为但不限为一匝。第三绕组43绕设于第二磁柱32和第一磁柱31，且第三绕组43至少部分的包覆第一绕组41和第二绕组42，而部分的第三绕组43在第二磁柱32上的投影在第二磁柱32第一侧321、第三侧323及第四侧324之内，其中第二绕组42位于第一绕组41与第三绕组43之间。于一些实施例中，第一绕组41用以构成图5中的变压器22的第一次级绕组222，第二绕组42用以构成图5中的变压器22的初级绕组221，第三绕组43用以同时构成图5中相互串联的变压器22的第二次级绕组223与第二次级电感Lr2。

由上可知，本发明的磁性组件1的第一绕组41及第二绕组42绕设于第一磁柱31，且第三绕组43绕设于第一磁柱31与第二磁柱32，而磁性组件1利用磁芯组件3与绕组组件4之间的设置方式而集成变压器22和第二次级电感Lr2，而整体功率模块2仅需由磁性组件1及第一次级电感Lr1所构成，即可达到OBC电路与APM电路集成的需求，相较于传统车载充电机OBC结合辅助电源模块APM需要至少4颗或5颗磁性元件，本发明的磁性组件1仅需两颗磁性元件，故本发明的磁性组件1所构成的功率模块2的体积较小、重量较轻且成本较低。

请重新参阅图3及图4，磁性组件1还包含第一磁盖5和第二磁盖6。第一磁盖5具有第一面51、第二面52及侧壁53，第一磁盖5的第一面51与第二面52相对设置，第一磁盖5的侧壁53位于第一磁盖5的第一面51及第二面52之间，以分别与第一磁盖5的第一面51的壁缘与第二面52的壁缘相连接。第二磁盖6具有第一面61、第二面62和侧壁63，第二磁盖6的第一面61与第二面62相对设置，而第二磁盖6的侧壁63位于第二磁盖6的第一面61及第二面62之间，以分别与第二磁盖6的第一面61的壁缘及第二面62的壁缘相连接，其中，第二磁盖6的第一面61位于第二磁盖6的第二面62及第一磁盖5的第一面51之间，且第一磁盖5的第一面51位于第一磁盖5的第二面52及第二磁盖6的第一面61之间。第一磁柱31的两端分别连接于第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61，第二磁柱32的两端分别连接于第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61。

于本实施例中，磁芯组件3还包含共用边柱33，共用边柱33的两端分别连接于第一磁盖5的侧壁53及第二磁盖6的侧壁63，其中第二磁柱32位于共用边柱33与第一磁柱31之间。

于一些实施例中，为了减少绕组组件4的损耗，第二磁柱32以多个子磁柱之间相间隔多个气隙而构成。请参阅图6并配合图3，其中图6为图2所示的磁性组件的磁芯组件的侧面结构示意图。如图所示，第二磁柱32包含第一子磁柱32a、第二子磁柱32b、第三子磁柱32c及第四子磁柱32d，其中第一子磁柱32a、第二子磁柱32b、第三子磁柱32c与第四子磁柱32d间隔设置。第一子磁柱32a连接于第一磁盖5的第一面51，第二子磁柱32b位于第一子磁柱32a与第三子磁柱32c之间，第三子磁柱32c位于第二子磁柱32b与第四子磁柱32d之间，第四子磁柱32d连接于第二磁盖6的第一面61。于本实施例中，第一子磁柱32a与第二子磁柱32b之间具有第一气隙32e，第二子磁柱32b与第三子磁柱32c之间具有第二气隙32f，第三子磁柱32c与第四子磁柱32d之间具有第三气隙32g。于一些实施例中，如图6所示，磁性组件1还包含气隙形成材料32z，其中气隙形成材料32z由不导电且不导磁的材料所构成，气隙形成材料32z用于填充于第一气隙32e，同时用以固定第一子磁柱32a与第二子磁柱32b，且气隙形成材料32z用于填充于第二气隙32f，同时用以固定第二子磁柱32b及第三子磁柱32c，且气隙形成材料32z用于填充于第三气隙32g，同时用以固定第三子磁柱32c及第四子磁柱32d。在一些实施例中，第二气隙32f亦可悬空不填充任何材料。并且，子磁柱的数量并不以此为限，还可以只是2个，或4个或10个等，且所述子磁柱与气隙间隔设置。

于一些实施例中，第二磁柱32仅包含两个子磁柱，请参阅图7，其为图2所示的磁性组件的磁芯组件的另一实施例的侧面结构示意图。如图7所示，本实施例的磁芯组件3a仅包含第一子磁柱32a及第四子磁柱32d，其中第一子磁柱32a及第四子磁柱32d的设置位置相似于图6中的第一子磁柱32a及第四子磁柱32d的设置位置，故于此不再赘述。于本实施例中，第二磁柱32仅包含单一的第四气隙32h，位于第一子磁柱32a及第四子磁柱32d之间。当然，气隙形成材料32z亦可填充于第四气隙32h，用以固定第一子磁柱32a及第四子磁柱32d。

请参阅图8、图9、图10及图11，其中图8为本发明第二实施例的磁性组件的结构示意图，图9为图8所示的磁性组件的爆炸结构示意图，图10为图8所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图，图11为包含图8所示的磁性组件的功率模块的等效电路拓扑图。本实施例的磁性组件1a的结构相似于图2所示的磁性组件1，而于本实施例中以相同标号表示相似元件，其中相较于图2所示的磁性组件1仅包含单一的磁芯组件3及单一的绕组组件4，本实施例的磁性组件1a包含两个磁芯组件3及两个绕组组件4，如图9所示，每一磁芯组件3包含一个第一磁柱31及一个第二磁柱32，其中两个磁芯组件3各自的第一磁柱31的两端分别连接第一磁盖5的第一面51及第二磁盖6的第一面61，且两个磁芯组件3各自的第二磁柱32的两端分别连接第一磁盖5的侧壁53及第二磁盖6的侧壁63。每一绕组组件4包含一个第一绕组41、一个第二绕组42及一个第三绕组43，如图10所示，位于图10左侧的结构为图9所示的两个磁芯组件3的剖面结构示意图，位于图10右侧的结构为图9所示的两个磁芯组件3及两个绕组组件4的剖面结构示意图，且为清楚说明磁芯组件3及绕组组件4的结构，图10中的绕组组件4仅示意性的绕设于右半部的磁芯组件3，然于实际情况中，绕组组件4应环绕于整体的磁芯组件3。本实施例的每一绕组组件4的第一绕组41绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31，每一绕组组件4的第二绕组42绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31，每一绕组组件4的第三绕组43绕设于对应的磁芯组件3的第一磁柱31及第二磁柱32，图10中的绕组组件4的第一绕组41、第二绕组42和第三绕组43的绕设方式相似于图4所示的绕组组件4的第一绕组41、第二绕组42与第三绕组43的绕设方式，故于此不再赘述。

且于本实施例中，两个磁芯组件3的两个第一磁柱31上的磁通方向设定为相反，且两个磁芯组件3的两个第二磁柱32上的磁通方向亦设为相反。根据上述磁通方向的配置，使得本实施例的磁性组件1a不需利用共用磁柱即可形成有效磁通路，使磁性组件1a正常工作。

于电路拓扑结构上，如图11所示，两个第一绕组41用以共同构成图11中的功率模块2a的变压器22的初级绕组221(其可由两个第一绕组41串联连接或并联连接形成，未图示且不详述)，两个第二绕组42用以共同构成图11中的变压器22的第一次级绕组222(亦可由两个第二绕组42串联连接或并联连接形成，未图示亦不详述)，两个第三绕组43分别用以构成图11中的变压器22的两个第二次级绕组223和两个第二次级电感Lr2，其中本实施例的功率模块2a的电路拓扑则相似于图5所示的功率模块2，故于此不再赘述。

以下为说明本实施例中的两个磁芯组件3各自的第二磁柱32的设置位置，以图10中左侧的两个第二磁柱32(即与第一磁盖5相连接的两个第二磁柱32)进行说明。于本实施例中，如图10所示，两个磁芯组件3中的其中之一磁芯组件3的第二磁柱32的第三侧323与两个磁芯组件3中的另一磁芯组件3的第二磁柱32的第四侧324相邻设置，且两个磁芯组件3的两个第一磁柱31相邻设置。当然，两个磁芯组件3的两个第一磁柱31及两个第二磁柱32的设置位置并不仅局限于此，为了达到较佳的空间配置，两个第一磁柱31及两个第二磁柱32的设置位置可根据实际使用情况而变换。于一些实施例中，如图12A所示，两个磁芯组件3b中的其中之一磁芯组件3b的第二磁柱32的第一侧321与两个磁芯组件3b中的另一磁芯组件3b的第二磁柱32的第一侧321相邻设置，且两个磁芯组件3b的两个第二磁柱32位于两个第一磁柱31之间。而于另一些实施例中，如图12B所示，两个磁芯组件3c的两个第一磁柱31位于两个磁芯组件3c的两个第二磁柱32的第二侧322之间。

当然，于一些实施例中，磁性组件亦可包含三个以上的磁芯组件及三个以上的绕组组件，当所述的磁芯组件为奇数(即1，3，5，…)个时，通常需要加设至少一共用边柱，当所述的磁芯组件为偶数(即2，4，6，…)个时，通过设定两两的磁通方向互补(即磁通参考方向一正、一负互补设置)设定时，则无需共用边柱。且通常设定第一磁柱31与第二磁柱32的个数相等，绕组组件与其一一对应设置，其它配置方式相似于第一实施例及第二实施例的磁芯组件，故于此不再赘述。

请参阅图13及图14，其中图13为本发明第三实施例的磁性组件的结构示意图，图14为图13所示的磁性组件的爆炸结构示意图。本实施例的磁性组件1b的结构相似于图8及图9所示的磁性组件1a，而于本实施例中以相同标号表示相似元件，其中相较于图8及图9所示的磁性组件1a，本实施例的磁性组件1b还包含第三磁盖7、至少一第三磁柱81及第四磁柱82，或包含第三磁盖7及两个第三磁柱81，而本实施例中以磁性组件1b包含第三磁盖7、两个第三磁柱81及第四磁柱82进行说明。第三磁盖7具有第一面71、第二面72及侧壁73，第三磁盖7的第一面71及第二面72相对设置，第三磁盖7的侧壁73位于第三磁盖7的第一面71及第二面72之间，以分别与第三磁盖7的第一面71的壁缘及第二面72的壁缘相连接，其中第三磁盖7的第一面71位于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第二面72之间。

于本实施例中，磁性组件1b包含两个第三磁柱81，每一第三磁柱81的两端分别连接于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第一面71，且每一第三磁柱81于第二磁盖6上的位置与对应的第一磁柱31于第二磁盖6上的位置相对应，亦可不对应设置，本申请并不以此为限。第四磁柱82的两端分别连接于第二磁盖6的第二面62及第三磁盖7的第一面71，或第四磁柱82的两端分别连接于第二磁盖6的侧壁63及第三磁盖7的侧壁73。而本实施例的两个绕组组件4更各自包含第四绕组44，每一绕组组件4的第四绕组44绕设于对应的第三磁柱81，其中第四绕组44构成如图11所示的第一次级电感Lr1，使得图11所示的第一次级电感Lr1可共同集成于磁性组件1b中，故于本实施例中，所有磁性元件皆集成于磁性组件1b中。

于一些实施例中，为了减少绕组组件4的损耗，第三磁柱81亦可以多个子磁柱构成，进而形成多个气隙。请参阅图15并配合图14，其中图15为图13所示的磁性组件的磁芯组件的侧面的部分结构示意图。如图所示，每一第三磁柱81包含第五子磁柱81a与第六子磁柱81b，第五子磁柱81a与第六子磁柱81b间隔设置，第五子磁柱81a连接于第三磁盖7的第一面71，第六子磁柱81b位于第五子磁柱81a与第二磁盖6的第二面62之间，其中第五子磁柱81a与第六子磁柱81b之间具有第五气隙81c，第六子磁柱81b与第二磁盖6的第二面62之间具有第六气隙81d。当然，于本实施例中，第五气隙81c与第六气隙81d中亦可填充气隙形成材料81z，以固定第五子磁柱81a和第六子磁柱81b，于此不再赘述。

请参阅图16及图17，其中图16为本发明第四实施例的磁性组件的结构示意图，图17为图16所示的磁性组件沿A-A’剖面结构示意图。本实施例的磁性组件1c的结构相似于图13及图14所示的磁性组件1b，而于本实施例中以相同标号表示相似元件，其中相较于图13及图14所示的磁性组件1b，本实施例的磁性组件1c还包含壳体91及散热胶92。壳体91可为但不限为由铝或铜所构成，且在其底板和/或腔壁内更含有供冷媒(如水等)流通的管道(未图示)，用以容纳磁芯组件3和绕组组件4。散热胶92填充于壳体91与磁芯组件3和绕组组件4之间的空隙。于本实施例中，散热胶92及由铜片所构成的第三绕组43可一同达到增强磁性组件1c散热的效果，而将磁性组件1c所产生的热依序由磁芯组件3、第一绕组41、第二绕组42、第三绕组43、散热胶92及壳体91进行散热，以通过壳体91中管道内的冷媒或强制风冷或自然散热的方式将磁性组件1c所产生的热带走。

综上所述，本发明的磁性组件的第一绕组与第二绕组绕设于第一磁柱，且第三绕组绕设于第一磁柱及第二磁柱，而磁性组件利用磁芯组件及绕组组件之间的设置方式而集成变压器及第二次级电感，而整体功率模块仅需由磁性组件及第一次级电感所构成，即可达到OBC和APM电路的需求，相较于传统车载充电机结合辅助电源模块需要至少4或5颗磁性元件的方式，本发明的磁性组件仅需两颗，甚至进一步集成后仅需一颗即可，故本发明的磁性组件所构成的功率模块的体积小、重量轻且成本低。并且采用第三绕组包裹第一绕组和第二绕组的结构方式，进一步增强了对磁芯、第一绕组和第二绕组的散热作用。