CN101069251A - 电感组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电感组件(0)，其具有用于传导电流的非矩形截面的导电体(1)，至少一个将电流导入到导电体(1)或者从导电体(1)导出的扁平连接导体(4)，其中所述导电体(1)和所述连接导体(4)在形成导体排列时在导电体(1)的连接部分区域(3)内相互连接，同时导电体(1)在连接部分区域(3)具有整平的截面，并且导电体(1)的连接部分区域(3)的扁平面与连接导体(4)的扁平面连接。

Description

电感组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电感组件，其具有一个用于传导电流的非矩形截面的导电体，至少一个用于将电流导入到导电体或者从导电体导出的扁平连接导体，其中在形成导体排列时导电体和连接导体在导电体的连接部分区域内相互连接。本发明尤其涉及一种具有带开口的磁性模件的电感组件，其中导电体穿过该开口。

本发明还涉及一种用于制造这种电感组件的导体排列的方法。

背景技术

为了采集电流，已知在工业和民用范围内越来越多地废除机械式的弗拉里斯电表，而采用利用不同的导体排列形式采集电流的各种电表。除了用测量分流器，罗高夫斯基线圈或者霍尔元件采集电流外，还将基于软磁体环形铁心、尤其环形带状铁心的变流器作为磁性模件扩展到电表中。磁性模件(变流器，变压器)导致电网的电气分离并且将精确的测量值以一种信号电压的形式提供给一个负载电阻。对振幅精度、相位精度以及线性的要求通过IEC 62053，-21，-23或者以前欧洲的1036以及美国的ANSI C12.xx确定，并且都取自例如Vacuumschmelze公司1998年十月的公司样本“VAC-Stromtransformatoren fuer elektronische Energie-Zaehler(VAC-用于电能计量器的变流器)”。用于电能计量器的变流器，一般也从Vacuumschmelze公司2002年的公司样本“Stromtransformatoren fuer elektronische Energie-Zaehler(用于电能计量器的变流器)”中已知。应用这种变流器的能量计量器(也称为瓦时计)被作为官方允许的测量手段，用于将消费者消耗的电流按照成本相对于供电企业进行结算。

已知一种由汇流排和一个与之相配的用于将所消耗的电流采集到电表中的环形铁心变流器组成的结构。在美国和其他国家推广的可插式电表的背面有标准的矩形接线片，该矩形接线片在安装电表时被合适的弹簧触头插入到插接位置。这种具有约a×2.5mm截面的接头，用于在110V系统里绝对值最大约为200-480A_eff的消耗电流的导入和导出导线。作为截面的厚度a，例如在最大电流Imax＝320A时估算出a＝19mm。一般地将交流电网的三相电流导入电表，经过一个电流采集系统并且再从电表中导出。电表中的一个电子电路采集三个电流采集系统中的电流，并且从电流强度和相位中计算出所消耗的能量，正如从US4887028中公开的那样。

目前高级变流器磁性部件价廉物美的制造包括制造环形铁心，尤其是环形带状铁心，以及具有相应以漆包铜线为基础的次级绕组的绝缘或者封装的铁心绕组。适合于此的铁心例如由EP 1131830和EP1129459公开。EP 1114429描述了用于这种用途的变流器。

变流器的建设性结构的可能性在于，将变流器的尺寸选择成，可以将例如尺寸为19×2.5mm的汇流排穿过变流器的内孔。

优化在于，给要安装变流器的汇流排区域提供一种圆形的截面。如此，变流器的内孔可以变小并因此采用较小的环形带状铁心，其中该环形带状铁心由于制造工艺相应地是价廉物美的。即使同样采用软磁性带材料以及铁心采用相同的卷绕时间，铁心的直径越小，热处理以及涂覆的工序步骤就越有利。与之相适应的汇流排的制造通过提供一种具有不同段的U形导体排列而实现。具有圆形截面的中间连接段，作为变流器元件穿过铁心上相应的开口。两个矩形截面的连接导体用于连接具有公知插式连接形式的导电体。该导体排列因此由三个具有各不相同截面的金属件组成，其中将圆形导电体的两端固定在矩形连接导体的被整平的表面上。

已知借助于电阻点焊或者硬焊连接来固定的方法。但是两种方法都要求费事的处理技术以及对于每一个待产生连接点的高能量供给。为了保证导体排列的质量，对伴随制造过程的对连接点的检验被看成尤其困难的事，因为尤其焊接在DIN ISO 9001的含义内已被归入一种所谓的特殊工序，正如从“Fuegetechnik，Schweisstechnik”，DVS出版社，ISBN 3-87155-786-2，第328页，2004中公开的那样。其中尤其关键的是氧化层对连接双方的影响，电极的磨损以及缺少对连接有说服力的、例如光学或电气检查的方法。

三个在连接点分别具有各不相同截面的元件的这种导体排列的连接，应该可以很可靠地达到例如约10-15年的较长寿命，从而使得该导体排列的制造必须很过程可靠地实施。出于导电性原因，对应的汇流排或者导体排列主要由铜材料制成。但是同时问题不仅在硬焊，也在焊接中尤其通过在制造连接点时的发热产生，因为热量会通过导电体传递到变流器上并且损坏变流器。

一般已知用于连接两个金属的所谓冷压焊接，例如在J.Ruge，H.Preis和K.Thomas，Braunchweig，DVS-报告，第139卷，“Abbrennstumpfschweissen und Reibschweissen mit verwandtenVerfahren”第25页，1991在关于冷压焊接的现状和发展趋向的摘要中已描述的。Magdeburg大学TUBraunschweig焊接技术学院，Ottovon Guericke接合和辐射技术学院的研究报告“Untersuchung zumultraschall-gestuetzten Kaltpress-Schweissen fuerAnwendungen in der Kleinteilfertigung”，AiF Nr.12494 BG/401.06.2000/30.09.2002以及Tox-Pressotechnik公司，Weingarten的“Informationen und Anwendungshinweise zur Tox-Verbindungstechnik”公开了通透接合(Dursetzfuegen)作为两个金属件的一种铆接方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种尤其用于电流采集装置的电感组件以及制造这种电感组件的方法，其在保证其余部件可靠连接和尽可能小负载的同时提供一种简便的制造。

该技术问题通过具有权利要求1所述特征的电感组件以及具有权利要求21所述特征的电感组件制造方法得以解决。本发明设想的扩展和进一步设计是从属权利要求的内容。

由此设计出一种电感组件，其具有一个用于传导待采集电流的非矩形截面导电体，至少一个将待采集电流导入到导电体或者从导电体导出的扁平连接导体，其中在构成导体排列时导电体和连接导体在导电体的连接部分区域内相互连接，并且导电体在连接部分区域内具有一个整平的，尤其为矩形的截面，并且导电体连接部分的扁平面与连接导体的扁平面连接。当应用在带一个开口的磁性模件上时，导电体穿过该开口。

此外本发明包含一种制造尤其是用于一种电流采集装置上的电感组件的导体排列的方法，在这种电感组件上，具有非矩形截面的导电体与扁平的连接导体连接，同时将导电体上在导电体连接部分的截面(尤其为矩形截面)整平，并且导电体上被整平的连接部分与连接导体连接。

此外可以设计一种电感组件，在这种电感组件上，连接部分旁边的导电体截面被设计成具有弧形的，尤其圆形的外轮廓，尤其是椭圆的或者圆的截面形状。

所述电感组件可以用导电体上用于连接导电体和两个连接导体的两个连接部分来实施。

除此以外，所述连接可以被构建成压连接，尤其为冷压连接。

如果将压连接构建为通透接合，则尤其有利。

也可以设计一种电感组件，在这种电感组件上连接部分与连接导体之间的压连接被双重地构建。

此外，可以将导电体和连接导体构建为由铜或者一种铜合金制成的金属件。

按照本发明的电感组件可以例如是一种用于采集电流的磁性模件。所述磁性模件可以被构建成变流器或者变压器。

尤其变流器优选具有一个环形铁心。所述环形铁心优选构建为环形带状铁心。所述环形铁心优选由一种非结晶或者毫微结晶的合金构成。

为了相对于其他的截面固定和/或对准到变流器的开口中，导电体可以具有变形，尤其为挤压变形。

可以在连接部分和/或连接导体区域内将接触位置清除金属氧化物，清洁和/或等离子活化。优选的，还有一种电流采集装置，在这种装置上导电体、连接部分和/或连接导体借助于热处理被软化退火。

有利地将所述连接借助于通透接合技术实施为压连接通透接合。优选采用一种在连接前将接触位置用化学处理方法，尤其指酸洗清除金属氧化物的方法。在此可以在连接以前，将接触位置借助于表面的等离子处理清洁和/或活化。还有一种将导电体及其连接部分和/或连接导体在连接以前借助于热处理软化退火的方法也是有利的。

所述导体排列因此表示了电流传导汇流排的一种价格最佳并且持久稳定的结构。以简单的方式和方法，将具有非矩形截面，尤其具有圆形或者接近圆形截面的导电体与至少一个具有扁平表面，尤其具有矩形截面的连接导体相互连接，从而使该汇流排具有一种坚固并且持久的连接。尤其在不采用通过例如钎焊或者焊接形成的热量进行压连接的情况下具有特别的优越性，即热量不通过导电体传递到相邻的环形铁心以及同类部件上。导电体与第二连接导体之间的第二连接，可以例如在将导电体装入变流器或者环形铁心的开口之前产生，从而最终也许只有一个这种连接是必需的。

通过将作为导电体的安置变流器的一根圆杆的端部压扁，形成扁平区域，该扁平区域与扁平接线片通过一种诸如通透接合或者Clinchen的冷压连接而叠置后，持久地并且以最小的传输电阻连接。当然导电体的整平不必绝对在端部进行，也可以在相邻于环形铁心或者变流器的其余区域进行。

尤其冷焊接与铆接连接相结合要求较高的变形度，所以优选应用诸如铜或者铜合金之类的软金属。通过对连接双方，也就是导电体以及一个或者多个连接导体进行相应的预处理，可以将冷焊接连接的有关电气特性，例如最小的传输电阻以及气密性进一步加以改善。所谓的冷焊接提供了焊接方法的优点，在采用这种焊接方法时，连接完全无需从外边供给热能，仅通过压力就得以实现。通透接合是一种以有利的方式无需铆钉，也就是说无需外部材料也能进行的铆接，其方法是参与的一个连接对象如导电体的材料，被深深地压入另一个连接对象如连接导体上一个自身形成的空穴中，其中相应于冲模压杆和凹模的形状形成蘑菇状的咬边，从而获得一种形状和力道都合理的连接。

通过该连接技术或者导体排列的上述结构提供了多个优点。除了好的电气性能外，还产生一种机械上很坚固的连接。简便的制造技术使设备投资只有相应的焊接/硬焊技术的30-50％。与焊接/硬焊技术相比，可以对制造设备作简单和价廉的维护。相对于焊接/硬焊技术，在采用冷焊接连接时，不会发生金属件的发热，从而无需单独的冷却来保护例如变流器的塑料涂层。避免了蒸汽、火花或者切屑。可以通过检查简单的机械尺寸，例如所构成的“铆钉”的厚度来保证质量。此外，在制造时每个连接位置的能量耗费比在采用焊接/硬焊技术时小3到5倍。在将点焊技术与通透接合技术相比较时，甚至在考虑投资费用、生产成本以及模具费用的情况下，每个连接点的费用比例约为5∶1，采用通透接合更有利。

因为该导体排列被用于传导电流，所以要考虑导体排列由于电流尤其在连接点区域内的流动而产生的发热。一种典型的U状汇流排的电阻约为100μohm。在电流为约200A时，按照Pv＝I²×R在该单元中产生的导致发热的损耗功率为4W。在此要注意，连接位置是没有导线截面收缩的。在不良连接时，此处温度由于更高的电压降而升高，明显地超过其他连接件的水平，并加速接触位置的损坏和老化。在此过程中会发生传输电阻的升高。这是一个累积的过程，它会使温度继续升高并最终导致连接位置的失效。在采用焊接或者尤其钎焊连接的情况下，由于过热会导致连接点部分地或者完全地熔化。因此钎焊或焊接桥是否持久坚固，一般情况下很难保证。一个在这种故障情况下最终阶段出现的电弧，会导致电气连接的完全中断。因此在要求高机械强度的同时，必须将低欧姆的连接作为对连接位置的要求而提出，从而使传输电阻在装配时或者在以后的使用中都不会由于震动，摇摆或者碰撞而显著地升高。

按照本发明的电流采集装置或者所描述的制造方法有利地提供了一种兼具高机械强度的低欧姆连接，当采用通透接合时，即使在工作时出现发热的情况，这种连接仍然可以保持坚固的连接。

附图说明

以下借助于附图中所表示的实施例对本发明作更详细的说明。

附图中：

图1表示在制造按照本发明的电感组件时的各个制造工序；

图2表示按照第一种实施方式的电感组件的装配部件；

图3表示按照第二种实施方式的电感组件的装配部件；

图4表示通透接合点的剖面，以及

图5表示公知的可以采用这种电感组件的电路布置。

具体实施方式

图1表示在以下被描述为代表和示范按照本发明的电感组件的一种电流采集装置的部件的各个制造工序。最上面的是导电体1，正如在中间所示出的那样，该导电体1穿过变流器2的开口20。所述导电体具有非矩形的，尤其为圆形的截面。为了插立到变流器2的开口20内部，导电体1在该区域的截面也可以稍微地变形，例如稍微地整平或者以椭圆代替圆形，使得能与开口20的壁保持卡固。但是原则上也可以采用与圆形截面形状不同的其他截面形状的导电体来代替圆形导电体1。例如，原则上可采用明显比扁平矩形形状突出的八角形、正方形或者也许三角形形状的截面，或者具有波纹状或锯齿状外轮廓的截面。

在导电体1穿过变流器2的开口20后，穿过变流器2开口20的导电体1的端部，为构成一个连接部分3而被整平。整平是以极其简单的方式和方法通过挤压实现，所述挤压在由铜或者一种铜合金组成的导电体1上是可以极其容易实现的。在所示实施方式中，所述导电体1的连接部分3具有基本上为矩形的截面。但是原则上也可有利地改用其他的在一端被整平的截面，例如也包括通过去除材料而形成的整平。

图2示出由导电体1和在两端的连接部分3，被该连接部分3之间的导电体1穿过其开口20的变流器2，以及与被构建为具有矩形的或者基本为矩形截面的长扁平插销的两个连接导体4组成的一种优选的导体排列的末级。为了将连接部分3和连接导体4连接，将整平的连接部分3的扁平表面放到连接导体4的扁平表面上并互相连接。该连接可以以任意公知方式和方法实现，例如也可以通过钎焊或焊接。但是尤其优选一种不供给热量、借助于例如冷压焊接和/或通透接合实现的冷连接。

通过两个连接导体4中的一个以及相应的连接部分3传导到导电体1中的电流，穿过变流器2的开口20传导并且通过第二连接部分3和第二连接导体4导出。通过变流器2传导的电流在变流器2中感应出一个电流，该电流通过用于采集所流过的电流的求值电路的导线21传导。

在按照图2的实施方式中示出了一种导体排列，其中导电体1的两个连接部分3是由最初为圆杆状的导电体1通过压制而产生的。在压制时杆的厚度减小并且产生一个平整的面。借助于以通透接合为基础的连接技术，圆杆的端部与由连接导体4构成的矩形状的接线片相互连接。通过在通透接合的连接点区域内的强烈变形，产生纽扣状的铆钉5，从而借助于冷焊接产生一种机械坚固的连接并为可靠的电流流动建立较好的电接触。图4示出示例性的、借助于通透接合产生的连接部分3与连接导体4的连接的剖面。通过适当地选择冲压模杆，从连接部分3挤压到连接导体4中的材料呈现出蘑菇状的截面，并且构成一个后卡头(Hintergreifung)从而以铆钉的方式形成机械上的高稳定性。所表示的是借助于通透接合的8mm宽铆接的情况，但是也可以相应于各自的需要选择别的尺寸。

在两个分别具有2.4mm厚度的铜零件之间以示例性的8mm尺寸进行通透接合时，在第一次试验时产生大于1600N的抗剪强度以及大于1500N的顶部抗拉强度。

图2示出分别以一个通透接合点5来连接对应的连接部分3和相邻的连接导体4的实施方式。图3表示具有同样一个导电体1的一种导体排列的另一个实施方式，所述导电体的整平连接部分3分别与一个连接导体4连接，其中分别应用两个通透接合点用于该连接。由此产生导电体1相对于两个连接导体的扭转保护。此外示意性示出，导电体1不必绝对笔直地从一个连接部分3到另一个连接部分3，而是也可以弯曲。

图5示出用于采集流过导体L1，L2，L3的电流的一种电流采集装置0的示例性电路布置。按通常的方式和方法，相应的电缆附加地具有一个中性的导体N。三个导体L1，L2，L3分别在一个用于插入连接导体4形式的接触销的插塞接点6上中断和终结。因此给导体L1，L2，L3中的每一个分配两个套筒状的插塞接点元件6，将按照例如图2或图3导体排列的两个连接导体4插入该插塞接点元件中。将通过连接部分3连接两个连接导体4的导电体1，穿过一个例如可以按照图2或图3构建的变流器2的相应开口。

例如将三个分别具有一个如此实施的导体排列的变流器2安置在一块装有用于求值或者采集电流的电子器件的板子上并且加以固定。通常将所述电子器件容纳在一个外壳中，相应地6个这样的连接导体4作为插入到相应插塞接点套管6中的触针以及另一个连接导体作为和中性导体N连接的触针而从外壳中伸出。通常这样的电子器件还具有一个或多个用于输出所采集的电流的输出装置。该输出装置例如是一种显示装置D。在显示装置D或者其他外部接口上，输出借助于电子器件中的信号处理和可能有的模拟/数字转换器而采集的电流。

因此在所示作为电流识别装置0的电表的电路原理图中，用三个插入式变流器从借助于1∶N变压装置以及通过负载电阻测得的三个电流中，分别为求值电子器件产生一个电压信号，并且输入该求值电子器件。然后借助于一个输出装置显示计算出的能量。

因此优选提供一种用于测量电流并且尤其由三个金属件和一个电流采集系统构成的导电体系统。其中所述导电体系统包括一个作为导电体1的中间件，所述中间件具有优选为圆形的截面并且在作为电流采集系统的变流器2插入后，该中间件用作连接部分的端部中的至少一个、尤其是两个端部被压扁。此外，所述导电体系统还包括另外两个零件，这两个零件以具有矩形状截面的连接导体4的方式用于构成接线片或插式连接的触针。

三个零件的连接尤其作为用于构建机械和电气良好连接的冷压连接来进行。同时冷压连接优选在每一侧都双重地产生，使得因此在增大连接截面的同时实现附加的抗扭转保护。所述电流采集系统优选由一个变压器式工作的变流器组成。优选将一个环形铁心，尤其一个由非结晶或毫微结晶合金组成的、构建为环形带状铁心的环形铁心作为变流器。构成导电体1的圆形金属杆优选在中间区域或者穿过变流器2的开口20的区域中有一种变形，尤其是轻微的挤压变形，由此变流器2在套装到导电体1上时定位在一个理想的位置并得以固定。

为了改善连接，将接触位置在进行连接以前，尤其在进行通透接合以前，以有利的方式用一种如酸洗的化学处理方法清除金属氧化物。在进行通透接合或者其他连接以前，例如用等离子处理方法对接触位置的表面进行清洁或者活化。将金属件在进行通透接合以前通过热处理软化退火也是有利的。

虽然在上面的实施例中涉及到电流采集装置，当然还可以将任意的电感组件，例如电抗器，变压器以及其他类型的磁性模件，按照本发明来构建和制造。

Claims (26)

1.一种电感组件(0)，具有用于传导电流的非矩形截面的导电体(1)，至少一个用于将电流导入到导电体或者从导电体导出的扁平的连接导体(4)，其中导电体(1)与连接导体(4)在形成导体排列时在导电体(1)的连接部分(3)区域中互相连接，其特征在于，导电体(1)在连接部分(3)的区域中具有整平的截面，并且导电体(1)的连接部分(3)的扁平面与连接导体(4)的扁平面连接。

2.如权利要求1所述的电感组件，其中所述导电体(1)在连接部分(3)旁边的截面构建成具有弧形的外轮廓。

3.如权利要求2所述的电感组件，其中所述导电体(1)在连接部分(3)旁边的截面构建成具有圆形的外轮廓。

4.如权利要求2所述的电感组件，其中所述导电体(1)在连接部分(3)旁边的截面构建成具有椭圆形的外轮廓。

5.如任一项上述权利要求所述的电感组件，在所述导电体(1)上具有两个用于连接导电体(1)和两个连接导体(4)的连接部分(3)。

6.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中所述连接构建为压连接。

7.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中所述连接构建为冷压连接。

8.如权利要求6或7所述的电感组件，其中所述压连接构建为通透接合连接(5)。

9.如权利要求6所述的电感组件，其中所述压连接在连接部分(3)与连接导体(4)之间双重地构建。

10.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中将所述导电体(1)与连接导体(4)构建为由铜或一种铜合金制成的金属件。

11.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中所述电感组件具有带开口(20)的磁性模件，其中所述导电体(1)穿过开口(20)。

12.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中将所述磁性模件构建为变压器。

13.如权利要求12所述的电感组件，其中所述变压器(2)具有一个环形铁心。

14.如权利要求13所述的电感组件，其中所述环形铁心构建为环形带状铁心。

15.如权利要求13或14所述的电感组件，其中所述环形铁心由一种非结晶的或毫微结晶的合金构成。

16.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中为了相对于其它截面固定和/或对准到变流器(2)的开口(20)中，所述导电体(1)具有变形。

17.如权利要求16所述的电感组件，其中所述变形是一种挤压变形。

18.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中对在连接部分(3)和/或连接导体(4)的区域中的接触位置清除金属氧化物，清洁和/或等离子活化。

19.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中将所述导电体(1)、连接部分(3)和/或连接导体(4)借助于热处理而软化退火。

20.如任一项上述权利要求所述的电感组件，其中所述导电体(1)在其被整平的部分具有矩形的截面。

21.一种用于制造如权利要求1至20中任一项所述的电感组件(0)的方法，在该电感组件中非矩形截面的导电体(1)与扁平的连接导体(4)连接，其特征在于，在导电体(1)上导电体(1)的连接部分(3)的截面被整平，尤其构建为具有矩形截面，并且导电体(1)被整平的连接部分(3)与连接导体(4)连接。

22.如权利要求21所述的方法，其中将所述连接借助于通透接合技术实施为压连接。

23.如权利要求21或22所述的方法，其中在所述连接以前用化学处理清除接触位置的金属氧化物。

24.如权利要求23所述的方法，其中在连接以前通过酸洗清除所述接触位置上的金属氧化物。

25.如权利要求21至24中任一项所述的方法，其中在连接以前借助于等离子处理清洁和/或活化所述接触位置的表面。

26.如权利要求21至25中任一项所述的方法，其中将所述导电体(1)、其连接部分(3)和/或连接导体(4)在连接以前借助于热处理软化退火。

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