CN101345126B - 电源用变流器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源用变流器及其制造方法。所述电源用变流器包括：第一铁芯，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙；及支撑铁芯，其由磁性物质形成，并且布置在所述第一铁芯的一侧或多侧以便遮挡所述间隙。因此，能够在小电流区域内平稳地执行供电，并且防止供电对象在大电流区域内受损。此外，能够减小线圈的匝数，并且能够使所述电源用变流器的整体尺寸变小。

Description

电源用变流器及其制造方法
技术领域
本发明涉及电源用变流器及其制造方法，更特别地，涉及能够平稳地执行供电并且防止损坏被供电对象的电源用变流器及其制造方法。
背景技术
通常，电源用变流器被称为变流器(CT)或继电器用变流器。变流器主要被用作电力分配设备中的电流系统或电源系统的电源，或空气断路器(ACB，air circuit breaker)中的脱扣线圈或过流继电器(OCR，over current relay)的电源。
如图1和2所示，电源用变流器包括具有环形形状的铁芯20，彼此连接以便铁芯20能够容纳在其中的绕线管30，以及缠绕在绕线管30上的线圈40。一次导体10穿过铁芯20的内部，并且铁芯20由方环形状的绝缘层压板形成。绕线管30以面对的方式彼此连接以便一次导体10能够于铁芯20内布置在其间。线圈40缠绕在每个绕线管30上。
然而，常规的电源用变流器具有以下问题。
首先，在大电流区域出现饱和现象，因此使得线圈40的两端均感应出高电压并且有大电流流过。因此，诸如过流继电器的供电对象可能被损坏。
为了防止供电对象由于大电流流过而受损，需要为供电对象额外提供保护装置(或保护电路)。
此外，为了减小施加到线圈40的电流，线圈40的匝数(圈数)需要增加。因此，线圈40的需求量和绕线管30的数量增加，从而增加了制造成本并且增加了电源用变流器的整体尺寸。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电源用变流器及其制造方法，所述变流器能够平稳地供电并且防止损坏供电对象。
本发明的另一个目的是提供一种电源用变流器及其制造方法，所述变流器能够以小电流平稳地供电，并且能够防止电压因高于预设水平的大电流而过度升高。
本发明的又一个目的是提供一种电源用变流器及其制造方法，所述变流器能够减小线圈的匝数和其整体尺寸。
如此处实施和宽泛描述的，为了实现这些和其它优点并且依照本发明的目的，提供了一种电源用变流器，包括：第一铁芯，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙；及支撑铁芯，其由磁性物质形成，并且布置在第一铁芯的一侧或多侧以遮挡所述间隙。
第一铁芯可以包括平直部，并且所述间隙可以形成于平直部。
第一铁芯可以包括分段铁芯，每个分段铁芯具有平直部和从平直部的一端延伸的弯曲部。
支撑铁芯可以包括：平直部，其与第一铁芯的平直部相对应；及弯曲部，其具有长于分段铁芯的所述弯曲部中的一个的长度。
支撑铁芯可以布置在第一铁芯的厚度方向的两侧。
支撑铁芯可以布置为使得其一个弯曲部能够与分段铁芯的两个弯曲部相接触。
电源用变流器可以进一步包括环绕所述间隙布置的线圈。
根据本发明的另一个方案，提供了一种电源用变流器，包括：第一铁芯，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙；及第二铁芯，其由磁性物质形成，具有与第一铁芯相对应的形状，并且布置在第一铁芯的一侧或多侧。
第一铁芯可以包括平直部，并且间隙可以形成于平直部。
所述电源用变流器可以进一步包括环绕所述间隙布置的线圈。
第一铁芯可以包括分段铁芯，每个分段铁芯具有平直部和从平直部的一端延伸的弯曲部。
第二铁芯可以包括与第一铁芯的平直部和弯曲部相对应的平直部和弯曲部。
电源用变流器可以进一步包括支撑铁芯，所述支撑铁芯具有与第一铁芯或第二铁芯相对应的形状，并且布置在第一铁芯或第二铁芯的一侧或多侧。
支撑铁芯可以包括：平直部，其与所述第一铁芯的平直部相对应；及弯曲部，其具有长于分段铁芯的弯曲部中的一个的长度。
支撑铁芯可以布置在第一铁芯和第二铁芯的厚度方向的两个外侧。
支撑铁芯可以布置为使得其一个弯曲部能够与分段铁芯的两个弯曲部相接触。
如此处实施和宽泛描述的，为了实现这些和其它优点并且依照本发明的目的，还提供了一种电源用变流器的制造方法，包括：形成具有环形形状并在其一个区域带有间隙的铁芯；及环绕所述间隙缠绕线圈。
形成铁芯的步骤可以包括形成彼此面对以在其间形成间隙的分段铁芯。
形成铁芯的步骤可以进一步包括在分段铁芯的一侧或多侧布置由磁性物质形成的支撑铁芯以遮挡所述间隙。
形成铁芯的步骤可以进一步包括在分段铁芯的一侧或多侧布置由磁性物质形成并且具有环形形状的第二铁芯以遮挡所述间隙。
在布置第二铁芯之前，形成铁芯的步骤可以进一步包括通过形成彼此面对并且具有闭环的分段铁芯来形成第二铁芯。
所述方法可以进一步包括在第二铁芯的外侧布置支撑铁芯。
在形成铁芯之前，所述方法可以进一步包括设置绕线管。在形成铁芯的步骤中，分段铁芯可以被插入绕线管以便形成间隙。
在缠绕线圈之前，所述方法可以进一步包括环绕所述间隙布置绕线管。
当与附图相结合时，从下文的本发明的详细说明中，本发明的其它目的、特征、方案和优点将变得更加明显。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明进一步的理解，并且被合并在此构成本说明书的一部分，图示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1为依照现有技术的电源用变流器的截面图；
图2为图1的侧面图；
图3为根据本发的第一实施例的电源用变流器分解立体图；
图4为表示图3的电源用变流器的接合状态的平面图；
图5为图4的仰视图；
图6为图3的供电部件的主视图；
图7为图6的铁芯的立体图；
图8为图7的第一铁芯的主视图；
图9为图7的支撑铁芯的主视图；
图10为根据本发的第二实施例的电源用变流器的铁芯的立体图；
图11为图10的第二铁芯的主视图；
图12为表示根据本发明的第一实施例的将铁芯接合到电源用变流器的绕线管上的过程的改进实例的图；
图13为表示根据本发明的第一实施例的将铁芯接合到电源用变流器的绕线管上的过程的另一个改进实例的图；
图14为表示根据本发明的电源用变流器的一次电流和二次电流之间的关系的图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的优选实施例，其实例将在附图中图示。
在下文中，将更详细地说明电源用变流器及其制造方法。
如图3至5所示，电源用变流器包括：其内具有容纳空间的壳体120；供电部件140，其用于将由一次导体110感应出的电流供给到诸如过流继电器(OCR)的供电对象；电流测量部件181，其用于测量在一次导体110上流动的电流；以及电路板(PCB，printed circuit board)191，其分别连接到供电部件140和电流测量部件181。
用于接合一次导体110的一次导体接合部122形成在壳体120处。并且，以圆形罗氏线圈(Rogowski coil)实现的电流测量部件181环绕一次导体接合部122布置。绝缘构件185布置在电流测量部件181的一侧(图3中的上侧)。电路板191通过螺钉193固定地接合在电流测量部件181和供电部件140之间。连接器135形成在壳体120的一个区域从而电连接到电路板191和供电对象上。
如图6所示，供电部件140包括环绕一次导体110布置的铁芯141，接合到铁芯141上的绕线管171，以及缠绕在绕线管171上的线圈175。线圈175容纳在具有一个开口侧的壳体120内。盖子130通过螺钉133接合到壳体120上因而覆盖线圈175。
如图7所示，铁芯141包括：第一铁芯151，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙(G)；以及支撑铁芯161，其由薄板式磁性物质形成，并且布置在第一铁芯151的一侧或多侧以便遮挡间隙(G)。根据额定电流的容量来控制第一铁芯151的板的数量和支撑铁芯161的每个的厚度。
如图8所示，第一铁芯151由一对彼此面对的分段铁芯155形成，从而在其间形成间隙(G)。第一铁芯151的分段铁芯155由绝缘层压板形成，每个板具有平直部156和从平直部156的一端弯曲的弯曲部157。分段铁芯155的平直部156形成为与第一铁芯151的中心线(CL)相距特定距离(G/2)。因此，当两个分段铁芯155被布置为基于中心线(CL)彼此对称使得两个弯曲部157的端部彼此接触时，在两个平直部156之间形成间隙(G)。
支撑铁芯161具有与第一铁芯151相对应的形状，并且包括平直部163和从平直部163的每一端弯曲的弯曲部165。如图7所示，支撑铁芯161的平直部163形成为覆盖第一铁芯151的平直部156的包括间隙(G)的整个长度。如图9所示，支撑铁芯161的弯曲部165通过从中心线(CL)延伸而形成为具有长于第一铁芯151的分段铁芯155的弯曲部157的长度。即，支撑铁芯161的弯曲部165形成为具有延伸到长得足以对第一铁芯151的两个分段铁芯155的两个弯曲部157的两端之间的接口区进行遮挡的长度。支撑铁芯161布置为使得其两个弯曲部165能够与第一铁芯151的两个分段铁芯155的两个弯曲部157接触。
在该结构之下，第一铁芯151的平直部156插入绕线管171，并且支撑铁芯161布置在第一铁芯151的两侧。然后，第一铁芯151的平直部156的两端和两个弯曲部157之间的接触区域通过氩弧焊接等方式彼此接合。
一旦电流流到一次导体110，磁通量感应到铁芯141，并且在线圈175处产生了二次电流。二次电流供给到供电对象，诸如经由电路板191连接到连接器135的过流继电器(OCR)。
在下文中，将参照图10和11对根据本发明的第二实施例的电源用变流器进行说明。为了方便起见，将参照与第一实施例相同的附图标记对与第一实施例相同的结构和元件进行说明。如图10所示，铁芯211包括：第一铁芯151，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙(G)；以及第二铁芯221，其由磁性物质形成，具有与第一铁芯151相对应的形状，并且布置在第一铁芯151的一侧或多侧。如上所述，第一铁芯151具有两个分段铁芯155。第一铁芯151和第二铁芯221分别通过绝缘层压薄磁性板形成，并且能够根据额定电流的容量来控制板的数量。
第二铁芯221由彼此对称的一对分段铁芯225构成。第二铁芯221的分段铁芯225由绝缘层压磁性板形成，每个磁性板具有平直部226和从平直部226的一端弯曲的弯曲部227。
一对支撑铁芯161接合到第一铁芯151和第二铁芯221的每个的厚度方向的外周上。每个支撑铁芯161由磁性物质形成，并且包括平直部163和弯曲部165。支撑铁芯161的两个弯曲部165与第一和第二铁芯151、221的弯曲部157、227接触接合。这里，支撑铁芯161可以由非磁性物质形成。
在该结构之下，第一铁芯151、第二铁芯221和支撑铁芯161的平直部156、226、163插入绕线管171。然后，支撑铁芯161与第一铁芯151的平直部156的两端和两个弯曲部157的接触区域彼此焊接，从而使第一铁芯151、第二铁芯221和支撑铁芯161彼此一体地接合。
在下文中，将参照图12对根据本发明的第一实施例的电源用变流器的改进实例进行说明。
如图12所示，电源用变流器包括：第一铁芯255，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙；以及支撑铁芯261，其由磁性物质形成，并且与第一铁芯255接合以遮挡第一铁芯255的间隙(G)的一侧或多侧。
第一铁芯255包括一个“U”形弯曲部257；以及两个平直部256，其从弯曲部257的两端成直线地弯曲，并且在两个平直部256之间具有预定的间隙(G)。第一铁芯255由绝缘层压薄板形成。
支撑铁芯261成直线地形成为具有与第一铁芯255的两个平直部256相对应的长度。这里，可以控制支撑铁芯261的长度。
绕线管271接合到第一铁芯255的平直部256上以便在其上缠绕线圈。绕线管271由在厚度方向上以面对的方式彼此接合的第一构件273和第二构件275组成。引导部274、276分别形成在第一和第二构件273、275的两端，以便在宽度方向上突出并且在圆周方向上延伸。
在该结构之下，第一和第二构件273、275彼此接合以便第一铁芯255的平直部256能够容纳在其中。然后，线圈缠绕在彼此接合的第一和第二构件273、275上。
在下文中，将参照图13对根据本发明的第一实施例的电源用变流器的另一个改进实例进行说明。
如图13所示，电源用变流器包括：第一铁芯255，其由磁性物质形成，并具有环形形状，在其一侧带有间隙；以及第二铁芯281，其由磁性物质形成，具有与第一铁芯255相对应的形状，并且布置在第一铁芯255的一侧或多侧。
第一铁芯255包括：“U”形弯曲部257；以及平直部256，其从弯曲部257的两端成直线地弯曲，并且在其间具有预定的间隙(G)。
第二铁芯281形成为具有闭合的环形形状，其包括与第一铁芯255的平直部256相对应的平直部283，以及形成为与直线部283的两端连接的弯曲部285。第二铁芯281布置在第一铁芯255的厚度方向的两侧。这里，第二铁芯281可以布置在第一铁芯255的一侧。
绕线管271接合到第一和第二铁芯255、281的平直部256、283以便在其上缠绕线圈。绕线管271由在平直部256、283放置在其间的状态下以面对的方式彼此接合的第一构件273和第二构件275组成。
在该结构之下，第一和第二铁芯255、281通过焊接等方式彼此接合，并且第一和第二构件273、275以面对的方式彼此接合以便第一和第二铁芯255、281的平直部256、283能够容纳在其中。然后，线圈缠绕在彼此接合的第一和第二构件273、275上。
在下文中，将参照图14说明根据本发明的电源用变流器的一次电流和二次电流之间的关系。
参看图14，如曲线L1所示，在常规的电源用变流器中，在小电流区域中二次电流相对于一次电流成比例地线性增加。当一次电流增加时，容易发生饱和现象。这里，如果在大电流区域发生了饱和现象，RMS(均方根)值不增加但电流峰值增加。结果，诸如OCR(过流继电器)的供电对象可能被损坏。
参看图14，如曲线L2所示，在根据本发明的第一实施例的电源用变流器中，二次电流相对于一次电流成比例地非线性增加。当小电流流过一次导体110时，小的二次电流能够稳定地供给到供电对象。如果一次电流增加，则二次电流非线性地增加。在诸如异常电流的大电流流过一次导体110的情况中，磁通量因铁芯的间隙(G)而受限，因而限制了二次电流的大小。因此，能够避免由大电流引起的诸如OCR的供电部件的损坏。
参看图14，如曲线L3所示，在根据本发明的第二实施例的电源用变流器中，二次电流相对于一次电流成比例地增加。第二实施例的二次电流比常规的二次电流小，但由于其间隙(G)小于第一实施例的间隙(G)，第二实施例的二次电流比第一实施例的二次电流大。
参看图14，如曲线L4所示，当第一实施例的间隙(G)的尺寸增加时，可以使得二次电流变小并且可以延长饱和时间。
如上所述，在根据本发明的电源用变流器及其制造方法中，在铁芯上形成间隙以限制磁通量，因而减小了二次电流，从而避免由大电流引起的诸如OCR的供电部件的损坏。
此外，在根据本发明的电源用变流器及其制造方法中，能够通过限制在铁芯上感应出的磁通量来减小线圈的数量，能够通过减小绕线管的数量来减小生产成本，并且能够减小变流器的整体尺寸。
另外，在电源用变流器中，在小电流区域内电能被稳定地供给到供电对象，并且在大电流区域适当地控制了在铁芯上感应出的磁通量。因此，能够避免由大电流引起的供电部件的损坏。
上述实施例和优点仅仅是示例性的并且不被解释为对本发明的限制。本文所讲授的能够容易地应用于其它类型的装置。本说明书旨在起说明作用，并且不限制权利要求的范围。多种替换、改进和变化对本领域技术人员将是显而易见的。在此说明的示例性实施例的特征、结构、方法和其它特性可以按多种方式组合以获取另外的和/或选择性示例性实施例。
由于本特征可以在不背离其特性的情况下以几种形式实施，应理解为除非特别规定，上述实施例不受上述说明的任何细节的限制，而是应该在由附随的权利要求限定的范围内做宽泛的解释，因此落入权利要求的保护范围的全部变换和改进，或所述保护范围的等同替换意旨由附随的权利要求包含。

Claims (8)

1.一种电源用变流器，包括：
第一铁芯，其由磁性物质形成，并且具有环形形状，在其一侧带有间隙；及
第二铁芯，其由磁性物质形成，具有与所述第一铁芯相对应的形状，并且布置在所述第一铁芯的一侧或多侧。
2.如权利要求1所述的电源用变流器，其中所述第一铁芯包括平直部，并且所述间隙形成于所述平直部。
3.如权利要求1所述的电源用变流器，进一步包括环绕所述间隙布置的线圈。
4.如权利要求3所述的电源用变流器，其中所述第一铁芯包括：
分段铁芯，每个所述分段铁芯具有平直部和从所述平直部的一端延伸的弯曲部，并且
其中所述第二铁芯包括与所述第一铁芯的平直部和弯曲部相对应的平直部和弯曲部。
5.如权利要求4所述的电源用变流器，进一步包括支撑铁芯，所述支撑铁芯具有与所述第一铁芯或所述第二铁芯相对应的形状，并且布置在所述第一铁芯或所述第二铁芯的一侧或多侧。
6.如权利要求5所述的电源用变流器，其中所述支撑铁芯包括：
平直部，其与所述第一铁芯的所述平直部相对应；及
弯曲部，其具有长于所述分段铁芯的所述弯曲部中的一个的长度。
7.如权利要求6所述的电源用变流器，其中所述支撑铁芯布置在所述第一铁芯和所述第二铁芯的厚度方向的两个外侧。
8.如权利要求7所述的电源用变流器，其中所述支撑铁芯被布置为使得其一个弯曲部能够与所述分段铁芯的两个弯曲部相接触。
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