CN101552108B

CN101552108B - 电感绕线器

Info

Publication number: CN101552108B
Application number: CN2008101842497A
Authority: CN
Inventors: J·休斯; S·施威特斯
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-11-17
Also published as: US20090128273A1; EP2061043B1; US7990244B2; CN101552108A; EP2061043A1

Abstract

本发明提供一种电绝缘线轴，其围绕电感器的磁芯。线轴包括多个通道以接收用于制造电感器的金属丝。当金属丝被布置在通道内时，金属丝被绕制在电感芯周围，但与电感芯和其他匝金属丝之间绝缘。由于线轴使各匝金属丝彼此之间以及与电感芯之间绝缘，因此裸露的绳状金属丝可用于缠绕电感器，从而降低尺寸和重量并且提高制造的简易性。

Description

电感绕线器

技术领域

本发明涉及电感器。更具体地，本发明涉及一种用于在电感芯上绕制金属丝的装置。

背景技术

大功率电感器要求难以弯曲的大直径金属丝。另外，许多电感器，比如共模电感器，具有多个相，这些相彼此之间以及与电感器的磁芯之间必须电绝缘。通常，电感器的相通过使用某种橡胶材料绝缘的金属丝来隔离。然而，这种绝缘材料增加了金属丝的硬度并且，结果是在电感芯上缠绕金属丝时会使金属丝更加难以被弯曲。

另外，金属丝周围的绝缘材料增加了金属丝总的直径，使得绕制的电感器比采用裸露的、非绝缘的金属丝缠绕的电感器更大。当在电感器的磁芯周围缠绕绝缘金属丝时，金属丝向外突出远离磁芯，使得电感器的外径变得比其应当具有的外径大的多。而且，使用橡胶绝缘降低了金属丝散发电感器使用时产生的热量的能力。

环形是在设计电感芯时经常选择的几何形状。相较于其他形状的电感芯，环形提供了最小的尺寸(按体积和重量计)和较低的电磁干扰(EMI)。环形几何形状使得在其线圈外部的磁场几乎完全被抵消掉，因此相较于其他同等额定功率的电感器，环形电感器具有较小的EMI。而且在任意磁芯形状中，环形具有最高的有效导磁率，因为环形可以由一片材料制成。然而，环形电感芯具有难以绕制的特有缺点。而且，使用绝缘金属丝会在将金属丝插入环形电感芯的内径中时产生困难，并且增加在金属丝不同匝之间的摩擦。

因此，现有技术中需要一种大功率电感器，其不必使用绝缘金属丝，从而避免由于采用绝缘金属丝产生的问题。然而，金属丝的不同相仍然必须彼此之间以及与磁芯之间电绝缘。

发明内容

本发明是一种围绕在电感器的磁芯周围的电绝缘线轴。线轴由电绝缘材料制成，该材料隔离绕制在电感器的磁芯周围的各匝非绝缘金属丝。各匝非绝缘金属丝彼此之间以及与电感芯之间电绝缘。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例，其被放置在电感芯周围并且绕制有金属丝。

图2示出了电感器的环形芯。

图3示出了图1中所示绝缘线轴的一半。

图4示出了组装的绝缘线轴。

图5a示出了本发明的可替代的实施例的模块元件。

图5b示出了本发明的可替代的实施例的模块元件。

具体实施方式

图1示出了电感组件100。电感组件100包括上部线轴110，下部线轴120，电感芯组件130和金属丝140。上部线轴110和下部线轴120围绕电感芯组件130组装。金属丝140围绕上部线轴110和下部线轴120绕制。金属丝140不包括绝缘材料的外层。替代地，上部线轴110和下部线轴120电隔离金属丝140与电感芯130。

图2示出了上部线轴110。上部线轴110包括通道112，其由通道底面113和通道壁114形成。通道112被设计成容纳绕制在线轴周围的金属丝，并且通道底面113电隔离通道112中的金属丝和电感芯。通道壁114使通道112中的多匝金属丝彼此之间分离，并且使各匝金属丝彼此之间电隔离。上部线轴110还包括保持翼片116，其被设置在上部线轴110的外直径的通道壁114的上表面。当在上部线轴110上绕制金属丝时，在绕制期间以及绕制之后保持翼片116将设置在通道112内的金属丝保持在适当位置上。金属丝进口/出口118成形为收纳绕制在线轴110上的金属丝的端部。

图3示出了电感芯组件130。电感芯组件130包括磁电感芯132，壳138和安装脚139。在本发明的该具体实施例中，电感芯132成形为环形并且具有顶面133，底面134，内周面135和外周面136。壳138为传热导体并且包围电感芯132。壳138散发在电感芯132使用中由电感芯132产生的热量。磁电感芯132易碎，因此一般被粘合定位。安装脚139允许磁电感芯132和壳138被安装定位，并且还提供从电感芯132和壳134的用于散热的热通道。

图4示出了组装在一起的上部线轴110和下部线轴120。上部线轴110和下部线轴120为具有互锁特征的相同线轴，所述互锁特征允许所述线轴配合在一起形成金属丝通路。

当上部线轴110和下部线轴120被放置在一起时，通道112形成连续的、螺旋形的通道，其从上部线轴110上的金属丝进口160绕芯缠绕七次延伸到下部线轴120上的金属丝出口170。这样，金属丝可以被放置在通道112内，开始于金属丝进口160且终止于金属丝出口170，并且金属丝可以缠绕电感芯组件130，产生围绕电感芯组件130的多匝金属丝。当设置在通道112内时，金属丝140在电感芯组件130周围在螺旋形路径中延伸。金属丝进口160和金属丝出口170打开并且向外展开以允许绝缘外套被放置在金属丝上，从而将金属丝彼此隔离。

在图4中示出的本发明的实施例中，有三个独立的通道112，在图4中指定为112a，112b和112c。当上部线轴110和下部线轴120用金属丝缠绕时，一根金属丝被布置在金属丝进口160a，缠绕穿过通道112a直至到达金属丝出口170a。图4中示出的本发明的实施例被设计成与环形形状的电感芯配合。这样，布置在金属丝进口160a的金属丝起始于电感芯组件130的外周面，延伸越过电感芯组件130的顶面，缠绕电感组件130的内周面，延伸越过电感芯组件130的底面，直至返回到电感芯组件130的外周面。这种贯穿通道112a的缠绕形成了一种围绕电感芯组件130的绕组。在图4所示的本发明的实施例中，通道112围绕电感芯组件130延伸七次，从而形成一个七匝绕组。

类似地，另一金属丝被设置在金属丝进口160b并且围绕贯穿通道112b直至达到金属丝出口170b，同时第三金属丝被设置在金属丝进口160c并且围绕贯穿通道112c直至达到金属丝出口170c。这三股金属丝组合在一起形成三相七匝绕组，每匝绕组都围绕电感芯组件130。通道112a、112b和112c被设计成使得所有三相的线匝都围绕电感芯组件130均匀分布。线匝的均匀分布提供给电感组件100电平衡和磁平衡。

虽然在图1-4中示出的本发明的实施例为每相具有七匝绕组的三相电感器，但是相数和匝数都是纯示例性的。对于本领域技术人员来说可以认识到本发明可以适用于任何相数和任何匝数的电感器。

另外，虽然图1-4中示出的本发明的实施例适用于具有环形磁芯的电感器并且由于围绕环形的绕组金属丝本身所固有的问题而可以发现在环形电感器上的特殊用途，但对于本领域技术人员来说，可以认识到本发明还可以被应用于使用由任何其它形状构成的磁芯的电感器。

在上部线轴110和下部线轴120被围绕电感芯组件130布置后，线轴被金属丝140缠绕(参见图1)。金属丝140为非绝缘绳状金属丝，其更加柔软并且相较于一般应用于缠绕电感器的绝缘金属丝具有较小的直径。金属丝140非常柔软并且可以在保持翼片116的帮助下停留在通道112中。

当金属丝140布置在通道112中时，其仅仅通过通道底面113和通道壁114在金属丝的三个侧部上隔离。为了完全绝缘金属丝140，整个电感组件100可以被罐装在电绝缘混合物中以使得金属丝彼此之间彻底隔离。该混合物还应该具有热导性以允许热量从电感组件100中散发。

上部线轴110和下部线轴120可以分别作为单件制成，如图2中所示。上部线轴110和下部线轴120可以，例如由注射模制而成。线轴由电绝缘材料制成，优选是可被注射模制的塑料材料。理想地，用于制造上部线轴110的材料应该是热导材料，同时又是电绝缘的，比如

热塑性树脂。

图5a和图5b示出了本发明的可替代的实施例。在这个实施例中，上部线轴110和下部线轴120分别由多个相同的匝部件210和一个进口/出口部件220组成，而不是作为单件制成。如同上部线轴110和下部线轴120，匝部件210包括通道112，通道底面113，通道壁114和保持翼片116。进口/出口部件220包括通道112，通道底面113，通道壁114和通道进口/出口160。另外，匝部件210和进口/出口部件220包括连接翼片212，用于各匝部件的互连或与进口/出口部件的互连。

每个匝部件210和进口/出口部件220都被单独制成并且随后被连接在一起以形成上部和下部线轴。因此，例如，上部线轴110可以通过连接六个匝部件210和一个进口/出口部件220组装而形成完整组装的上部线轴110。类似的，下部线轴120可以通过连接六个匝部件210和一个进口/出口部件220来组装。当连接在一起时，匝部件210和进口/出口部件220形成连续的通道112，从而形成围绕电感芯延伸的连续的螺旋通道。

当然，如前面指出的，该具体实施例的匝数和相数是纯示例性的。任何匝数和相数的电感器都可以使用并且依然落入到本发明的保护范围内。匝部件210和进口/出口部件220可以被设计形成任何匝数和任何相数并且依然落入到本发明的保护范围内。

本发明是用于在电感芯周围绕制金属丝的线轴。该线轴由电绝缘材料制成，并且提供非绝缘金属丝可以贯穿缠绕的通道。每个通道具有使金属丝和磁电感芯绝缘的通道底面，并且还具有使各金属丝彼此之间电绝缘的绝缘壁。由于电感器可用非绝缘金属丝缠绕，因此其更易于缠绕金属丝，电感器可以更加紧凑，并且更加易于消除来自电感器的过多的热量。而且，电感器总的尺寸和重量一般会小于用绝缘金属丝缠绕的电感器。而且，使用绝缘线轴会产生更相容的电感组件，因为线轴的通道引导了金属丝的定位。最后，除去金属丝周围的绝缘消除了热界面，从而提高了散热，特别是在绕制的导体被罐装材料覆盖时。

尽管已经结合优选实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员可以认识到在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上做出改动。

Claims

1.一种用于在电感芯周围设置金属丝的组件，该组件包括：

多个相邻的通道，用于接收在围绕电感芯的螺旋路径中延伸的金属丝，每个通道接收一根金属丝；

每个通道具有使通道和电感芯绝缘的底面；和

每个通道具有使通道和每个相邻的通道绝缘的至少一个侧壁。

2.根据权利要求1所述的组件，进一步包括用于使金属丝保持在至少一个侧壁上的翼片。

3.根据权利要求1所述的组件，其中每个通道具有进口和出口。

4.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件由可被注射模制的塑料材料制成。

5.根据权利要求4所述的组件，其中所述塑料为热导性的。

6.根据权利要求1所述的组件，其中所述电感芯成形为具有内周面和外周面的环形，所述组件进一步包括：

横越电感芯的外周面和内周面的通道的螺旋路径。

7.一种用于在电感芯周围设置金属丝的组件，该组件包括：

顶部部件，包括：

用于接收金属丝的多个相邻的通道，每个通道接收一根金属丝；

每个通道具有使通道和电感芯绝缘的底面；

每个通道具有使通道和每个相邻的通道绝缘的至少一个侧壁；

底部部件，包括：

用于接收的多个相邻的通道，每个通道接收一根金属丝；每个通道具有使通道和电感芯绝缘的底面；

每个通道具有使通道和每个相邻的通道绝缘的至少一个侧壁；和

所述底部部件构造为连接于顶部部件，从而围绕电感芯并且形成在电感芯周围的螺旋路径中延伸的连续通道。

8.根据权利要求7所述的组件，进一步包括用于使金属丝保持在至少一个侧壁上的翼片。

9.根据权利要求7所述的组件，其中每个通道具有进口和出口。

10.根据权利要求7所述的组件，其中所述组件由可被注射模制的塑料材料制成。

11.根据权利要求10所述的组件，其中所述塑料为热导性的。

12.根据权利要求7所述的组件，其中所述电感芯成形为具有内周面和外周面的环形，所述组件进一步包括：

横越电感芯的外周面和内周面的通道的螺旋路径。

13.一种用于在电感芯周围设置金属丝的组件，该组件包括：

多个线轴部件，包括：

每个通道具有使通道和电感芯绝缘的底面；

每个线轴部件构造成与其它线轴部件匹配以分段围绕电感芯并且形成在电感芯周围的螺旋路径中延伸的连续通道。

14.根据权利要求13所述的组件，进一步包括用于使金属丝保持在至少一个侧壁上的翼片。

15.根据权利要求13所述的组件，其中每个通道具有进口和出口。

16.根据权利要求13所述的组件，其中所述组件由可被注射模制的塑料材料制成。

17.根据权利要求16所述的组件，其中所述塑料为热导性的。

18.根据权利要求13所述的组件，其中所述电感芯成形为具有内周面和外周面的环形，所述组件进一步包括：

横越电感芯的外周面和内周面的通道的螺旋路径。