CN102315000A - 线圈部件、电抗器和形成线圈部件的方法 - Google Patents

线圈部件、电抗器和形成线圈部件的方法 Download PDF

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Abstract

一种线圈部件(20)，包括：多个并列设置的线圈元件和使线圈元件(21，22)互连的连接部(40)。多个线圈元件由单个扁平金属丝(30)以扁立绕法卷绕而形成，使得线圈元件同向卷绕。连接部(40)包括扁平金属丝(30)的在两个线圈元件(21，22)之间的以扁立绕法卷绕的一部分。连接部(40)的一部分从两个线圈元件(21，22)径向向外凸出。连接部(40)在两个位置(41，42)以平绕法弯折，使得两个线圈元件(21，22)轴线(L1，L2)彼此平行地并列设置。

Description

线圈部件、电抗器和形成线圈部件的方法
技术领域
本发明涉及一种线圈部件、电抗器和形成线圈部件的方法。
背景技术
作为一种线圈元件，日本专利No.3737461和日本专利公报特开No.2007-305803中公开了使用单个扁平金属丝形成两个线圈元件的技术。具体而言，在日本专利No.3737461中，通过以扁立绕法卷绕单个扁平金属丝形成具有偏移轴线的两线圈元件。在日本专利公报特开No.2007-305803中，左、右线圈元件的卷绕方向相反，即在一个方向卷绕单个扁平金属丝形成第一线圈元件后，将形成第二线圈元件所必要的长度的扁平金属丝向前输送并在反方向卷绕回来以形成第二线圈元件。
发明内容
在日本专利No.3737461中，在两线圈元件通过使其轴线偏移同时以扁立绕法卷绕单个扁平金属丝而形成的情况下，由于需要偏移轴线以及在盘卷的同时扁平金属丝的摆动变大，故而很难提高速度。
在日本专利公报特开No.2007-305803中，使单个扁平金属丝卷绕形成第一线圈元件之后，向前输送形成第二线圈元件所必要的长度的扁平金属丝。必要长度的扁平金属丝全部抽出后盘卷第二元件。两线圈元件之间的距离很大时这会增加时间。此外，第一线圈元件在第二线圈元件盘卷期间摆动。这使得很难提高盘卷速度。此外，由于两线圈元件的卷绕方向相反，故而需要两种卷绕头。
本发明的目标是提供一种在由单个扁平金属丝形成多个并列设置的线圈元件时容易处理的线圈部件、电抗器和形成线圈部件的方法。
在本发明的第一方面中提供了一种线圈部件。该线圈部件包括多个并列设置的线圈元件和使线圈元件互连的连接部。多个线圈元件由单个扁平金属丝以扁立绕法卷绕而形成，使得线圈元件同向卷绕。连接部包括扁平金属丝的在两个线圈元件之间的以扁立绕法卷绕的一部分。连接部的一部分从两个线圈元件径向向外凸出。连接部在两个位置以平绕法弯折，使得两个线圈元件以各自轴线彼此平行的方式并列设置。
在一种实施方式中，两个线圈元件具有矩形环状构造。
在另一种实施方式中，线圈元件在设置连接部的位置处的直径相比于线圈元件其他位置处的直径缩小。
在再一种实施方式中提供了一种电抗器，所述电抗器包括如上文描述的线圈部件和设置在线圈部件中的铁心。
在又一种实施方式中，铁心包括间隙，两个线圈元件各自具有内面，铁心包括外面，并且两个线圈元件的各自内面与铁心的外面之间沿着设置扁平金属丝的连接部的位置的距离比两个线圈元件的各自内面与铁心的外面之间沿着在两个线圈元件之间形成间隙的位置的距离窄。
在本发明的第二方面中，提供了一种形成线圈部件的方法。该方法包括：绕单一轴线以扁立绕法卷绕扁平金属丝使得形成多个线圈元件且多个线圈元件同向卷绕，并且卷绕互连两个线圈元件的连接部使得连接部的一部分从两个线圈元件径向向外凸出；和以扁立绕法卷绕扁平金属丝之后，在两个位置以平绕法使连接部弯折，使得两个线圈元件以各自轴线彼此平行的方式并列设置。
在一种实施方式中，在两个位置以平绕法使连接部弯折是分两个步骤进行的。
在另一种实施方式中，在两个位置以平绕法使连接部弯折是同时进行的。
附图说明
图1是根据第一实施方式的电抗器的立体图；
图2是图1所示电抗器的平面图；
图3是图1所示电抗器的正视图；
图4是线圈部件的立体图；
图5和图6是图示了形成图4所示线圈部件的步骤的立体图；
图7A是根据第二实施方式的电抗器的平面图；
图7B是取自图7A中7B-7B线的横截面图；
图7C是取自图7A中7C-7C线的横截面图；
图8是电抗器的铁心之间的空气间隙的放大图，图示了铁心之间形成的间隙附近的磁通量状态；以及
图9是图示了形成线圈部件的步骤的立体图。
具体实施方式
参照附图描述本发明第一实施方式。
图1图示了根据第一实施方式的电抗器10的立体图。图2和图3分别图示了图1所示电抗器10的平面图(图1中箭头A方向视图)、正视图(图1中箭头B方向视图)。在所有附图中，箭头FX指示线圈元件21或22的磁通量密度，箭头WD则指示扁平金属丝30的卷绕方向。
电抗器10包括线圈部件20和UU型铁心60。UU型铁心60包括U型铁心61和U型铁心62。U型铁心61具有矩形横截面，并且在图2所示平面图中示出为U形。类似地，U型铁心62也具有矩形横截面，并且在图2所示平面图中示出为U形。U型铁心61的两端面均与U型铁心62的两端面相对且靠近。
线圈部件20的矩形环状线圈元件21绕U型铁心61与U型铁心62的相对面中的一个卷绕，而矩形环状线圈元件22绕U型铁心61与U型铁心62的相对面中的另一个卷绕。
如图4中图示的，线圈部件20包括第一线圈元件21和第二线圈元件22。第一线圈元件21具有矩形环状构造，并且第二线圈元件22具有矩形环状构造。线圈元件21的轴线由L1表示，而线圈元件22的轴线由L2表示(见图2)。
第一线圈元件21和第二线圈元件22设置成彼此并列。第一线圈元件21和第二线圈元件22通过以扁立绕法卷绕具有矩形横截面的扁平金属丝30而形成。第一元件21与第二元件22的卷绕方向相同。具体地，如图5中图示的，在形成两线圈元件21和22之前，扁平金属丝30绕单一轴线以扁立绕法卷绕。扁平金属丝30由铜制成。本文中使用的术语“以扁立绕法卷绕”指绕扁平金属丝的纵向横截面的短边卷绕。
如图4中图示的，线圈部件20包括扁平金属丝30的连接部40。连接部40使两线圈元件21和22互相连接。线圈部件20的连接部40通过使扁平金属丝30以扁立绕法卷绕的方式径向向外延伸而形成，使得连接部40的一部分从线圈元件21和22凸出。具体而言，连接部40横向凸出至线圈元件21和22的相对侧面21a和22a。
如图5中图示的，线圈部件20的连接部40包括第一弯折线41和第二弯折线42。如图4中图示的，连接部40在第一弯折线41处以平绕法垂直地即以90°角弯折。类似地，连接部40在图5所示的第二弯折线42处如图4中图示的以平绕法垂直地即以90°角弯折。本文中使用的术语“以平绕法弯折”指绕扁平金属丝的纵向横截面的长边弯折
因此，通过使连接部40在两个部分处(在弯折线41、42处)以平绕法弯折，线圈元件21和22设置成彼此平行，使得其轴线L1和L2平行(见图2)。
在线圈部件20的第一线圈元件21中，扁平金属丝30的一端30a向上(径向向外)凸出以用作连接终端。类似地，在第二线圈元件22中，扁平金属丝30的另一端向上(径向向外)凸出以用作连接终端。
下面描述制造电抗器10的方法。
首先描述形成线圈部件20的方法。
如图5中图示的，具有矩形横截面的单个扁平金属丝30以扁立绕法卷绕的方式卷绕以形成多个线圈元件21和22。所述线圈元件21和22的卷绕方向相同，并具有绕共有单一轴线的矩形环状构造。同时，通过以扁立绕法卷绕扁平金属丝30而形成使连续线圈元件21与22互连的、由扁平金属丝30制成的连接部40，使得连接部40的一部分从线圈元件21和22径向向外凸出。这是扁立绕法卷绕的过程。
扁立绕法卷绕过程之后，如图6中图示的，扁平金属丝30的连接部40在第一弯折线41处以90°角以平绕法弯折。接下来，如图4中图示的，连接部40在第二弯折线42处以90°角弯折。。因此，连接部40在两个部分处弯折，从而使线圈元件21和22设置成彼此平行，使得其轴线L1和L2平行。这是以平绕法弯折的过程。
因此，以平绕法弯折的过程在两个部分处分两个步骤进行。之后，如图1、图2和图3中图示的，U型铁心61和62的末端插入线圈元件21和22中从而使U型铁心61和62的两端面均彼此相对且靠近。
如上文描述的，每次卷绕两个线圈元件21和22，只有扁平金属丝30的中间一圈的尺寸改变以形成连接部40，之后连接部40以平绕法弯折两次即连接部弯折两次。即整根单个金属丝30绕单一轴线以扁立绕法弯折，之后金属丝30以平绕法弯折两次以完整地形成线圈部件20(线圈元件21和22)。连接部40中的电流流向与线圈元件21和22中的电流流向相同。连接部40处产生磁动势，故而连接部40可以用作1/4圈。
据此，可以一次进行以扁立绕法进行的卷绕。此外，以扁立绕法进行卷绕的方向无需改变。由此简化了步骤、提高了卷绕速度。
更详细地，如果两个线圈元件通过以使线圈元件的两轴线如日本专利No.3737461描述的那样偏移的方式以扁立绕法卷绕单个扁平金属丝形成，则盘卷扁平金属丝时的卷绕的摆动变大。这使得难以提高制造线圈的速度。另一方面，由于线圈元件在单一轴线上形成，本实施方式使得能够提高制造线圈的速度。
此外，在日本专利公报特开No.2007-305803中，第一线圈元件完全卷绕之后，直线扁平金属丝全部抽出，扁平金属丝向回卷绕从而反向形成第二线圈元件。这由于抽出扁平金属丝所需的时间不可缺少而很耗时。此外，由于第一线圈元件的摆动使得第二线圈元件无法顺畅地盘卷，故而很难提高速度。另一方面，本实施方式由于消除了抽出扁平金属丝的需要故而使得能够缩短时间，并且由于在单一轴线上形成两个线圈元件而提高速度。此外，由于线圈元件的卷绕方向相同，本实施方式只需要一种卷绕头，而日本专利No.2007-305803A则需要两种卷绕头。
本实施方式具有如下优点：
(1)作为线圈部件20的结构，并列设置的多个线圈元件21和22通过以扁立绕法卷绕单个扁平金属丝30而形成。跨接线圈元件21与部分线圈元件22的扁平金属丝30的连接部40从两线圈元件21和22径向向外凸出。之后，连接部40在两个位置(弯折线41和42)以平绕法弯折，故而线圈元件21和22设置成平行，其轴线L1和L2彼此平行。
以扁立绕法卷绕可以一次性进行。此外，线圈元件21和22之间的连接部40可以在两个位置通过以平绕法弯折形成，这有利于该过程。因此，多个线圈元件21和22设置成平行的，并通过容易地处理单个扁平金属丝30而形成。
(2)两线圈元件21和22具有矩形环状构造。因此，扁平金属丝30的连接部40的一部分很容易制成通过以扁立绕法卷绕而从线圈元件21和22径向向外凸出。
(3)作为电抗器10的结构，铁心(UU型铁心60)设置在线圈部件20中。这有利于铁心的加工以及电抗器的微型化。
(4)形成线圈部件20的方法包括以扁立绕法卷绕的过程和以平绕法卷绕的过程。在以扁立绕法卷绕的过程中，单个扁平金属丝30沿一条轴线以扁立绕法卷绕以形成多个线圈元件21和22。所述线圈元件21和22同向卷绕并且具有矩形环状构造。此外，跨接或互连两线圈元件21和22的连接部40通过以扁立绕法卷绕扁平金属丝30，使得连接部40的一部分从两线圈元件21和22径向向外凸出。在以扁立绕法卷绕之后的以平绕法弯折的过程中，连接部40在两个位置以平绕法弯折，这样线圈元件21和22并列设置并且其轴线L1和L2彼此平行。这样就制成了项目(1)中的线圈部件。
(5)在两个位置以平绕法弯折的过程包括两个独立的步骤，由此保证以平绕法的弯折的精确性。
接下来描述第二实施方式，而着重描述其与第一实施方式不同之处。
图7A图示了第二实施方式的电抗器，第二实施方式的电抗器是图2所示电抗器的替代。图7B是取自图7A中7B-7B线的横截面图。图7C是取自图7A中7C-7C线的横截面图。在图7A中，U型铁心61的端面与U型铁心62的端面之间存在空气间隙。
在此实施方式中，使第一线圈元件21与第二线圈元件22之间的距离或间隔L5(见图2)更短从而使电抗器最小化。在图2和图3中，第一线圈元件21与第二线圈元件22之间需要移动扁平金属丝30的连接部40的空间。另一方面，如果UU型铁心60的腿部设置得更近(或使图2中的UU型铁心60在左-右方向更小)，UU型铁心60与线圈元件21和22之间的距离或间隔L6(见图3)变得更短。这使得磁通量70从U型铁心61和62的磁性腿部之间的空气间隙72泄漏至U型铁心61和62之外。泄漏的磁通71与线圈部件20的扁平金属丝30连接时(如图8中的双点划线指出的)，线圈部件20的线圈中产生涡流。这样，由涡流造成的损失变大。
在此实施方式中，如图7A至图7C中图示的，第一线圈元件21与第二线圈元件22比在第一实施方式中更靠近，而线圈元件21和22设置连接部40的部分具有缩小的直径以保证在第一线圈元件21与第二线圈元件22之间容纳连接部40的空间。
如图7B中图示的，沿着在线圈元件21与22之间形成空气间隙的位置，线圈元件21和22的各内面25与UU型铁心60(U型铁心61和U型铁心62)的相应外面65之间的距离或间隔L10具有固定值。如图7C中图示的，沿着设置扁平金属丝30的连接部40的位置，线圈元件21和22的各内面25与UU型铁心60(U型铁心61和U型铁心62)的相应外面65之间的距离或间隔L11。相比于距离或间隔L10，距离或间隔L11更窄。即设置连接部40的位置处的线圈元件的直径小于剩余部分的线圈元件的直径。
在形成如图9中图示的作为图5所示装置的替代的线圈元件的过程中，线圈的直径在对应于第一线圈元件21的区段的特定区域以及对应于第二线圈元件22的区段的特定区域处缩小。之后，扁平金属丝如图6和图4中图示的那样弯折以形成线圈部件。
如上文描述的，在此实施方式中，线圈元件21和22的各内面25与UU型铁心60的相应外面65之间沿着设置扁平金属丝30的连接部40的位置的距离L11比线圈元件21和22的各内面25与UU型铁心60的相应外面65之间沿着在线圈元件21与22之间形成间隙的位置的距离L10窄。因此，线圈元件21和线圈元件22可以定位成彼此非常靠近，同时保持将连接部40设置在两线圈元件21与22之间的空间，减小涡流损失。由此可以减小电抗器的尺寸。
本发明范围内的实施方式不局限于上述实施方式，而是可以特别地包括如下实施方式。
在上述实施方式中，以平绕法弯折的过程分两个步骤在两个部分(弯折线41和42)进行。替代地，在两个部分的以平绕法弯折也可以同时进行。
线圈元件21和22可以不具有矩形环状构造。
在第二实施方式中，线圈元件21和22的直径在设置连接部40的位置均缩小。替代地，也可以缩小线圈元件21和22中任一个的直径。

Claims (8)

1.一种线圈部件(20)，包括：
多个并列设置的线圈元件，其中，所述多个线圈元件由单个扁平金属丝(30)以扁立绕法卷绕而形成，使得所述线圈元件同向卷绕；和
连接部(40)，所述连接部(40)使所述线圈元件(21，22)互连，其中，所述连接部(40)包括所述扁平金属丝(30)的在两个所述线圈元件(21，22)之间的以扁立绕法卷绕的一部分，其中，所述连接部(40)的一部分从所述两个线圈元件(21，22)径向向外凸出，并且所述连接部(40)在两个位置(41，42)以平绕法弯折，使得所述两个线圈元件(21，22)以各自轴线(L1，L2)彼此平行的方式并列设置。
2.如权利要求1所述的线圈部件(20)，其特征在于，所述两个线圈元件(21，22)具有矩形环状结构。
3.如权利要求1所述的线圈部件(20)，其特征在于，所述线圈元件(21，22)在设置所述连接部(40)的位置处的直径相比于所述线圈元件(21，22)其他位置处的直径缩小。
4.一种电抗器(10)，包括：如权利要求1所述的线圈部件(20)和设置在所述线圈部件(20)中的铁心(60)。
5.如权利要求4所述的电抗器(10)，其特征在于，所述铁心(60)包括间隙(72)，所述两个线圈元件(21，22)各自具有内面(25)，所述铁心(60)包括外面(65)，并且所述两个线圈元件(21，22)的各自所述内面(25)与所述铁心(60)的所述外面(65)之间沿着设置所述扁平金属丝(30)的所述连接部(40)的位置的距离(L11)比所述两个线圈元件(21，22)的各自所述内面(25)与所述铁心(60)的所述外面(65)之间沿着在所述两个线圈元件(21，22)之间形成所述间隙(72)的位置的距离(L10)窄。
6.一种形成线圈部件的方法，包括：
绕单一轴线以扁立绕法卷绕扁平金属丝(30)使得形成多个线圈元件且所述多个线圈元件同向卷绕，并且卷绕互连两个所述线圈元件(21，22)的连接部(40)使得所述连接部(40)的一部分从所述两个线圈元件(21，22)径向向外凸出；和
以扁立绕法卷绕所述扁平金属丝(30)之后，在两个位置(41，42)以平绕法使所述连接部(40)弯折，使得所述两个线圈元件(21，22)以各自轴线(L1，L2)彼此平行的方式并列设置。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述两个位置(41，42)以平绕法使所述连接部(40)弯折是分两个步骤进行的。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述两个位置(41，42)以平绕法使所述连接部(40)弯折是同时进行的。
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