CN102483986B - 磁流量计的线圈组件和生产磁流量计的鞍形线圈的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种线圈组件(20)，所述线圈组件包括线圈架(22；22A-22D)和绕组(24)。所述线圈架(22；22A-22D)包括：限定有环的基底(26)，所述环由一对相对的第一侧边和一对相对的第二侧边限定；多个间隔分开的支撑部件(30；30A-30D)，从基底(26)沿着第一侧边延伸；和线圈支撑结构(28A，28B)，在所述环的每个第二侧边处从基底(26)延伸。每个支撑部件(30；30A-30D)包括第一部分(32)和第二部分(34)，第一部分(32)从基底(26)延伸，第二部分(34)从第一部分(32)延伸，缺口限定在相邻支撑部件(30；30A-30D)之间。绕组(24)紧靠所述多个间隔分开的支撑部件(30；30A-30D)中的至少一些的所述第一部分(32)，并且至少部分地由支撑部件(30；30A-30D)的所述第二部分固定。绕组(24)紧靠每个线圈支撑结构(28A，28B)并且弯曲成鞍形。

Description

磁流量计的线圈组件和生产磁流量计的鞍形线圈的方法
技术领域
本发明涉及线圈架、利用线圈架的磁性线圈以其生产方法。
背景技术
具有鞍形的磁性线圈(简称为鞍形线圈)用在诸如磁流量计之类的装置中。在典型的磁流量计中，一对鞍形线圈被固定在流体流过的圆筒形管道的外部。一个或多个电极通常延伸穿过管道，管道一般地包括非导电衬里，并且当流体在大致垂直于由鞍形线圈产生的主磁场的方向上移动时，通过管道的流动被感测。这种流量计用于检测、测量和控制工业过程装置以及在其他设置中的工业过程。
用于磁流量计的典型鞍形线圈是通过下述方式制成的，即通过在平坦(即平面)方位上围绕永久固定装置缠绕线圈绕组，然后用覆盖绕组的顶部和底部的胶带或玻璃纤维材料缠绕绕组。下一步，绕组从固定装置上移除并且套在圆柱体的一部分上，以将其弯曲到所需鞍形。然后绕组上的涂层粘合在一起以将绕组硬化成所需的形状。最后，使用传统螺纹机械紧固件(如螺栓、螺钉和夹钳)将缠绕组件固定到管道上的安装位置。利用胶带(或玻璃纤维)是因为绕组的线上的绝缘涂层比较薄，并且在使用过程中，鞍形线圈可能被暴露到振动和可能磨损绝缘涂层的其他条件，并造成导线到安装鞍形线圈的管道的短路的危险。胶带也有助于在弯曲和粘接操作过程中将绕组的线保持在一起。然而，在这种现有技术中利用的胶带和夹具在制造过程中是繁琐的。
因此，需要替换的缠绕和制造方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于磁流量计的线圈组件，所述线圈组件包括：
线圈架，所述线圈架包括：
基底，限定有具有中心开口的环，所述环具有由一对相对的第一侧边和一对相对的第二侧边限定的矩形形状，其中第一侧边长于第二侧边；
从基底沿着第一侧边延伸的多个间隔分开的支撑部件，其中，每个支撑部件包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分从所述基底延伸，并且所述第二部分以相对于所述第一部分成一角度的方式从所述第一部分延伸，并且其中缺口限定在相邻的支撑部件之间；和
线圈支撑结构，在所述环的每个第二侧边处从所述基底延伸；和
围绕线圈架缠绕的绕组，其中该绕组紧靠所述多个间隔分开的支撑部件中的至少一些的所述第一部分，并且至少部分地由所述支撑部件的所述第二部分固定，其中所述绕组紧靠每个线圈支撑结构，并且所述绕组弯曲成鞍形，并且其中支撑部件之间的所述缺口能够使支撑部件覆盖绕组的顶部，同时仍然允许线圈架弯曲到鞍形。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种生产用于磁流量计的鞍形线圈的方法，该方法包括下述步骤：
提供线圈架，其中线圈架包括基底，该基底形成环和多个支撑部件，缺口限定在所述多个支撑部件中的相邻支撑部件之间，每个支撑部件具有远端部分和连接到基底的大致平坦的近端部分；
在大致平坦的方位上围绕线圈架缠绕绕组，其中被缠绕的绕组邻近所述基底和所述多个支撑部件两者；
将线圈架和绕组两者弯曲成鞍形，其中弯曲步骤包括：
使支撑部件中相邻的支撑部件围绕一轴线相对彼此枢转，所述轴线沿着所述基底被限定在相邻的支撑部件之间的缺口处并且垂直于相邻支撑部件的所述近端部分限定，由此相邻支撑部件的所述远端部分在被枢转以后进一步间隔分开，使得所述缺口的尺寸增加以能够使支撑部件覆盖绕组的顶部，同时仍然允许线圈架弯曲到鞍形；和
在与相邻支撑部件之间的所述轴线大致对齐的离散位置处以分段的方式弯曲线圈架的所述基底。
附图说明
图1是根据本发明的线圈组件弯曲前的透视图。
图2是图1的线圈组件的侧视图。
图3是图1和2的弯曲成鞍形的线圈组件的透视图。
图4是图1-3的固定在安装位置处的线圈组件的一部分的横截面视图。
图5A-5D是根据本发明的线圈架的各种替代实施例的一部分的横截面视图。
图6是根据本发明的线圈组件的替代实施例的横截面视图。
图7是制作和安装根据本发明的线圈组件的方法的流程图。
具体实施方式
在一般情况下，本发明涉及线圈架、鞍形线圈组件以其生产方法。鞍形线圈组件可以配置为使用在磁流量计中，该磁流量计适于例如用在工业过程设施中用于检测、测量和控制工业过程。该组件包括围绕线圈架缠绕的线圈绕组，线圈架有助于限定线圈组件的形状，也有助于将完成的线圈固定在安装位置处。线圈架允许绕组由线圈架保持的同时在平坦或平面方位上被缠绕，然后弯曲到所需的鞍形。绕组和线圈架两者都可以以相对简单和有效的方式被固定到所需的安装位置。线圈架包括多个支撑部件，支撑部件由“锯痕切口”(与木工所用的类似)间隔开，以在相邻支撑部件之间发生枢转运动从而线圈架以分段方式被弯曲的方式，锯痕切口允许线圈架和相关线圈被弯曲到所需的鞍形。线圈架的支撑部件延伸以覆盖绕组的顶部，而线圈架的环型且大致连续的基底定位在绕组的底部和安装该绕组的结构(如管道)之间。也可以设置可弯曲的翼片，例如与线圈架的支撑部件整体地形成的翼片，该翼片在绕组上弯曲以帮助将绕组牢固地固定到所需位置，并且避免对额外的、传统的、机械夹具的需要。考虑随后的讨论，将理解本发明的其细节和优势。
图1是线圈组件20的透视图，以大致平坦(或平面)外形示出线圈组件20。图2是以相同的大致平坦外形示出的线圈组件20的侧视图。线圈组件20包括线圈架22和绕组24。在一个实施例中，绕组24由自粘合磁导线制成，例如，其上具有电绝缘涂层和设置在电绝缘涂层上用作表面涂层的可粘合涂层的铜线。可粘合涂层允许多匝绕组24粘合在一起以将绕组硬化成所需形状。可粘合涂层被配置以能够在电绝缘涂层不粘合的情况下粘合。例如，可粘合涂层可以是具有低于电绝缘涂层软化温度的软化温度(例如，约150-200℃)的环氧树脂。替换地，可粘合涂层可以使用溶剂或其他材料(例如共聚合反应)以如下方式回流：在下层的电绝缘涂层保持稳定的同时发生相邻匝的绕组24的粘合。合适的自粘合磁导线可从加利福尼亚州的Westlake Village的MWS Wire Industries获得。
在图示实施例中，线圈架22包括基底26、第一和第二线圈支撑结构28A和28B(每个线圈支撑结构可以的横截面为大致L形的)和多个支撑部件30。线圈架22可以由聚合物材料、树脂浸渍纸、木采、金属或其他合适材料制成。线圈架22通常优选由允许适当程度柔性的电绝缘材料制成。
基底26具有大致平坦外形并且限定有矩形环，该矩形环具有中心开口、长度为L的一对相对的第一侧边和宽度为W的一对相对的第二侧边。在图示的实施例中，长度L比宽度W长，虽然将认识到，在其它实施例中，长度L和宽度W之间的其他关系是可能的。在替代的实施例中，由基底26限定的环可以是三角形、圆形或有任何其他形状。
第一线圈支撑结构28A位于基底26的第二侧边中的一个处，第二线圈支撑结构28B位于基底26的相反的第二侧边处。在图示的实施例中，每个线圈支撑结构28A和28B从基底26的位于环的中心开口处的内边缘延伸。第一和第二线圈支撑结构28A和28B可以与基底26整体地形成。
一共7个间隔分开的支撑部件30沿着基底26的第一侧边中的每一个定位，从基底26的位于环的中心开口处从内边缘延伸。在替代实施例中，可以根据需要设置或多或少的支撑部件30。支撑部件30可以与基底26整体地形成。缺口(或槽或“锯痕切口”)限定在间隔分开的支撑部件30中的相邻支撑部件之间。每个支撑部件30包括从基底26延伸的第一部分32，和从第一部分32延伸的第二部分34。第一部分32和第二部分34可以是大致平坦的。在图示的实施例中，第一部分32设置为相对基底26的邻近区域成约90度，第二部分34设置成相对于第一部分32成约90并且大致平行于基底26的邻近区域。
线圈支撑结构28A和28B以及支撑部件30共同地限定具有开口面的通道。线圈架22的该通道接收并保持绕组24，并且穿过该通道结构形成的缺口或“锯痕切口”允许线圈架22弯曲，如在下文中更详细地说明的那样。
在图示的实施例中，一些支撑部件30包括用于将线圈架22到所需位置的其它特征。第二部分34包括由铰链36连接在一起的第一大致平坦段34A和第二大致平坦段34B。如图1和2所示，第一和第二段34A和34B以大致共面配置布置，这有助于提供无阻碍接近，以围绕线圈支撑结构28A和28B以及支撑部件30缠绕多匝绕组24。在第一和第二段34A和34B通过铰链36一体地连接的情况下，铰链36可以被配置为第二段34的大致线性延伸的变薄区域，以允许第二部分34的材料弯曲。铰链36允许第二段34B相对第一段34A围绕由铰链36限定的轴线可枢转地移动。为具有铰链36的支撑部件设置第三部分38，第三部分38从第二部分34的第二段34B延伸。在图示的实施例中，第三部分38大致是平坦的，并且相对于第二部分34的第二段34B成约90度布置。固定部件40形成在第三部分38处。在图示的实施例中，固定部件是用于接收紧固件的孔(在图1和2中未显示)，但在替代的实施例中可以是能够与互补固定部件接合的卡扣或者拉链部件(例如，相对的支撑部件30可以围绕相邻安装结构缠绕并且将它们各自的固定部件40连接在一起以固定线圈架22)。
在图示的实施例中设置多个可弯曲部件42(其图示为具有大致L形横截面)，每个可弯曲部件42具有固定部件40，可弯曲部件42在铰链44处从线圈支撑结构28A和28B延伸。两个间隔分开的可弯曲部件42可以从每个线圈支撑结构28和28B延伸。每个可弯曲部件42能够围绕其各自的铰链44相对于线圈支撑结构28A和28B可枢转地运动。
可选的每个具有固定部件48的辅助翼片46可以从基底26延伸进入环的中心开口。辅助翼片46的部分或全部可以与支撑部件30或可弯曲部件42对齐，以在对应的固定部件40和48之间形成连续的连接板材，以帮助固定绕组24。在这种方式，支撑部件30和可弯曲部件42作为带，以帮助将线圈架22和线圈24固定在所需位置处。
图3是弯曲到鞍形的线圈组件20的透视图。通过围绕具有所需曲率的物体(诸如合适的固定装置或安装结构)弯曲线圈架22可以控制所需的弯曲形状。正如图3所示，在线圈架22的相邻支撑部件30之间的缺口处沿着基底26限定了轴线A。当线圈组件20弯曲时，相邻支撑部件30围绕轴线A相对彼此枢转，从而第二部分34大致彼此移动分开，并且支撑部件30之间的缺口尺寸增加。线圈组件20的弯曲进一步导致线圈架22的基底26在与轴线A大致对齐的离散位置处弯曲。以此方式，线圈架22在弯曲时以分段方式弯曲，基底26的将轴线A夹在中间的部分保持大致平坦配置，而整体线圈组件20呈鞍形。支撑部件30之间的缺口能够使支撑部件覆盖绕组24的顶部，同时仍然允许线圈架22弯曲到鞍形。在绕组24的顶部处的第二部分34的存在有益于帮助防止缠绕24磨损和与其他物体接触，否则这种磨损和接触可能会产生短路。
图4是在安装位置处固定到管道50的外部的线圈组件20的一部分的横截面视图，管道50包含电绝缘衬里51和流体52。正如图4所示，线圈架22的基底26靠着管道50的外表面定位，并且铰链36被偏转，从而第二部分34的第二段34B相对第一段34A约成直角布置，和第三部分38靠着管道50的外表面定位。辅助翼片46也靠着对管道50的外表面定位。在图示的实施例中具有类似于带有中心凹陷和升高外缘的垫片的形状的紧固件54被定位在支撑部件30的第三部分38的辅助翼片46和固定部件40和48处，并且用点焊缝56固定到管道50的外部。紧固件54因而将线圈组件20固定到管道。应当指出的是，紧固件54在替代实施例中可以具有其他配置。例如，可替换地，紧固件54可以是焊接到管道50并且用合适螺母22固定到线圈架22的螺栓。
根据本发明的线圈架在替代实施例中可以具有各种配置。图5A-5D分别是线圈架22A-22D的各种替代实施例的一部分的横截面视图。线圈架22A-22D大于类似于与上述线圈架22。然而，每个线圈架22A-22D分别具有带部件30A-30D，分带部件30A-30D相对于基底26具有不同的截面形状和/或定向。每个线圈架22A-22D也分别地形成有可以围绕铰链36枢转的可弯曲部分38A-38D。应当指出的是，线圈架22A-22D的实施例是通过示例而非限制的方式显示的，并且根据本发明的其它配置是可能的。
本发明的特征可以以不同方式实施。例如，图6描绘根据本发明的组件的替代实施例，其利用柔性翼片样的支撑部件以方便安装，但并不需要上述线圈架22的全部特征(尽管可以任选地利用这种线圈架)。图6是可透磁磁心件114、第一结构116、第二结构118和线圈组件120的替代实施例的横截面视图。在图示实施例中，线圈组件120包括线圈124和固定到线圈124的带装置122(例如，通过作为线圈124围绕其缠绕的线圈架的一体部分而固定，或以任何其它合适的方式固定)。带装置122包括具有由铰链136连接的第一段134A和第二段134B的部分134，和从第二段134B延伸的另一部分138。固定部件140定位在该部分138处。通道150限定在第一结构116内，电绝缘衬里151定位在通道150中，流体152可以在电绝缘衬里151内流动。磁心件114从线圈124延伸穿过第一结构116，到达邻近通道150的位置。第二结构118邻近第一结构116定位，并且连接到第一结构116以提供结构性支撑。带装置122可以在铰链136处偏转，并且紧固件154(虚线显示)在固定部件140处定位以相对于第一结构116将线圈组件120固定到第二结构118。替换地，紧固件154可直接连接到第一结构116。
图7是制作和安装根据本发明的线圈组件的方法的流程图。首先，由聚合物材料模制线圈架(或带装置)(步骤200)。在替代实施例中，线圈架(或带装置)可以由其他材料制成，并且可以采用其他工艺生产，诸如冲压、切割、铣削和其他已知工艺。接下来，在大致平坦或平面方位上将绕组缠绕成线圈形状(步骤202)。可以围绕线圈架的结构缠绕绕组。下一步，将绕组弯曲成鞍形(步骤204)。可以使用合适的固定装置以控制绕组弯曲到所需鞍形。如前所述，在随后围绕根据本发明线圈架缠绕绕组时，线圈架与绕组一起以分段方式弯曲成鞍形。在弯曲以后，绕组被硬化(步骤206)。在绕组由自粘合磁导线制成的情况，可以通过施加来自外部热源的热、使电流流过绕组以产生热量、涂敷溶剂、共聚合反应或其他合适工艺粘合绕组。
翼片(或带、支撑部件或其他可弯曲结构)然后在绕组的一部分之上弯曲(步骤208)。当绕组定位在所需安装位置时，一个或多个紧固件被固定以将绕组组件连接到安装位置(步骤210)。紧固件可以被固定到线圈架的弯曲翼片或其他部分。
应当指出，制作和安装线圈组件的方法可以包括没有特别提及的其它步骤。此外，在某些实施例中可以省略某些步骤。例如，可以利用可弯曲翼片用于安装几乎任何配置的线圈组件，并且可以省略用于制造线圈架的步骤。此外，可弯曲翼片的使用可以被省略，并且线圈架可以以传统方式固定到安装位置。
本领域技术人员应认识到，本发明提供众多的优势和好处。例如，本发明提供了一种线圈组件，其有助于防止相关绕组在使用过程中被损坏或磨损，从而有助于减少短路的风险。此外，本发明提供相对容易制作和安装的线圈组件。考虑到本发明的全部将理解其它的特征和优势。
虽然已经参照示例性实施例描述本发明，本领域技术人员应理解，在没有背离本发明的范围的情况下，可以进行各种变化，并且可以用等同物可以其元件。此外，在不背离其本质范围的情况下，可以进行多种修改以使特定情况或材料适应本发明的教诲。因此，意图在于，本发明不受所公开的具体实施例的限制，而是本发明将包括落入附后权利要求的保护范围内的所有实施例。例如，根据本发明的线圈架的大小和形状可以根据用于特定应用的需要而变化。

Claims (23)

1.一种用于磁流量计的线圈组件，所述线圈组件包括：
线圈架，所述线圈架包括：
基底，限定有具有中心开口的环，所述环具有由一对相对的第一侧边和一对相对的第二侧边限定的矩形形状，其中第一侧边长于第二侧边；
从基底沿着第一侧边延伸的多个间隔分开的支撑部件，其中，每个支撑部件包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分从所述基底延伸，并且所述第二部分以相对于所述第一部分成一角度的方式从所述第一部分延伸，并且其中缺口限定在相邻的支撑部件之间；和
线圈支撑结构，在所述环的每个第二侧边处从所述基底延伸；和
围绕线圈架缠绕的绕组，其中该绕组紧靠所述多个间隔分开的支撑部件中的至少一些的所述第一部分，并且至少部分地由所述支撑部件的所述第二部分固定，其中所述绕组紧靠每个线圈支撑结构，并且所述绕组弯曲成鞍形，并且其中支撑部件之间的所述缺口能够使支撑部件覆盖绕组的顶部，同时仍然允许线圈架弯曲到鞍形。
2.根据权利要求1所述的线圈组件，其中线圈架包括聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的线圈组件，其中所述绕组包括导电材料，该导电材料具有位于其上的第一涂层以及作为表面涂层设置在第一涂层之上的第二涂层，第一涂层是电绝缘的，并且第二涂层被配置为将相邻匝绕组粘合在一起。
4.根据权利要求3所述的线圈组件，其中第二涂层具有150-200℃的粘合温度。
5.根据权利要求1所述的线圈组件，其中线圈架的所述基底限定多个大致平坦区域，每个平坦区域邻近一个支撑部件的相应第一部分定位，并且其中线圈架的所述基底在间隔分开位置处弯曲，每个间隔分开位置邻近相邻支撑部件之间的缺口中的一个。
6.根据权利要求5所述的线圈组件，其中每个支撑部件的所述第一部分是大致平坦的，其中每个支撑部件的所述第二部分是大致平坦的，并且其中每个支撑部件的所述第二部分大致平行于所述基底的大致平坦区域中的相邻的一个布置。
7.根据权利要求1所述的线圈组件，其中每个支撑部件的所述第二部分大致平行于所述基底的邻近区域布置。
8.根据权利要求1所述的线圈组件，其中每个支撑部件的所述第一部分相对于基底的邻近区域成约90度布置，并且其中每个支撑部件的所述第二部分相对于所述第一部分成约90度布置。
9.根据权利要求1所述的线圈组件，进一步包括：
第一翼片，所述第一翼片包括：
第一翼片部分，从线圈架的所述基底延伸；
第二翼片部分，从所述第一翼片部分延伸；
铰链，位于所述第二翼片部分处；
第三翼片部分，以一角度从所述第二翼片部分延伸；和
固定部件，位于所述第三翼片部分处，用于将紧固件固定到所述第一翼片。
10.根据权利要求9所述的线圈组件，其中所述第二翼片部分在铰链处弯曲，从而所述第三翼片部分邻近线圈架的所述基底定位。
11.根据权利要求9所述的线圈组件，其中所述第一翼片邻近至少一个支撑部件定位。
12.根据权利要求9所述的线圈组件，还包括：
管道，具有大致圆筒形状，其中线圈架的所述基底定位在管道的外表面上；和
紧固件，接合在在所述固定部件和管道之间，以将线圈架固定到管道。
13.根据权利要求9所述的线圈组件，进一步包括：
辅助翼片，从线圈架的所述基底延伸，其中辅助翼片与第一翼片的所述第一翼片部分大致对齐。
14.根据权利要求9所述的线圈组件，其中所述第三翼片部分相对于第二翼片部分成约90度布置。
15.根据权利要求9所述的线圈组件，其中所述铰链包括所述第二翼片部分的大致线性延伸的变薄区域。
16.根据权利要求9所述的线圈组件，其中所述铰链将所述第二翼片部分的邻近区域定位成相对彼此成约90度。
17.一种生产用于磁流量计的鞍形线圈的方法，该方法包括下述步骤：
提供线圈架，其中线圈架包括基底，该基底形成环和多个支撑部件，缺口限定在所述多个支撑部件中的相邻支撑部件之间，每个支撑部件具有远端部分和连接到基底的大致平坦的近端部分；
在大致平坦的方位上围绕线圈架缠绕绕组，其中被缠绕的绕组邻近所述基底和所述多个支撑部件两者；
将线圈架和绕组两者弯曲成鞍形，其中弯曲步骤包括：
使支撑部件中相邻的支撑部件围绕一轴线相对彼此枢转，所述轴线沿着所述基底被限定在相邻的支撑部件之间的缺口处并且垂直于相邻支撑部件的所述近端部分限定，由此相邻支撑部件的所述远端部分在被枢转以后进一步间隔分开，使得所述缺口的尺寸增加以能够使支撑部件覆盖绕组的顶部，同时仍然允许线圈架弯曲到鞍形；和
在与相邻支撑部件之间的所述轴线大致对齐的离散位置处以分段的方式弯曲线圈架的所述基底。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括将所述绕组硬化为鞍形的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将绕组硬化为鞍形的步骤包括在所述绕组上溶剂粘合热塑性粘合剂表面涂层的步骤。
20.根据权利要求18所述的方法，其中将绕组硬化为鞍形的步骤包括向所述绕组上的热塑性粘合剂表面涂层施加来自外部热源的热量的步骤。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括下述步骤：
由聚合物材料模制线圈架。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括下述步骤：
使线圈架的翼片在所述绕组的一部分上弯曲，其中所述翼片从一个支撑部件的所述远端部分延伸。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括下述步骤：
将紧固件固定到弯曲的翼片。
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