CN104221105B - 用于磁感应装置的三相磁芯及其制造方法 - Google Patents

用于磁感应装置的三相磁芯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于磁感应装置(例如，变压器、线圈、扼流圈)的三相磁芯，和用于制造它们的方法。所述磁芯通常由三个总体矩形状磁芯构造，磁芯具有沿所述框架的侧部延伸的阶梯状构造。所述框架被设置成形成三角棱柱结构，以使局部相邻框架的侧部均匀地接合，以形成可以放置三相磁感应装置的线圈的三个磁芯柱。

Description

用于磁感应装置的三相磁芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及三相磁感应装置，在这种装置中使用的磁路芯，以及用于制造它们的方法。
背景技术
磁感应装置(例如，电力变压器、扼流圈等)被设计成，基于互感效应而在感应耦合的缠绕导体(线圈)之间传递电能。例如，在电力变压器中，提供给感应耦合至变压器铁芯的一次绕组的交流电流在该铁芯中产生磁通量，其在耦合至该变压器铁芯的二次绕组中感应出电动力(EMF)或电压。
三相变压器通常包括磁芯回路和感应耦合至该磁芯回路的三个线圈模块。每一个线圈模块通常由一次绕组和二次绕组构造。目前发展水平的三相电力变压器通常利用所谓的“E+1”磁芯构造(其中，将线圈安装在磁芯的“E”状框架的三个芯柱上，此后，用该磁芯的“1”状轭部封闭)。该“E+1”磁芯构造提供了一种平坦磁芯结构，其包括按单一平面以几何方式设置几个互连磁芯轭和柱状部件。
例如，美国专利No.6668444公开了一种具有由非晶态金属带制成的平坦磁芯构造的三相变压器。该平坦磁芯构造利用“阶梯状”接头，其被设计成易于开启该磁芯柱以将线圈放置在其上，此后将该接头封闭，由此封闭磁芯回路。然而，该制造技术提供了这样一种平坦磁芯结构，即，其对于磁通量分配来说效率不高、需要技术复杂的磁路封闭，而且导致重量相当大的磁芯。具体来说，无法解决这些平坦变压器构造的这种平坦磁芯结构中的不对称磁通量分布问题。
针对平坦三相变压器构造的可能另选例是，三角型磁芯磁系统。例如，美国专利No.6683524公开了一种具有三角(德尔塔，delta)结构的三相变压器。在该解决方案中，变压器铁芯由三个框架制成，每个框架包括由宽度恒定的磁性材料带缠绕的几个环。这些框架被装配成磁芯，以使形成具有在角部之间延伸的垂直芯柱的两个三角形轭状结构，其中，该芯柱由一个相对于另一个滑动、偏移或倾斜的缠绕环形成。这种构造提供了具有多边形截面形状的变压器芯柱，然而，其在制造上非常复杂，而且其结构性构造增加了磁损耗。
美国专利公报No.2010/0194515描述了一种由三个框架构造的三角形三相变压器，这些框架被装配以构造六角形芯柱(还已知为“hexaformer”)，其采用利用偏移缠绕技术获得的锥状环结构。在该申请中，提出了制造部分由缠绕非晶态带且部分由铁芯硅钢制成的磁芯，其因这些材料具有不同厚度、不同机械强度并且在缠绕期间需要不同的工作张力而极其困难。因此，这样构造的框架不提供高的绕组密度，而这是磁系统的主要参数之一。而且，与非晶态材料相比，使用这种混合磁芯框架因铁芯硅钢中的增加的磁损耗而增加了负载损耗。该公报还提出了以机械方式蚀刻磁芯框架，这是非常有问题的，因为所需工作量根据框架中使用的铁芯硅钢的量来确定。而且，非晶态带和铁芯硅钢因这些力而同时位移趋于使非晶态金属带断裂，而其将导致非负载电流增加。
欧洲专利公报No.EP 2395521公开了一种用于制造由非晶态金属带制成的三角形变压器铁芯的方法，其中，由磁芯制成的芯柱按三角形构造设置，其中，该磁芯柱的截面具有圆形或多边形形状。为了获得该芯柱的所需截面形状，磁芯框架由连续缠绕带层构造，其中，借助于激光切割根据磁芯柱的相应层来调节该带的宽度。然而，典型地在这样激光切割非晶态带期间形成的熔化材料导致沿切割边缘形成带材料的僵硬熔滴，其在缠绕期间造成磁性带层之间的间隙。另外，这种僵硬熔滴还在磁系统操作期间创建了发生短路的条件。应注意到，这种制造具有可变截面的磁芯的方法实现起来非常复杂且有问题。
美国专利No.6809620公开了具有由三个框架装配的三角笼铁芯结构的三相变压器。该三框架装配件形成了由三个芯柱连接了角部的三角形轭状结构，其中，该磁芯框架由多个带缠绕成，每个带相对于相邻带偏移，以获得该框架的长斜方形截面。该磁芯由交错环结构制成，该交错环结构由磁性材料线或带制成，其中，每个环组成两个芯柱的一部分。然而，该专利中提出的交错环结构需要非常复杂的生产技术，特别是制造电力变压器时。
发明内容
本发明总体上涉及用于磁感应装置(例如，变压器、扼流圈)的三相磁芯，其包括三个总体矩形磁芯框架，即，具有侧部和轭部。该框架按大致三角棱柱(五面体)构造设置，每个框架沿侧部的内表面和外表面中的任一个或两个具有阶梯状构造。两个局部相邻框架的侧部接合以形成其上可以放置线圈的芯柱。由此，整个磁芯具有由均匀接合的相邻框架形成的三个芯柱，其上可以放置三相磁感应装置的三个线圈。
该磁芯框架通常具有空间形状。如上所示，该框架的侧部的内表面和外表面中的任一个可以具有形成相应突出面(例如，内面)的阶梯状构造，而另一表面可以具有类似构造(外面)，或者可以是平坦或弯曲的，或者按照设计需求的任何其它合适形状。该磁芯通常由一个紧接着另一个(即，局部相邻)相邻定位的三个这种磁芯框架装配而成，以使局部相邻框架的阶梯状侧部均匀接合，以形成该磁芯柱。
限定沿框架侧部的阶梯状突出面的上述构造在相邻框架之间提供了紧密且均匀的接合(即，沿磁芯的柱部)。该构造还提供了芯柱的外表面(由框架的接合侧部限定的)的几何结构/形状(例如，圆形或多边形)与要放置在磁芯柱上的对应线圈的内表面的几何结构/形状之间的最佳匹配。这提供了柱部的磁性材料沿其承载/面对线圈的区域的最佳(最大)截面占用率，由此，改进了效率和各种磁芯特性，如减小几何尺寸，和减少磁芯材料量和重量等。
例如，在一些实施方式中，阶梯状构造利用具有大约30°的斜度的梯阶布置/排列，并且框架相对于彼此以60°角取向，由此形成多边形形状(例如，三角棱柱五面体)，即，其中，通过轭部限定上/下底座的等边三角形几何结构。
这些磁芯框架中的一个或更多个可以由用磁性带制成的多个多层环来制造。该磁芯框架可以由宽度不同的多个磁性带形成，每个带被缠绕以形成多层环，其中，该缠绕环以一个在另一个上的方式缠绕，以形成阶梯状面。另选的是，该多层环可以单独地制备，每个由缠绕磁性带制成，并且该磁芯框架可以通过一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置这些环来制备，以形成磁芯框架的希望的阶梯状构造。
在一些实施方式中，该磁芯框架通过连续缠绕磁性材料带，以形成以一个在另一个上的方式设置的多层环来构造，针对连续多层环来说，利用具有连续减少或增加宽度的磁性材料带。例如，每个多层环可以通过缠绕具有预定长度和宽度的磁性带来制备，并且每个带的带匝以一个在另一个顶部上的方式大致对准，由此，形成阶梯状构造的单一梯阶，所述梯阶具有根据带匝的数量限定的梯阶厚度。这样，这些环的磁性带可以按它们的厚度的降序以一个在另一个上的方式缠绕，由此获得该框架的至少内面的希望的阶梯状构造。因此，在这个示例中，最内侧多层环由具有最大宽度的带缠绕，而最外侧多层环由具有最小宽度的带缠绕。
在一些实施方式中，该磁芯框架通过按带宽度的升序，以一个在另一个上的方式连续缠绕至少一些磁性材料带，并接着按它们的宽度的降序，以一个在另一个上的方式在其上缠绕至少一些其它磁性材料带来构造。这样，磁芯框架的柱部可以被设置成在该框架的一个面(内面)上采取阶梯状构造，而在该框架的另一面(外面)上采用弯曲截面形状。该框架的柱部的这种构造提供了一种通过接合框架的阶梯状侧部而获得的磁芯柱的弯曲截面形状(例如，限定磁芯柱的截面的曲线在形状上为圆形)，以构造三角棱柱磁芯结构。
另选的是，一个或更多个磁芯框架可以由多个多层环装配，这些环中的每个由分离缠绕的磁性材料带制造，以生成具有预定环宽度(例如，根据该环中的匝数限定)和预定中心开孔的多层环。每个多层环可以由具有预定长度和宽度的磁性带制备，其中，该环(梯阶)的厚度根据带宽度限定，并且每个环的匝以一个在另一个上的方式对准，由此获得大致平坦的环面。在这种实现中，这些多层环相对于它们的环宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置(即，在邻接关系上具有相邻环的平坦面)，由此获得该框架的至少一个面(内面)的希望的阶梯状构造，同时根据所叠置环的中心开孔的同轴布置限定中心窗口。这些框架的中心开孔的尺寸可以被调节成，容纳三相磁感应装置的线圈，其要被放置在通过该框架构造的磁芯的芯柱上。
例如，在可能实施方式中，这些多层环可以按它们的环宽度的降序以一个在另一个顶部上的方式叠置，由此获得沿该框架的内面的希望的阶梯状构造。在这种情况下，最下侧多层环(例如，处于框架的外面处)是具有最大环宽度的环，而最上侧环是具有最小环宽度的环(例如，处于框架的内面)。
该磁性材料带被优选地缠绕以形成矩形环状结构，使得在每个多层环中形成中心开孔，并且每个框架的环被这样设置，以使同轴地对准环的中心开孔，由此在该框架中形成中心矩形窗口。该磁芯框架的中心窗口被设置成，容纳磁感应装置的线圈部件，其在该工序的稍后阶段被放置在由局部相邻定位的磁芯框架的接合侧柱部所形成的磁芯柱上。
在可能实施方式中，这些环中的至少一些可以具有不同尺寸的中心开孔，其可以被采用以设计具有弯曲截面形状的磁芯框架。例如，这些多层环可以环针对它们的中心开孔的尺寸，按它们的环宽度的升序，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置，而其它一些多层环可以环针对它们的中心开孔的尺寸，按它们的环宽度的降序，在其上(也是以一个在另一个顶部上的方式)同轴地叠置，由此获得该框架的内部的阶梯状构造，和该框架的柱部的外侧和/或中间侧的弯曲截面形状。
在可能应用中，该磁芯框架可以通过组合上述环绕组和叠置技术来构造。例如，一个或更多个磁芯框架可以通过以一个在另一个上的方式连续缠绕这些多层环中的一些，并接着在其上同轴地叠置一个或更多个分离制备的多层环(即，在缠绕环的顶部上)来制造。
在一些可能实施方式中，该磁芯回路的磁芯框架由非晶态金属带制成，例如，由软铁磁体非晶态合金，或者由纳米晶合金制成(例如，用于高频变压器)。另选的是，该磁芯框架由薄硅钢带制成。
在一些实施方式中，该线圈部件通过以下步骤放置在该磁芯柱上，即，横向切割磁芯框架的一部分，以获得每个框架的上和下框架部分，装配该下框架部分，以通过接合它们的阶梯状柱部来形成三角形结构(即，轭部的三角形结构)，由此，形成磁芯柱的下部部分，在磁芯柱的下部上放置线圈，并且此后将该框架的上部接合至它们的相应下部部分的顶部上，以恢复该框架的矩形结构。
根据可能实施方式，该多相磁感应装置可以制造如下：
·制备磁芯框架，每个框架由多个多层环组成，该多层环由缠绕的磁性材料带制成(例如，具有软铁磁体特性)，这些多层环被设置成，在磁芯框架的至少一个面中形成阶梯状构造；
·如果该框架由非晶态带制成，则可选地向该磁芯框架施加热处理(例如，按大约360℃至400℃的温度退火，接着是在退火炉中缓慢逐步冷却该框架)；
·将该框架浸渍在有机粘合材料中(例如，有机硅漆或环氧清漆)，接着是干燥该框架；
·将该框架横向切割成上部和下部；
·通过按三角形式以一个与另一个相邻的方式放置所述部分，将该框架的下部部分垂直安装在该装置的底座上(例如，由电绝缘材料制成)，以使该框架的下部部分的芯柱的阶梯状侧部变得接合；
·将线圈模块安装在下部框架部分的每一对接合柱部上；
·垂直安装磁芯框架的三个对应上部，以恢复该框架的矩形形状；
·在该框架的接合柱部之间涂敷电绝缘材料；
·安装上压板(例如，由电绝缘材料制成)；以及
·电连接引出线，并且用双头螺栓固定该装置。
本申请的技术提供了多种优点。例如，采用多层矩形环的磁芯框架的阶梯状构造可以被有效地设计成，采取每一相的磁芯柱的希望截面形状(例如，圆周形状或多边形形状)，并且允许达到最小非负载损耗。另外，该装置的磁芯的模制结构简化了其装配和拆卸，由此，允许容易制造和维护该装置。将该磁芯柱设置成采取希望截面形状向被线圈与该芯柱的磁性材料包围的磁芯的截面积提供有效填充，由此，减少了线圈的直径和重量，而且对应地，减少了线圈的电气损耗。
在此公开的磁感应装置设计需要更少的带材料来制造、提供更轻的变压器磁芯，并且改进该装置的效率。具体来说，采用本发明技术的磁感应装置受益地具有：
·更高的效率系数(例如，将电力变压器的效率增加直达99.2％)；
·更小的磁芯重量(例如，比常规三相变压器结构少大约30％至40％)；
·每单位电功率更小的材料量(例如，大约30％至40％)；以及
·与常规三相三角形变压器相比的改进可维护性。
由此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于三相磁感应装置的磁芯，该磁芯包括三个磁芯框架，每个磁芯框架具有内面和外面，其中，至少每个框架的内面具有沿所述框架的侧部延伸的阶梯状构造，所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且它们的内面彼此面对，由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状侧部变得与局部相邻框架的阶梯状侧部接合，由此形成所述磁芯的、用于在其上安装所述装置的线圈的三个磁芯柱。例如，所述框架的内面的阶梯状构造可以被构造成形成截阶式棱锥(frusto-stepped-pyramid)结构。
根据一些实施方式，所述阶梯状构造具有大约30°的斜度，并且所述框架相对于彼此以60°取向。
所述磁芯框架可以包括多个多层环，每个多层环由缠绕的磁性材料带制成(例如，由非晶态金属、硅钢、纳米晶合金，或任何其它合适材料制成)，并且与所述阶梯状构造的特定梯阶相关联。例如，在一些实施方式中，所述多个多层环中的每一个多层环由具有预定带宽度的磁性材料带制成，所述多个多层环中的至少一些多层环由具有不同带宽度的带制成，并且其中，所述带相对于它们的带宽度以一个在另一个上的方式连续缠绕，由此形成所述阶梯状构造。可选的是，至少一些所述带按它们的宽度的降序以一个在另一个上的方式缠绕。这样，所述磁芯柱可以被构造成具有多边形截面形状。
在一些实施方式中，至少一些所述带按它们的宽度的升序以一个在另一个上的方式缠绕。因此，可以通过将一些内侧多层环按它们的带宽度的升序以一个在另一个上的方式缠绕，而在其上将一些外侧多层环按它们的宽度的降序以一个在另一个上的方式缠绕，来制造所述框架，以获得所述磁芯柱的圆形截面周边(即，通过接合局部相邻框架的阶梯状侧部所获得的)。
在一些可能实施方式中，所述多层环由具有相同带宽度的磁性材料带缠绕，以向所述多层环中的每个多层环提供预定环宽度和预定中心开孔，其中，所述多层环中的至少一些多层环具有不同环宽度，并且所述框架通过以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置所述多层环来构造，由此形成希望的阶梯状构造。例如，所述阶梯状构造可以通过将所述多层环中的至少一些按它们的宽度的降序，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置来获得。
在一些可能实施方式中，所述多层环中的至少一些多层环的中心环开孔的几何尺寸不同。由此，所述磁芯柱的圆形截面周边可以通过将所述多层环中的至少一些多层环针对它们的中心开孔的几何尺寸，按它们的宽度的升序，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置，并且将所述多层环中的至少其它一些环针对它们的中心开孔的几何尺寸，按它们的宽度的降序，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置来获得(即，在接合局部相邻框架的阶梯状侧部之后)。
在另一方面，提供了一种三相磁感应装置，该三相磁感应装置包括：磁芯，该磁芯包括三个磁芯框架，每个所述框架具有内面和外面，其中，至少所述内面被整形成，形成沿所述框架的侧部延伸的阶梯状构造，所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且它们的内面彼此面对，由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状侧部变得与局部相邻框架的阶梯状侧部接合，由此形成三个磁芯柱。所述装置还包括三个线圈模块，每个所述线圈模块安装在所述三个磁芯柱中的一个磁芯柱上。
所述装置的至少一个所述磁芯框架可以包括多个多层环，该多层环由缠绕磁性材料带制成(例如，由非晶态金属、硅钢，或任何其它合适材料制成)，所述多个多层环中的每个多层环可以由具有预定带宽度的磁性材料带制成。因此，所述阶梯状构造可以通过将所述多层环的磁性材料带相对于它们的带宽度以一个在另一个上的方式连续缠绕，或者通过将多层环相对于它们的环宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置来获得。这样，所述框架可以被设计成提供所述磁芯柱的希望截面形状。例如，在一些实施方式中，所述框架可以被设计成获得具有多边形截面形状的磁芯柱，或者在一些其它可能实施方式中，具有圆形截面周边(即，所述磁芯柱的圆形边界/外边界)。
在一些应用中，提供了一种三相磁感应装置，该三相磁感应装置包括：磁芯，该磁芯包括三个磁芯框架，每个磁芯框架具有内面和外面，和由缠绕的非晶态金属带制成的多个多层环，所述环相对于它们的带宽度，以一个在另一个上的方式连续缠绕，或者相对于它们的环宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置，由此形成沿所述框架的侧部延伸的阶梯状构造，所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且它们的内面彼此面对，由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状侧部变得与局部相邻框架的阶梯状侧部接合，由此形成三个磁芯柱。所述装置还包括三个线圈模块，每个所述线圈模块安装在所述三个磁芯柱中的一个磁芯柱上。
根据又一方面，提供了一种构造用于三相磁感应装置的磁芯的方法，该方法包括以下步骤：制备包括多个多层环的三个磁芯框架，所述框架具有沿所述框架的侧部延伸的希望的阶梯状构造，所述多个多层环中的每个多层环由具有预定带宽度的磁性材料带缠绕成，并且通过放置所述框架，以通过接合局部相邻框架的所述阶梯状侧部，形成三角棱柱结构来构造所述磁芯。这样，局部相邻框架的所述接合阶梯状侧部形成三个磁芯柱，这三个磁芯柱被设置成，被所述三相磁感应装置的线圈紧密包围。所述多个框架中的一个或更多个(或全部)可以通过针对所述带的带宽度，以一个在另一个上的方式，连续缠绕多个磁性材料带来制备。另选的是，所述框架可以通过单独地缠绕由磁性材料带制成的多个多层环来制备，所述多层环中的至少一些多层环具有不同环宽度，并且相对于它们的环宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置所述多层环。这些框架制备技术可以单独地或者组合使用(例如，通过将所述分离缠绕环中的一些环叠置在以一个在另一个上的方式缠绕带的所述多层环的顶部上)，以获得沿所述框架的侧部延伸的希望的阶梯状构造。
根据一些可能实施方式，制备所述框架的步骤包括退火步骤。所述方法还可以包括以下步骤：将所述框架浸渍在粘合材料中。所述构造所述磁芯的步骤还可以包括以下步骤：在所述局部相邻框架的所述接合阶梯状区域之间应用由电绝缘材料制成的一个或更多个层。
在再一方面，提供了一种制备三相磁感应装置的方法，该方法包括以下步骤：制备包括多个多层环的三个磁芯框架，所述多个多层环中的每个多层环由具有预定带宽度的磁性材料带缠绕成，其中，所述环被设置在所述框架中，以形成沿所述框架的侧部延伸的阶梯状构造，将每个所述框架横向切割成上部和下部，设置所述框架的所述下部，以形成三角棱柱结构，并且接合所述框架的局部相邻下部的所述阶梯状侧部，以形成所述磁芯的三个下柱部，在每个所述下柱部上放置线圈，以及将所述框架的所述上部附接在它们的相应下部上。
所述制备所述框架步骤可以包括以下步骤：针对所述带的宽度，以一个在另一个上的方式，连续缠绕磁性材料带，以形成所述多个多层环。另选的是，所述制备步骤可以包括以下步骤：单独地缠绕由磁性材料带制成的多个多层环，所述多层环中的至少一些多层环具有不同环宽度，并且相对于它们的环宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置所述多层环。可选的是，这些框架构造技术例如可以通过将所述分离缠绕环中的一些环叠置在以一个在另一个上的方式缠绕带的所述多层环的顶部上来组合。
附图说明
为了理解本发明并且为了看到其可以怎样在实际中实现，下面，参照附图，仅通过非限制例的方式对实施方式进行描述，其中，相同附图标记被用于指示对应部分，并且其中：
图1A和图1B示意性地例示了根据一些实施方式的三相磁感应装置，其中图1A示出了立体图，而图1B示出了该装置的俯视图；
图2A至图2C示意性地例示了根据一些实施方式的三相变压器，其中图2A示出了变压器的侧视图和其磁芯柱的纵向截面图，图2B示出了变压器的俯视图和其磁芯柱的截面图，而图2C示出了沿图2A所示线A-A截取的变压器截面图，其示出了该装置的截面；
图3A至图3C示意性地示出了具有阶梯状构造的多层矩形框架，其中图3A是该框架的正视图，图3B是该框架的侧视图，而图3C示出了沿图3A所示线B-B截取的框架截面图；
图4A至图4E示意性地例示了根据一些实施方式的三相磁感应装置，其中，该磁芯的框架被设置成提供具有圆形截面周边的磁芯柱，其中，图4A示出了该装置的侧视图，和磁芯柱的纵向截面图，图4B示出了沿图4A所示线A-A截取的装置截面图，图4C示出了该装置的磁芯框架的立体截面图，图4D示出了该框架的正视图，而图4E示出了该框架的侧视图及其上和下截切面；
图5A至图5C示意性地示出了根据一些实施方式的磁感应装置，其中，该装置的磁芯由叠置的磁芯环构造，其中，图5A示出了该磁感应装置的截面图，图5B示出了该装置中可用的磁芯框架的正视图，而图5C示出了磁芯框架的俯视图及其柱部的截面图；
图6是根据一些可能实施方式的、展示用于制造三相磁感应装置的可能工序的流程图；以及
图7A至图7D示意性地例示了根据一些可能实施方式的磁芯框架结构，其中，图7A示出了由可在构造磁芯框架中使用的缠绕带制成的一个矩形多层环的立体图，图7B和7C分别举例了磁芯框架在上部位置和中心位置的切面，而图7D示出了图7C所示磁芯框架的下部部分在切割之后的立体图。
应注意到，这些图中举例的实施方式不是旨在按比例和按图示来帮助容易理解和描述。
具体实施方式
本申请总体上致力于用于三相磁感应装置的磁芯回路，如但不限于，三相扼流圈和三相变压器。本发明的三相磁芯回路由具有阶梯状构造的磁芯框架构造，该阶梯状构造形成在框架的至少一个面上并且沿它们的侧部延伸。该磁芯回路通过将框架以一个紧挨着另一个的方式局部相邻地放置以形成三角形(三角棱柱)结构来构造，其中，每个框架的阶梯状侧部均匀地接合相邻定位框架的阶梯状侧部。这些框架的均匀接合侧部形成要将磁感应装置的线圈模块放置在其上的磁芯柱。
如根据下列公开应当清楚的是，这种磁芯设计改进了磁芯回路中的磁通量的分布，并且减少了通常在磁芯中发生的电磁损耗。另外，磁芯的这种构造需要减少量的磁性材料来制造、提供较轻的变压器磁芯，并且改进该磁感应装置的效率。
图1A和图1B示出了根据一些可能实施方式的三相磁感应装置60。在该示例中，装置60的磁芯回路1由三个总体矩形多层磁芯框架2a、2b以及2c(在此统称为框架2)构造，其中，框架2的内面I12被设置成形成沿框架的侧部延伸的阶梯状构造。如在图1B中最佳地看到，局部相邻框架2的阶梯状侧部均匀接合，以形成磁芯1的磁芯柱4ab、4bc以及4ca(在此统称为磁芯柱4)，其上分别放置了线圈模块13ab、13bc以及13ca(在此统称为线圈模块13)。
一般来说，磁芯框架中的每一个包括：由框架的侧部限定的两个横向柱部L12(图2A所示)、由框架的顶部和底部限定的两个轭部Y12，以及由柱部和轭部包围的矩形中心窗口W12。该框架及其中心窗口W12可以具有圆角。每一个框架2包括外面E12和内面I12，其中，框架2的至少内面包括阶梯状构造。
例如，磁芯回路1可以通过设置磁芯框架2以使它们的轭部形成等边三角形结构来构造。在这种构造中，三角棱柱(五面体)结构可以通过一个相对于另一个按60°角定位磁芯框架2，由此通过接合(配合)相邻定位的磁芯框架的阶梯状部分来获得。磁芯1的这种三角形结构通常包括上和下三角形轭状结构，其中，该三角形轭状结构的角通过磁芯柱4连接。因此，三角形磁芯的每个芯柱由相邻定位的磁芯框架2的两个接合阶梯状柱部L12构造。
如图1A和图1B举例的，柱部L12的几何尺寸被设置成提供适于放置线圈模块13的磁芯柱4的截面形状。另外，设置在框架2中的中心窗口W12的尺寸应当这样设置成，使得其容纳安装在磁芯柱4上的线圈模块，其间包围了窗口W12。
图2A至图2C示意性地例示了根据一些可能实施方式的三相变压器10。变压器10的磁芯回路11包括三个多层矩形磁芯框架12a、12b以及12c(在此统称为框架12)。如上举例的，磁芯框架12被设置成，使得每个框架一个相对于另一个按60°角定位，并且相邻磁芯框架12的柱部L12的阶梯状区接合，以形成磁芯柱14ab、14bc以及14ca(在此统称为磁芯柱14)，其上安装线圈模块13。
图2C示出了磁芯回路11和放置在其磁芯柱14上的线圈模块13的截面图。如所看到的，三个线圈模块13ab、13bc以及13ca被安装在对应磁芯柱14ab、14bc、14ca上，每个线圈模块与三相变压器10的电气相相关联。例如，与变压器的第一相相关联的线圈模块13ab放置在通过配合磁芯框架12a和12b的柱部而形成的磁芯柱14ab上，与变压器的第二相相关联的线圈模块13bc放置在通过配合磁芯框架12b和12c的柱部而形成的磁芯柱14bc上，而与变压器的第三相相关联的线圈模块13ca放置在通过配合磁芯框架12c和12a的柱部而形成的磁芯柱14ca上。
如图2A至图2C所示，每个线圈模块13ab、13bc以及13ca包括相应一次线圈绕组15ab、15bc以及15ca(在此统称为一次线圈绕组15)，和相应的一次线圈绕组16ab、16bc以及16ca(在此统称为二次线圈绕组16)。在一些实施方式中，二次线圈绕组16被一次线圈绕组15同轴地包围。
在一些实施方式中，相邻定位的磁芯框架12a、12b，以及12c的接合的柱部L12通过设置在其间的、柱部L12的阶梯状区上方的一个或更多个电绝缘材料层17(例如，玻璃纤维或速率)而彼此电绝缘。因此，三相变压器10的每个电气相通过具有放置在其上的对应线圈模块13ab、13bc以及13ca的相应磁芯柱14ab、14bc或14ca来形成。
返回参照图2A，三相变压器10可以包括上面安装三相变压器10的底座18。该底座18可以包括用于将变压器10从一个位置移动至另一位置的轮子19。变压器10还可以包括顶压板20，其由电绝缘材料(例如，Pregnit GGBE,Catalog KREMPLER)制成，并且其中可以设置二次绕组(16)的引出线21。
在操作中，电流经过线圈13的一次绕组15，从而产生响应磁通量，其沿对应磁芯柱14传播。在每个芯柱14中传播的磁通量由连接至相应框架12的接合柱部的相应轭部Y12划分。例如，在图2B和图4B中，在磁芯柱14ca中发展的磁通量27被划分成分别经过磁芯框架12c和12a的轭部Y12的两个均等磁通量。按类似方式，在磁芯柱14ab和14bc中发展的磁通量均等划分，以通过相应磁芯框架(12a、12b)和(12b、12c)的相应轭部Y12。
参照图3A至图3C，在一些实施方式中，磁芯框架12由多个总体矩形多层环构造，其中，每一个环由缠绕磁性材料带制成。在这个示例中，多层环的带以一个在另一个上的方式缠绕，以形成框架12的至少内面I12上的阶梯状构造。这样，该阶梯状设计被形成在框架的芯柱和轭部这两者上，并且在框架12的内面I12上形成截阶式棱锥构造。例如，通过将磁性材料带按它们的宽度的降序以一个在另一个上的方式连续缠绕，由此形成框架的阶梯状构造，该多层环可以由具有不同带宽度的磁性材料带制造。因此，每个环中的匝数限定了环/梯阶的厚度，其优选地等于全部环/梯阶。
该多层环总体为矩形环，并且它们通常以一个在另一个上的方式缠绕，以使在框架12中获得矩形中心窗口W12。因此，以一个在另一个上的方式连续缠绕环在框架的至少一个面上形成了截阶式棱锥结构(例如，在底座与棱锥的每一侧之间具有30°角)，由此提供的中心窗口W12适于容纳放置在中心窗口W12的侧部处的芯柱14上的线圈13。
在该示例中，框架12的阶梯状面I12包括八个梯阶，在图3A-图3C中用标号r1至r8指示，其中，最内侧缠绕带梯阶r1具有最大宽度，而最外侧缠绕带梯阶r8具有最小宽度。每个梯阶/环ri(其中，i是正整数，例如，1≤i≤8)的厚度33(T)根据该梯阶/环中的磁性材料带的匝数来确定，其可以与全部环相同，以向全部梯阶/环提供相同厚度，例如，大约20mm。
更具体地说，每个随后梯阶ri+1的宽度wi+1离散地减小，由此形成希望的阶梯状构造。例如，在一些实施方式中，该阶梯状构造的每个连续梯阶ri+1(其中，第一阶r1是最内侧梯阶)的带宽度wi+1按量T·tg(30°)减小，其中，T是梯阶r1至r8的厚度33。因此，在该30°斜度阶梯状构造中，每个连续梯阶ri+1的厚度可以计算如下：
(1)wi+1＝wi-T·tg30°＝wi-0.577·T
因此，如果每个梯阶ri的厚度为20mm，则每个连续梯阶ri+1的厚度wi+1在该30°阶梯状构造中为wi+1＝wi-11.54mm。在图3A-图3C中举例的实施方式中，最外侧梯阶w8(即，具有最小宽度的梯阶)不遵循方程(1)，而是其宽度实际上进一步减少(即，w8＜w7-T·tg30°)，以获得磁芯柱14的较小的外侧表面。
利用这种阶梯状构造，框架12的外面I12获得芯柱(L12)的直角梯形截面芯柱和具有60°锐角的轭部(Y12)。因此，当装配框架12以构造磁芯11时，通过接合相邻定位框架12的每一对柱部而获得的磁芯柱14的截面形状由两个反射对称多边形(例如，具有60°锐角的矩形状梯形)构造，由此，获得磁芯柱14的五边形截面形状。
参照图3C，在一些示例性实施方式中，磁芯框架12的缠绕工序通过利用具有预定长度和最大宽度23(w1)的软铁磁体带缠绕最内侧多层梯阶r1而开始。梯阶r1的缠绕继续进行，直到获得所需厚度33(T)(例如，大约20mm)为止。此后，下一个多层环r2利用具有预定长度和小于用于第一环的带宽度的宽度(w2<w1)的另一软铁磁体带在其上缠绕，以形成下一多层梯阶r2，缠绕其直到获得希望梯阶厚度33(T)为止。该工序针对多层环/梯阶r3至r8类似地继续进行。缠绕带的最后层可以例如通过焊接而固定到相邻层。
用于形成磁芯的阶梯状设计的单一梯阶ri的层的量，和每个这种梯阶中的层的几何尺寸依赖于设计三相变压器10的工作功率。
在缠绕磁芯框架12之后，该多层环框架12可以经历退火工序，其参数(例如，温度和持续时间)基于制成框架12的缠绕带的合金的类型。该磁芯框架12可以利用仍插入其中的芯轴来退火。这种退火可以在向磁芯框架施加外部磁场或未施加外部磁场的情况下执行。在一些实施方式中，将退火磁芯框架在真空室中或者在超声波浴下浸渍有机粘合材料(例如，环氧树脂)。在浸渍之后，将磁芯框架12放置在温度控制环境中。接下来，将芯轴从磁芯框架12中去除。
参照图2C，在一些实施方式中，通过一个或更多个电绝缘层17，将局部相邻磁芯框架的接合柱部L12一个与另一个分离。利用这种阶梯状构造，放置在磁芯1的磁芯柱14上的线圈模块13可以采取五边形形状，以紧密地配合磁芯柱14的五边形截面形状。例如，线圈模块13可以利用任何合适的绕线技术(例如，利用木芯轴)来制备。
图4A至图4E举例了根据一些可能实施方式的三相变压器59，其中，磁芯柱14具有圆形截面周边形状。在该示例中，磁芯11的磁芯框架12由每个由缠绕磁性材料带构造的多层环构造，其被设置成，提供框架的内面I12的阶梯状构造，和该框架的外面的弯曲截面形状。更具体地说，在该示例中，每个框架12的内面I12按具有中心窗口W12的截阶式棱锥形状来设置(例如，在底座与面之间具有30°角)，而框架12的柱部L12的外侧被设置成限定弯曲截面形状，以使相邻框架12的相邻定位柱部L12的接合的芯柱形成磁芯柱12的圆形截面周边形状。如在图4B中最佳地看到，利用该构造，装置59的每个电气相的磁芯柱提供被放置在具有框架12的磁芯材料的磁芯柱14上的线圈13(例如，具有圆形内径)所包围的空间的最大占用率。在这种情况下，每个梯阶/环ti的厚度T应当最小，其中，该厚度T可以基于变压器的功率(例如，变压器功率)的具体特性来确定。
例如，为了获得磁芯柱14的这种圆形截面形状，在一些实施方式中，将框架12的至少一些内环(例如，t1至t5)按它们的厚度的升序，以一个在另一个上的方式缠绕，而将框架12的至少一些外环(例如，t6至t11)按它们的厚度的降序，以一个在另一个上的方式缠绕。
在一些实施方式中，该磁芯框架由缠绕磁性材料带的几个矩形多层环制造，每一个环由具有相同宽度的带制造，并且具有不同中心开孔和不同匝数。在该构造中，带的宽度限定了多层环的厚度(T)，以使利用具有相同宽度的磁性材料带，生成具有相同厚度的多层环，并且其宽度根据每个环中的匝数来限定，如图7C展示的。利用该技术，磁芯框架可以通过将多个矩形多层环相对于它们的宽度，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置(重叠在一起)，以形成具有希望截面形状的磁芯框架来构造。
已知的是，该磁感应装置的磁芯的特性确定了该装置的各种特性，如感应线圈的大小和形状。例如，在三相变压器中，变压器的设计、变压器线圈的大小和形状，以及变压器的总体大小基于变压器铁芯的几何特性和结构特性来确定。
因此，本申请的磁感应装置的各种特性可以有利地基于磁芯柱(图1A-1B中的4，和图2B-图2C和图4B中的14)的直径Dout和构造它们的框架的柱部的阶梯状构造来确定。如上文参照图4A-图4E举例的，框架的阶梯状构造可以被调节以获得具有圆形截面周边形状的磁芯柱。
在一些可能实施方式中，限定该装置的磁芯柱的圆圈的直径Dout(图4B所示)被确定如下：
其中，
Score是计算出的例如用于三相变压器的、磁芯的截面积(单位cm)(根据与磁感应装置有关的电学计算而获得)，Score可以基于变压器的功率、效率、工作频率以及磁芯材料的特性(例如，假使将非晶态金属带用于构造该框架，材料的电感、非晶态带的电气损耗等)来确定，
b1是多层环ri的厚度T(单位cm，图3C中的33)，
n1是环(r1、r2、…)的数量；
K1是具有直径Dout的圆面积除以磁芯的阶梯截面积的系数。K1可以基于变压器功率来确定。例如，在图4A-图4E中举例的一些实施方式中，填充系数K1大约为1.05至1.25，例如，针对带宽b1＝20mm的填充系数和针对带宽b1＝10mm的填充系数基本上满足二次关系，如下
方程(2)由此可以被用于计算该装置的磁芯柱的截面直径Dout，并因此，要安装在磁芯柱上的线圈模块13的几何尺寸(geometric dimension)(例如，大小和形状)和磁芯框架12的内部窗口W12的几何尺寸可以基于磁芯的所计算出的截面芯柱直径Dout来确定。
图5A至图5C描绘了根据一些可能实施方式的磁感应装置58，其中，通过将多个多层环L1、L2、…、L8以一个在另一个顶部上同轴地叠置来构造磁芯框架62a、62b以及62c(在此统称为框架62)。在这个实施方式中，所述多个多层带环Li(例如，1≤i≤8)以一个在另一个顶部上的方式叠置，以提供框架62的内面72i的阶梯状构造，并且形成用于容纳线圈模块(63)的中心窗口W62。例如，该多层环Li可以由具有固定宽度T的带制造，其由此限定针对阶梯状构造的梯阶/环的固定厚度。每个环Li中的匝数可以不同，以调节每个环Li的柱部的宽度Wi，以在框架62的内侧72i上获得截阶式棱锥构造(例如，在底座与棱锥的面和中心窗口W62的面之间具有30°)。在一些实施方式中，每个环Li的柱部的宽度wi被进一步调节，以获得每个多层环Li中的、具有不同几何尺寸(例如，高度和/或宽度)的内部开孔(图7A中的I12)，由此构造框架62的外面72e的和中间侧72m的截面形状以采取圆形周长形状。
如在图5A至图5C中看出，每一个框架62通过将多个多层环Li以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置来装配。在这个示例中，磁芯回路11通过将三个这种多环框架62一个相对于另一个按60°角放置，并且一个随着另一个接合局部相邻磁芯框架62的柱部的阶梯状侧区，由此获得轭部Y68的等边三角形结构来装配。多对局部相邻框架62的接合的柱部L68形成磁芯回路11的磁芯柱64ab、64bc以及64ca(在此统称为磁芯柱64)。在这个示例中，分别放置在磁芯柱64ab、64bc以及64ca上的线圈模块63ab、63bc以及63ca(在此统称为线圈模块63)形状上通常为圆形(即，具有圆形周边)，以紧密地环绕磁芯柱64。线圈模块63皆可以包括一次和二次绕组，其中，如上所述，二次线圈绕组被一次线圈绕组同轴地包围。
在一些可能实施方式中，多层环的宽度Di(例如，1≤i≤8)和/或(至少一些环Li的)内部开孔I12的几何尺寸不同，并且这些环以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置，以使在所构造框架62的横侧区66s和中间侧区66m处形成弯曲截面形状。这样，环Li的宽度Di和内部开孔I12的几何尺寸可以被这样调节，以获得通过接合框架62的柱部的阶梯状侧区所获得的磁芯柱64的圆形截面周边，来形成该磁芯的三角棱柱结构。
例如，在可能实施方式中，磁芯框架62通过从外部环(例如，具有环宽度D8的L8)开始将一个或更多个环按它们的环宽度的升序(例如，DL8至D6)同轴地叠置，并接着在其上，将一个或更多个环按它们的环宽度(例如，D5至D1)的降序同轴地叠置来构造。可以将支承部件68y和68l(例如，支承带)回绕框架的轭部和/或柱部的区域，以保持并防止所叠置环Li移动，并由此，保持框架62的阶梯状构造。在一些可能实施方式中，每个磁芯框架62的叠置环Li还通过热熔粘合将一个粘合至另一个。
在一些可能实施方式中，限定该装置的磁芯柱的圆圈的直径Dout$'(图5A所示)被确定如下：
其中，
Score是计算出的例如用于三相变压器的、磁芯的截面积(单位cm)(根据与磁感应装置有关的电学计算而获得)，Score可以基于变压器的功率、效率、工作频率以及磁芯材料的特性(例如，假使将非晶态金属带用于构造该框架，材料的电感、非晶态带的电气损耗等)来确定，
b2是缠绕带的宽度T(单位cm，图5C中的69)，
n2是每个框架中的环数；
K2是具有直径Dout'的圆面积除以磁芯的阶梯截面积的系数。K2可以基于变压器功率来确定。
例如，在图5A-图5C中举例的一些实施方式中，填充系数K2大约为1.03至1.2，例如，针对带宽b2＝20mm的填充系数和针对带宽b2＝10mm的填充系数基本上满足二次关系，如下
方程(3)由此可以被用于计算该装置的磁芯柱的截面直径Dout'，并因此，要安装在磁芯柱上的线圈模块13的几何尺寸(例如，大小和形状)和磁芯框架62的内部窗口W62的几何尺寸可以基于磁芯的所计算出的截面芯柱直径Dout'来确定。
图6是展示本申请的磁感应装置的可能制造技术的流程图。这些磁芯框架中的一个或更多个可以由具有相同宽度的多个磁性材料带通过以下步骤来制造：如在步骤70-71中指出的，制备多个矩形多层环(Li)，每一个环具有相同厚度(即，等于带的宽度)并且可选地，它们的内部开孔具有不同宽度和尺寸(即，根据带匝数确定的)，并且将这些多层环以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置，以形成框架的内面的阶梯状构造，和/或该框架的外面和中间侧的弯曲截面形状，。
另选的是，如在步骤72中指出的，一个或更多个磁芯框架可以通过连续缠绕多个磁性材料带来制造，至少一些带具有不同带宽度，其中，所述带相对于它们的宽度，以一个在另一个上的方式连续缠绕，由此获得沿该框架的内面的阶梯状构造，和/或可选地，获得该框架的外面和中间侧的弯曲截面形状。
磁芯框架12可以由用具有软铁磁体特性的合金制成的非晶态金属带来制造，如对于装置10的磁芯回路来说可能需要。已知的是，非晶态带具有良好的铁磁体特性，并且装置10的磁芯回路11的结构在装置结构的实践实现中受益于这些特性。磁芯框架12可以利用常规绕线机来制造，以将磁性材料带缠绕在矩形芯轴上，该芯轴的尺寸对应于磁芯框架12的内部窗口W12，并且其优选地具有圆角。例如，如在步骤70-71中指定的，磁芯框架可以利用具有25微米厚度的带来制造，该带被缠绕以生成具有大约20mm厚度T的多层环。应注意到，现今商业可获的非晶态带通常可获得范围在20mm至230mm变动的宽度。
接下来，在步骤73中，磁芯框架经历退火工序。例如，在步骤70-71中和/或步骤72中获得的缠绕磁芯框架可以可选地与缠绕了磁性材料带的芯轴在热处理工序中，被一起放置在温度400℃的炉子中，并接着在炉子中保持缓慢冷却。
在步骤74中，磁芯框架浸渍粘接清漆(例如，环氧树脂)，并接着在炉子中干燥，例如，在大约130℃的温度。接着，在步骤75中，该磁芯框架被横向切割，以安装切割框架的下部部分，并将线圈模块放置在它们的柱部上，如在步骤76-77中指出的。参照图7A至图7D，在一些实施方式中，缠绕磁芯框架12沿横轴61或62切割成上部∩12和下部U12。如图7C举例的，在可能实施方式中，磁芯框架沿它们的对称轴62或多或少切割成对称的∩状部分(∩12)和U状部分(U12)。在其它可能实施方式中，如图7B展示的，该框架可以在框架中心上横向切割，以获得非对称的∩状部分(∩12)和U状部分(U12)。
在这个示例中，图7A所示第一环的高度H12可以大约为1120mm，而轭部K12的宽度可以大约为636mm。
在步骤76中，框架12a、12b以及12c的三个U状下切部U12(例如，图7D所示)被固定至该装置的底座18。底座18可以包括对应凹槽，其被设置成一个相对于另一个按60°角容纳下切部U12的轭部，以将它们安装在底座18上。如上所述，下切部U12的柱部的阶梯状区与局部相邻下切部U12的柱部的阶梯状区接合，由此，形成磁芯11的磁芯柱(14)的下部部分。接着，在步骤77中，例如，由一次绕组(15)和二次绕组(16)组成的每一相的线圈模块(13)被安装在磁芯柱(14)的对应下部部分U12上。
此后，在步骤78中，磁芯框架(12)的三个对应∩状上切部∩12被垂直地安装在相应下切部U12的顶部上，由此恢复磁芯框架(12)的矩形结构。接下来，在步骤79中，上压板20被安装在所恢复框架(12)的顶部上(上切部和下切部可以借助于板18和20以及固定螺栓彼此结合，如图2A中的20处所示)，接着最后，在步骤80中，安装引出线和易连接汇流条。
在一些实施方式中，使用四个双头螺杆将装置部件固定在一起。例如，中央双头螺杆和三个外围双头螺杆可以被用于固定该装置的部件。
上述构造允许将装置10拆卸/装配多次，而不会对装置的构造部件造成任何损坏。这可以易于维修该装置(如果需要的话)，并且可以节省工作和针对其所需的材料。
如上所述，在一些实施方式中，磁芯框架12由硅钢带制造。在这种应用中，在磁芯回路11中可能招致损耗增加，然而，磁芯11的这种实现方式可以用于在磁感应装置10的有效性和效率方面具有降低需求的应用中。
框架12的绕组可以利用钢芯轴来生成。在一些实施方式中，该芯轴的截面形状为矩形，其具有磁芯框架12的内部窗口W12的几何尺寸。例如，该芯轴的厚度可以大致等于最内侧多层梯阶/环r1的宽度(图3C中的w1)。带的机械张力可以根据所需绕组密度系数来设置，其通常大约为0.8-0.9。
执行根据本发明技术制造的三相变压器的计算仿真，并将该结果与利用具有由硅钢制成的平坦“E+1”磁路结构的常规三相变压器获得的结果相比较。该仿真针对被设计用于工作功率630kVA、一次电压22kV以及二次电压400V的三相变压器来进行。
该仿真结果指示利用本发明技术构造的三相变压器的有利特征，尤其包括以下特征：
·总重量减小约30％-40％；
·空载损耗减少范围在72％-84.6％；
·负载损耗减少7％-14％；
·装置效率增加高达99.2％；以及
·装置体积减少约30％-40％。
已知的是，与硅钢带相比，非晶态带具有较低的磁损。如今，存在一些具有由非晶态带制成的“E+1”磁系统构造的电力变压器的例子，举例来说，如type TE 790/10.1、BEZTransformatory、Bratislava、Slovakia。这种变压器相对较重(比由硅钢带制造的“E+1”变压器重大约1.5倍)，并且具有相对较大的几何大小。然而，这些非晶态带变压器的磁损因使用非晶态材料而比常规硅钢变压器的磁损小两倍。
所发现的是，由非晶态带制成磁系统并且具有本发明的结构特征(例如，具有由三个框架构造的磁芯，在该框架的至少一个面上具有阶梯状构造)的电力变压器与常规非晶态高功率变压器相比，具有下列优点：
·明显降低磁损(空载损耗)-比常规非晶态高功率变压器的磁损小大约两倍；和
·明显减小变压器的重量-本发明变压器的重量轻大约1.5倍，即，变压器重量减少大约55％。
表1呈现了本发明的三相变压器与常规三相变压器相比的各种参数。
表1(变压器参数，630kVA、22kV，干式，浇注树脂。)
(*环形磁芯：基于美国专利No.US 6792666中描述的变压器构造)
上述示例和描述当然仅出于例示的目的进行了提供，而非旨在以任何方式对本发明进行限制。如本领域技术人员应当清楚，本发明可以按采用根据上述技术的一种以上技术的多种方式来执行，其全部没有超出本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种用于三相磁感应装置的磁芯，该磁芯包括形成用于在其上安装所述感应装置的线圈的磁芯柱的三个磁芯框架，每个所述磁芯框架由缠绕的磁性材料带制成，所述磁芯的特征在于：
每个磁芯框架由多个单独的多层环构造，所述多层环具有与该框架中的其它环不同的环宽度；
所述框架的每个环由具有限定所述环的厚度的预定带宽度b2的缠绕的磁性材料带单独制成；
形成所述框架的所述多个环以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置使得沿着所述框架的内面和外面形成阶梯状构造；以及
所述磁芯柱的直径由以下算式确定：
其中，Score是计算出的磁芯的截面积，n2是每个框架中的多层环的数量，并且K2是由具有直径Dout’的圆面积除以所述磁芯的阶梯截面积的系数，
所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且所述框架的内面彼此面对以由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状构造变得与局部相邻框架的阶梯状构造接合由此形成所述磁芯的、用于在其上安装所述装置的线圈的三个磁芯柱。
2.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述多层环包括以下材料中的一种：非晶态金属、非晶态合金和纳米晶合金。
3.根据权利要求2所述的磁芯，其中，所述磁性材料带的宽度在10到20mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述框架的柱部和轭部的截面形状大致是直角梯形，使得通过接合所述框架的所述阶梯状构造而获得的所述磁芯柱的截面形状大致是五边形。
5.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述多层环由具有相同带宽度的磁性材料带缠绕，由此对每一个环和每一个对应的梯阶限定大致相同厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁芯，其中，所述多层环中的至少一些按它们的环宽度的降序，以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的磁芯，其中，所述多层环中的至少一些多层环的中心环开孔的尺寸不同，并且其中，所述多层环中的至少一些多层环相对于它们的中心开孔的几何尺寸，按它们的环宽度的升序，以一个在另一个顶部上的方式叠置，并且，所述多层环中的至少一些多层环相对于它们的中心环开孔的几何尺寸，按它们的环宽度的降序，以一个在另一个顶部上的方式叠置，以由此形成通过接合局部相邻框架的所述阶梯状构造而获得的所述磁芯柱的圆形截面周边形状。
8.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述K2系数在1.03到1.2的范围内。
9.一种三相磁感应装置，该三相磁感应装置包括磁芯，该磁芯具有被构造成形成用于在其上安装所述感应装置的线圈的磁芯柱的三个磁芯框架，每个所述磁芯框架由磁性材料带制成，其特征在于：
每个磁芯框架由多个单独的多层环构造，所述多层环具有与该框架中的其它环不同的环宽度；
所述框架的每个环由具有限定所述环的厚度的预定带宽度b2的缠绕的磁性材料带单独制成；
形成所述框架的所述多个环以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置使得沿着所述框架的内面和外面形成阶梯状构造；
所述磁芯柱的直径由以下算式确定：
其中，Score是计算出的磁芯的截面积，n2是每个框架中的多层环的数量，并且K2是由具有直径Dout’的圆面积除以所述磁芯的阶梯截面积的系数；以及
所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且所述框架的内面彼此面对以由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状构造变得与局部相邻框架的阶梯状构造接合由此形成三个磁芯柱。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述框架的柱部和轭部的截面形状大致是直角梯形，使得通过接合所述框架的所述阶梯状侧部而获得的所述磁芯柱的截面形状大致是五边形。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述芯柱具有圆形截面周边形状。
12.一种三相磁感应装置，该三相磁感应装置包括磁芯，该磁芯具有被构造成形成用于在其上安装所述感应装置的线圈的磁芯柱的三个磁芯框架，其特征在于：
每个磁芯框架由多个单独的多层环构造，所述多层环具有与该框架中的其它环不同的环宽度；
所述框架的每个多层环由具有限定所述环的厚度的预定带宽度b2的缠绕的非晶态金属带单独制成；
形成所述框架的所述多层环以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置使得沿着所述框架的内面和外面形成阶梯状构造，
所述磁芯柱的直径由以下算式确定：
其中，Score是计算出的磁芯的截面积，n2是每个框架中的多层环的数量，并且K2是由具有直径Dout’的圆面积除以所述磁芯的阶梯截面积的系数；以及
所述磁芯框架设置在所述磁芯中，并且所述框架的内面彼此面对以由此形成三角棱柱结构，使得每个框架的阶梯状构造变得与局部相邻框架的阶梯状构造接合由此形成三个磁芯柱。
13.一种构造用于三相磁感应装置的磁芯的方法，该方法包括以下步骤：制备三个磁芯框架，将所述框架设置在所述磁芯中，并且所述框架的内面彼此面对使得形成三角棱柱结构，由此形成用于在其上安装所述装置的线圈的三个磁芯柱，其特征在于：
通过将多个多层环相对于它们的环宽度以一个在另一个顶部上的方式同轴地叠置来构造每个框架；
所述环中的至少一些具有不同环宽度使得沿着所述框架的内面和外面形成阶梯状构造；
每个多层环由具有限定所述环的厚度的预定带宽度b2的缠绕的磁性材料带单独制备；以及
所述方法包括使用以下算式来确定所述磁芯柱的直径：
其中，Score是计算出的磁芯的截面积，n2是每个框架中的多层环的数量，并且K2是由具有直径Dout’的圆面积除以所述磁芯的阶梯截面积的系数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，制备所述多层环的步骤包括：缠绕所述磁性材料带使得在每一个所述环中获得预定中心环开孔，所述多层环中的至少一些多层环的中心开孔的几何尺寸不同，并且其中，将所述多层环以一个在另一个顶部上的方式叠置包括：将所述多层环中的至少一些多层环相对于它们的中心开孔的几何尺寸，按所述多层环的宽度的升序叠置，并且，将所述多层环中的至少一些多层环相对于它们的中心环开孔的几何尺寸，按它们的环宽度的降序，以一个在另一个顶部上的方式叠置，以由此形成通过接合局部相邻框架的所述阶梯状构造而获得的所述磁芯柱的圆形截面周边形状。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括对所述框架退火的步骤。
16.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括将所述框架浸渍在粘合材料中的步骤。
17.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括以下步骤：在所述局部相邻框架的所述接合阶梯状部分之间施加电绝缘材料的一个或更多个层。
18.根据权利要求13到17中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：
将每一个所述框架横向切割成上部和下部；
设置所述框架的所述下部以形成三角棱柱结构，通过接合所述框架的局部相邻下部的所述阶梯状构造以获得所述磁芯的三个下柱部；
在每一个所述下柱部上放置至少一个线圈；以及
将所述框架的所述上部附接在它们的相应下部上。
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