CN106104716A - 电磁线圈和电磁线圈的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁线圈(10)，包括至少一个线圈体(11)和在所述线圈体(11)的圆周面(16)上以至少一个绕组形式包围所述线圈体(11)的线圈线(25；25a)，其中，所述线圈线(25；25a)由导电的线芯(23)和至少局部地包围着所述线芯(23)的绝缘层(26)构成，其特征在于，所述线芯(23)由铝(21)以及与所述铝(21)处于导电接触地布置的石墨烯(22)构成。

Description

电磁线圈和电磁线圈的使用
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的电磁线圈。此外，本发明涉及根据本发明的电磁线圈的使用。
背景技术
根据权利要求1前序部分所述的电磁线圈作为用于将燃料喷入内燃机燃烧室中的燃料喷射器的组成部分已由实践公知。所述电磁线圈尤其用于，间接或者直接地操纵例如呈喷嘴阀针形式的喷射元件，以便关闭或者开启在燃料喷射器中构造的喷射口。
电磁线圈通常具有由塑料构成的线圈体，线圈线的大量绕组被卷绕到该线圈体上。所述线圈线通常由铜质线芯构成，该线芯被绝缘体层、例如漆包围。虽然使用铜作为线芯具有比电阻相对低的优点，但该比电阻如此与温度相关，以至于在温度升高的情况下铜线的电阻也增大。这导致，在例如装入内燃机汽缸盖中的燃料喷射器运行时，燃料喷射器的温度升高，由此电磁线圈的温度也升高，这导致线圈线的电阻增大。这导致磁力随着温度的升高而变得更低，以至于例如喷射元件在高温时准确无误的工作可能是困难的。出于这一原因，通常提高这种电磁线圈的充填密度或者功率密度。这例如通过异型线材来实现，借助该异型线材能够提高所述线绕组到线圈体上的充填度。
因为在未来的喷射系统中越来越多地趋于高系统压力并且由此也趋于喷射元件所需要的更高驱动力，因此，在不提高电磁线圈的结构尺寸的情况下，利用根据现有技术的传统电磁线圈越来越难以满足未来的要求。
发明内容
由所示的现有技术出发，本发明的目的在于，如此进一步扩展根据权利要求1的前序部分所述的电磁线圈，使得电磁线圈的在现有技术中与温度紧密相关的电阻特性降低。此外，应能够达到尽可能高的功率密度，即，在规定的线圈体结构尺寸情况下能够达到尽可能高的磁性操纵力。根据本发明，这一目的在具有权利要求1的特征的电磁线圈中由此解决，即，所述线圈线的线芯由铝以及与铝处于导电接触地布置的石墨烯构成。这种材料混合具有优点，即，该材料具有由铝已知的、在温度变化时相对小的电阻变化和总体看来相对小的、与使用铜类似的比电阻的组合。
根据本发明的电磁线圈的有利扩展方案在从属权利要求中提出。所有由至少两个在权利要求、说明书和/或附图中公开的特征所构成的组合均属于本发明的保护范畴。
为了实现所提到的、根据本发明的材料组合，在本发明的第一种构型中设置为，所述石墨烯至少基本均匀地分布在铝制线芯的横截面上并且沿导电方向指向地布置。对此要指出的是，石墨烯通常被构造为小片形式、即具有极薄横截面的单元，因而重要的是，实现石墨烯沿导电方向的定向。此处可能的是，沿导电方向看来，各个石墨烯单元在位置上相互分开，或者，特别有利地相互搭接地布置，从而实现石墨烯层沿导电方向连续导通。对于各个石墨烯单元沿导电方向相互分开的情况而言，通过与所述石墨烯处于导电接触布置的铝发生石墨烯单元之间的导电。因此，也重要或根本的是，在横截面内部至少基本不存在降低导电的效应、例如气阻等诸如此类。
在本发明的替代构型中，也可能的是，石墨烯构造为与铝分离并且与铝导电连接的、优选在线芯的表面上的、沿电流方向优选连续的层。在这样的实施方式中有利的是，两个用于导电的成分、即铝和石墨烯如有必要可以在分开的制造方法或制造步骤中构造，这些成分之后导电地相互连接。替代地也可能是，所述石墨烯布置或沉积到已存在的铝层或铝载体上。因此，所述铝用作为用于布置或构造石墨烯的载体材料。
在现有技术中，通常使用的由塑料构成的绝缘层(例如漆)在使用铜线的情况下具有约为50μm的厚度。因为绝缘层并不用于导电，因而随着绝缘层厚度的增加导致电磁线圈的充填密度或者说有效功率的下降。出于这一原因，根据本发明，特别优选设置为，所述绝缘层为厚度在1μm至10μm之间、优选在2μm至5μm之间的铝氧化层。氧化层相对于塑料的使用尤其具有优点，即：该氧化层具有高导热性，由此也使得线圈线相对有效的热量导出成为可能。此外，通过绝缘层特别薄的构造，与由塑料构成的绝缘层相比，所述电磁线圈的有效功率由于增大的充填系数而增大。尤其通过阳极氧化(铝阳极氧化处理法)实现铝氧化物涂覆或构造。所述阳极氧化是一种电解方法，通过该方法在表面上产生氧化层，该氧化层相对于自然形成的(氧化)层增强了大约百倍，以至于实际中4μm厚度的绝缘层足够达到足够的耐电压击穿性。
所述绝缘层的特别构型设置为，绝缘层仅部分覆盖石墨烯。尤其当使用铝带并且在该铝带中将石墨烯涂覆到一侧作为涂层时，这样设置。因为石墨烯用于导电并且具有非常小的电阻，因而此处重要的是，在线圈线相互卷绕时，各一个绝缘层覆盖位于下方的、部分露出的石墨烯层。
此外，非常特别优选线圈线的几何构型，该几何构型情况下，所述线圈线具有至少基本上呈矩形的横截面。这样的构造提高了充填系数，并且由此在特别大的程度上提高了电磁线圈的功率密度，并因此在功率确定的情况下实现特别小或紧凑构造的电磁线圈。
此外，为了能够将这种具有矩形横截面的线圈线在线圈体的整个轴向长度上卷绕到线圈体上，以便能够实现尽可能高的功率密度或尽可能高的充填系数，在优选构型中设置为，所述线圈线的宽度相当于线圈体在它纵向上的宽度。
然而可替代地由此达到相同的效果，即，所述线圈线的宽度相当于线圈体在它纵向上的宽度的1/n倍，并且两个在线圈体的纵向上彼此衔接的线圈线导电地相互连接。
当所述电磁线圈至少有时承受不同的温度时，根据本发明的电磁线圈的有利效果总是很好地起作用，其中，在温度超过150℃、尤其是超过200℃的情况下，相对于传统电磁线圈的优势特别大。
因此，这样的根据本发明的电磁线圈尤其作为汽车喷射部件、尤其是燃料喷射器的组成部分被使用，其中，燃料喷射器或它的电磁线圈一方面例如在冷启动时暴露在相对低的温度下，另一方面在运行期间可能达到直到200℃的高温。根据本发明的电磁线圈原则上可以在所有对于电磁线圈期望特别高的有效功率和/或较小的结构空间的应用中使用。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节由下面对于优选实施例的阐述以及参照附图得出。
本发明示出：
图1穿过电磁线圈的纵剖面，在所述电磁线圈中，沿纵向看，两个线圈线单元相互相邻地布置；
图2以卷材形式构造的线圈线元件的立体视图；
图3穿过第一种根据本发明的线圈线元件的横截面；
图4穿过相对于图3调整的线圈线元件的横截面；以及
图5不同材料和温度相关的电阻变化视图。
相同的元件或具有同样功能的元件在附图中设有相同的参考数字。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的电磁线圈10，该电磁线圈例如用作为呈燃料喷射器形式的汽车喷射部件的组成部分。此处电磁线圈10尤其用于至少间接地操纵燃料喷射器中的喷射阀元件(喷嘴阀针)。
所述电磁线圈10包括由塑料构成的、以注塑方法制造的、呈套筒形式的线圈体11，该线圈体具有两个侧面布置的、沿纵向限界所述线圈体11的、径向环绕的法兰12、13以及与线圈体11的纵轴线14同心地被布置在该线圈体中的凹槽15。为了布置至少一个线圈线单元20，线圈体11在所述两个法兰12、13之间构造了尤其构造为圆形的圆周表面16。在所示实施例中，沿纵轴线14的轴向看，两个线圈线单元20设置在所述线圈体11上，该线圈线单元导电地相互连接(未示出)，其方式是，一个线圈线单元20的线末端与另一个线圈线单元20的线末端相连接。两个相同构造的线圈线单元20的宽度b尤其约为在两个法兰12、13之间的线圈体11的宽度B的一半，以至于两个法兰12、13之间的结构空间至少几乎被完全充填。
如借助图2到图4的总览可看出，所述线圈线单元20的以大量绕组的形式卷绕在所述线圈体11上的线圈线25、25a由两种不同的材料、即由铝21以及由石墨烯22构成。在根据图3的实施方式中，存在具有由铝21构成的线芯23的线圈线25。沿导电方向，即，垂直于图3的绘图平面，在铝21中布置由石墨烯构成的小片，其中，垂直于图3的绘图平面的所述小片要么全部直接以带的形式相互导电地连接，要么相互间隔地布置。所述石墨烯22在所述线芯23或者所述铝21内的分布尤其至少基本上均匀。
具有宽度为b的矩形横截面的线圈线25被尤其具有均匀壁厚a的绝缘层26在所述线圈线25的整个截面上包围。所述绝缘层26构造为铝氧化层27并且例如通过铝阳极氧化处理方法生产。所述绝缘层26的壁厚a尤其在1μm至10μm之间，优选在2μm至5μm之间，特别优选为4μm。这样制造的线圈线25可根据图2视图以被卷起的带28的形式储存或者进行机械处理。
在图4中示出相对于图3变化的线圈线25a。所述线圈线25a的线芯23在不含石墨烯22的情况下由铝21构成。所述石墨烯22作为带状层涂覆在所述线芯23的表面或上侧29上，并且与该线芯导电地连接。所述绝缘层26同样由铝氧化层27构成，该铝氧化层在石墨烯22之外的区域中完全包围住所述线芯23。在石墨烯22区域中，绝缘层26在侧面一直延伸至石墨烯22上，但石墨烯22在背离线芯23的上侧上并没有被绝缘层26包围或覆盖。
在借助线圈线25a卷绕所述线圈体11时，重要的是，所述线圈线25a的多个层如此相互堆叠地布置或卷绕，使得在上面布置的绕组的绝缘层26分别卷绕到位于径向下方的层的石墨烯22上。
在图5中示出了不同材料关于温度T(x轴)的比电阻RS(Y轴)。利用参考标号31示出铝的比电阻RS的变化，而参考数字32阐明铜的比电阻RS的变化。利用参考标号33示出根据本发明的由铝21和石墨烯22构成的材料组合的比电阻RS。可以看到，这样的材料组合在温度升高时具有近似恒定的或仅略微升高的比电阻RS，在绝对值方面，该比电阻在温度相对低时处在铜的数量级上。
根据本发明的电磁线圈10可以多种方式方法进行改变或者变化，而并不偏离本发明的理念。例如可以设想，代替用于所述线圈线25、25a的基本为矩形的横截面，也可将该横截面构造为方形，或者在石墨烯22布置在铝21中的情况下构造为圆形。还要再次提示，本发明的应用并非仅限于用作为燃油喷射部件的组成部分的电磁线圈10。

Claims (10)

1.电磁线圈(10)，包括至少一个线圈体(11)和在所述线圈体(11)的圆周面(16)上以至少一个绕组形式包围所述线圈体(11)的线圈线(25；25a)，其中，所述线圈线(25；25a)由导电的线芯(23)和至少局部地包围着所述线芯(23)的绝缘层(26)构成，其特征在于，所述线芯(23)由铝(21)以及与所述铝(21)处于导电接触地布置的石墨烯(22)构成。
2.根据权利要求1所述的电磁线圈，其特征在于，所述石墨烯(22)至少基本均匀地在所述线芯(23)的横截面上分布在所述铝(21)中，并且沿导电方向指向地布置。
3.根据权利要求1所述的电磁线圈，其特征在于，所述石墨烯(22)构造为与所述铝(21)分开并且与所述铝(21)导电连接的、优选在所述线芯(23)的上侧(29)上的、沿电流方向优选连续的层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁线圈，其特征在于，所述绝缘层(26)为具有处于1μm至10μm之间、优选处于2μm至5μm之间的厚度(a)的铝氧化层(27)。
5.根据权利要求3或4所述的电磁线圈，其特征在于，所述绝缘层(26)仅部分覆盖所述石墨烯(22)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁线圈，其特征在于，所述线圈线(25；25a)具有至少基本为矩形的横截面。
7.根据权利要求6所述的电磁线圈，其特征在于，所述线圈线(25；25a)具有宽度(b)，该宽度至少基本相当于所述线圈体(11)沿它的纵向的轴向宽度(B)。
8.根据权利要求6所述的电磁线圈，其特征在于，所述线圈线(25；25a)具有宽度(b)，该宽度至少基本相当于所述线圈体(11)沿它的纵向的宽度(B)的1/n倍，并且，两个沿所述线圈体(11)的纵向彼此衔接的线圈线(25；25a)导电地相互连接。
9.根据权利要求1至9中任一项所述的电磁线圈(10)的使用，其中，所述电磁线圈(10)可承受超过150℃、尤其是超过200℃的温度。
10.根据权利要求9所述的电磁线圈(10)用作汽车喷射部件、尤其是燃料喷射器的组成部分。
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