CN107251172B - 设置有多个磁路的电磁感应装置 - Google Patents

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Abstract

一种电磁感应装置(1)，其包括无气隙的闭合磁路(2)，闭合磁路(2)的至少一个第一部分(11)大致是直线的，并被套筒(3)围绕，所述套筒(3)被电导体(4)围绕，该电导体(4)包括至少一个金属片，该金属片在其至少一个面上电绝缘，所述电磁感应装置(1)的特征在于：所述磁路(2)的至少所述第一部分(11)或每个所述第一部分(11)具有圆形截面。

Description

设置有多个磁路的电磁感应装置
技术领域
本发明涉及电磁感应器和电力变压器领域。该类型的装置例如用于在交流/直流电流转换器的输出端实现滤波器。所述感应器允许在该转换器的输出端减少电流和/或电压的剩余变化量。该类型的电磁感应器(称为线圈)也可以实现制造变压器。这种情况下，需要将缠绕在同一个磁路上的多个线圈耦合。
背景技术
在航空领域，嵌入式部件的重量和噪音是力求减少的重要参数。为此，可以使用比铜轻的铝所制成的电导体，以在给定功率下使用电气部件。铝的延展性比铜的延展性低很多。因此，通常使用片状的铝，将其缠绕以产生线圈。
将线圈缠绕在闭合磁路的周围以更好地引导磁通量。通常使用生成为两部分的磁路。在磁路之外生成线圈，然后将其放置在磁路内。一旦操作结束，将磁路的两部分组装以闭合磁路。两部分之间的连接处形成了气隙。难以使形成气隙的两个表面严格平行：在两部分之间仍然存在难以消除的低偏差。为了改善在连接处的表面状况，可以将要接触的两个部分的表面打磨。也可以用围绕磁路的条状物将磁路捆扎以将其闭合。捆扎力有助于进一步减少气隙。
然而，在线圈中流通的电流可以在装置中产生机械振动。该振动会将磁路的两个部分分离以重新形成气隙。振动也会将磁路的不同部分的机械支撑松开，这会使得振动幅度在线圈的整个使用寿命期间增加。同时，感应装置在其使用过程中变热。感应装置在使用和停止状态之间的温度差可以导致磁路膨胀并且出现气隙的偏差。
此外，前述的振动也会产生可能有损害的噪音。例如，航空领域的制造商要求越来越低的声音损害水平。
为了解决该问题，出现了磁路无气隙的电磁感应装置和变压器。导电线圈须缠绕在磁路周围：在专利FR 2939559中描述了用于该缠绕的装置。该装置使用了圆形内截面的套筒(也称为管道)，其由围绕磁路的两部分组装而成。首先将电导体附着于该套筒上。然后，驱动装置通过套筒接合装置将该套筒转动。再将电导体片缠绕在套筒周围。
感应装置的另一个已知的技术问题在于，在磁路中发生涡电流，如果磁性材料是电导体，由于磁性材料存在电阻，将导致能量损耗。通常通过制造出层状构造的磁路来解决该问题：将磁性材料的平片相互叠加在一起，该磁性材料的平片通过电绝缘材料(例如漆或某些类型的胶)来彼此电绝缘。也可以通过将片缠绕起来而实现叠加。然后，通过电绝缘材料将缠绕的每一层分隔。
用在磁路中的磁性材料通常是软磁性材料，以便在施加可变磁通量时，避免由磁滞导致的能量损耗。所获得的磁路可以限制涡电流的发生，但是，通过使用该制造方法所获得的磁路的截面是矩形的。
套筒的圆形截面和磁路的矩形截面之间的形状差异限制了线圈和磁路之间的能量耦合的效率，并且导致了使用变压器的损耗。
所述装置的另一个限制与由焦耳效应导致的损耗相关。该损耗可以在装置上达到高温(通常高于100℃)，因此限制了装置的使用。通常使用各种冷却装置来降低电磁感应装置的温度：通过与作为冷源的液体接触或者固体接触。
发明内容
本发明致力于克服现有技术的至少一个上述缺陷。
能够实现该目标的本发明的一个目的是一种电磁感应装置，其包括无气隙的闭合磁路，该闭合磁路的至少一个第一部分大致是直线的，并被套筒围绕，所述套筒被电导体围绕，该电导体包括至少一个金属片，该金属片在其至少一个面上电绝缘，所述电磁感应装置的特征在于：所述磁路的至少所述或每个所述第一部分具有圆形截面，并且所述磁路用由电绝缘体分隔的多层磁性材料来分层，并且至少一个所述套筒包括：内表面和外表面；该内表面的截面的形状为圆形，并紧密配合所述磁路的形状；该外表面包括弯曲部分和平面部分。
有利地，所述磁路包括至少一个第二部分，该第二部分具有至少一个平坦表面。
有利地，所述电磁感应装置包括局部换热器，该局部换热器与除了所述第一部分之外的所述磁路接触。
有利地，所述局部换热器包括至少一个紧密配合所述磁路形状的表面，以及至少一个平坦表面。
有利地，所述磁路的截面沿着与至少一个所述局部换热器的接触面是圆形的。
有利地，选自所述磁路的至少一个所述平坦表面的多个表面，与所述局部换热器的至少一个所述平坦表面共面，并适于与至少一个平面换热器接触放置。
有利地，所述磁路包括至少一个磁性材料片，该磁性材料片在其至少一个面上电绝缘，并被缠绕在至少一个元件上，该元件选自至少一个其它所述磁性材料片和该磁性材料片本身。
有利地，每个所述套筒包括适于配合以将所述磁路围绕的多个部分。
有利地，至少一个所述套筒包括至少一个接合装置，该接合装置适于传递驱动力，以允许每个所述套筒围绕每个所述第一部分的每个所述纵向轴线来旋转，以便将至少一个所述片状的电导体围绕每个所述套筒缠绕并且排列。
有利地，所述电磁感应装置包括两个平面电导体，所述平面电导体与一个所述电导体电接触，并且设置以形成所述电导体的端子。
附图说明
通过阅读以下参照附图举例显示了的解释性描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其它优点、细节和特征将变得显然，其中：
图1是电磁感应装置的立体图，
图2是磁路和平面换热器的立体图，
图3是磁路的一部分和局部换热器的立体图，
图4的一部分是套筒的立体图，另一部分是套筒的一部分的立体图，
图5是磁路的一部分、套筒和电导体的立体图，
图6是电磁感应装置的一部分的细节的立体图，
图7是两个磁性材料绕组的俯视图。
具体实施方式
以下描述显示了本发明的装置的多个示例性实施方案：这些示例在本发明的范围内是非限制性的。这些示例性实施方案显示了本发明的基本特征和与所考虑的实施方案相关联的附加特征。出于清楚的目的，相同的元素在不同的示意图中将具有相同的附图标记。
图1显示了电磁感应装置1的立体图。磁路2是闭合的并且无气隙。在本发明的该具体实施方案中，所述电磁感应装置1沿着整个磁路2具有圆形截面，其在磁路的直线部分(称为第一部分11)上被套筒3围绕。在本发明的具体实施方案中，套筒3可以例如通过压缩真空绝缘法(US 5157893A)，用绝缘材料来制造。磁路2至少具有一个直线部分，或者至少，具有一个部分，其可以被认为是给定套筒3长度的直线部分。
片状的电导体4围绕套管3缠绕。在本发明的具体实施方案中，该片可以由铝制成。该片必须在其至少一个表面上电绝缘，以保持电磁线圈的性能。在本发明的具体实施方案中，利用电导体4表面的氧化物(漆或胶，或者漆和胶的混合物)来将电导体4的片分层电绝缘。
图2显示了磁路2和平面换热器14的立体图。在本发明的具体实施方案中所表示的磁路2具有多个不同的部分：先前定义的第一部分11；称为第二部分12的部分，每个第二部分12具有至少一个所述磁路的平坦表面13。在本发明的具体实施方案中，所述平坦表面中的一些可以共面，并且适于与平面换热器14接触放置。在高功率下使用时，该设置可以控制或限制装置的温度。在图2的示例中，两个平坦表面13是共面的，并且适于与平面换热器14接触放置。为了清楚地表示，平面换热器14与另外两个平坦表面13接触放置，所述另外两个平坦表面13是共面的，并且没有由示意图所引用。
图3是磁路2的一部分和局部换热器15(也称为支架)的立体图。局部换热器15与除了磁路2的第一部分11之外的部分接触。局部换热器15具有紧密配合磁路2形状的面，以最大化接触表面，因而对于磁路2的给定形状，其有利于热传递。此外，局部换热器15具有至少一个平坦表面22。在图3中，局部换热器15具有多个平坦表面22，其中一个平坦表面与平坦表面13相符合。在图3所示的本发明的具体实施方案中，磁路2的部分沿着与局部换热器15的接触面具有圆形截面。
图4中的A显示了套筒3的立体图。图4中的B显示了套筒6的部分。在本发明的具体实施方案中，所显示的套筒3由两部分的套筒6组成。单独一部分的套筒6不能将磁路2围绕。另一方面，可以通过配合将套筒6的不同部分牢固地组装，以将磁路2围绕并且形成套筒3。该配合如图4所示。
图4也显示了套筒3的接合装置17，根据实施方案，其可以是孔、缺口、凸起、榫卯或者榫眼。所述接合装置17在制造装置1的期间是有用的。一旦将导电金属片附接在套管3的外部，则可以将杆压入每个接合装置17中，然后该杆传递电机扭矩，其允许套筒3围绕磁路2的第一部分11的纵向轴线旋转。该旋转使得可以将金属片缠绕在套筒3周围，从而围绕磁路2形成电导体4的绕组。
图4显示了其内表面7具有圆形截面的套筒。该特性对于在制造装置期间，能够在第一部分11的纵向轴线上围绕磁路2执行套筒3的旋转是至关重要的。另一方面，外表面8，即套筒的侧面包括弯曲部分19和平面部分20。也可以将外表面8定义为轴向面：其为可以通过平行于套筒的主轴线的一组直线来定义的表面。在外表面8上，制造所述装置要求不存在任何过于明显的角度，该角度可能在电导体4围绕套筒3缠绕期间，引起电导体4的片的断裂或撕裂。图4中呈现的弯曲部分19和平面部分20的交替使得可以在保持用于装置1的电连接的平面部分20的同时解决该问题。套筒的平面部分8在缠绕时，带动了位于平面部分8上的围绕套筒3的金属片的平面部分的设置。因此，可以在金属化片和另一元件之间产生平面接触，例如允许将热量从电磁感应装置传递到该元件。该功能可以使电磁感应装置冷却。
图5是磁路2的一部分、套筒3和电导体4的立体图，其显示了缠绕在套筒3周围的片状的电导体4，该套筒3其本身围绕圆形截面的磁路2的第一部分11来组装。在套筒8的外表面上存在弯曲部分19和平面部分20，其体现为绕组的形式：图5显示了电导体4的绕组，其外部也具有弯曲部分和平面部分。该特性对于装置1的电连接也是有用的。
图6是电磁感应装置1的第一部分11的细节的立体图。在本发明具体实施方案中，两个平面电导体16与缠绕在管道周围的电导体4机械接触和电接触。所述两个平面电导体16以诸如形成电导体4的端子的方式来设置。在图6的A部分中，平面电导体16在缠绕开始时与电导体4接触。在B部分中，平面电导体16在缠绕结束时与电导体4接触。
在本发明的该具体实施方案中，平面电导体16可以放置在套管3的外表面8的平面部分20上和/或电导体4的绕组的相应平面部分上。该特征使得可以将平面电导体16折叠。导体的折叠使得可以将装置1的外部电连接简化。
图7是磁性材料21的两个绕组的平面示意图。图7的A部分描述了磁性材料的简单绕组21：单片的磁性材料18自身缠绕。该片18通过电绝缘覆盖在其至少一个面上。在本发明的具体实施方案中，该绝缘物可以是漆、或胶、或两者。
该设置为装置提供了两个明显的优点。一方面，由简单绕组21形成的磁路2在磁性材料和电绝缘物之间形成一系列的层。这种设置使得可以通过将磁路2分层来避免出现涡电流。当存在涡电流时，其导致与磁性材料的电阻率相关联的能量损耗。此外，这种绕组使得可以创建圆形截面的磁路。实际上，从可变宽度的磁性材料片18开始，对于磁路2的固定点并且在绕组的每一圈上，该片18的宽度可以明显增加或减小。该宽度在图7中是不可见的，因为示意图是平面图。因此，从整体形状为菱形的片开始，可以制造出截面为圆形的磁路2。利用该方法，绕组21中的圈数越多，则截面越接近圆形。为了解释清楚，图7中的绕组21很少。在本发明的具体实施方案中，绕组数可以在20和600之间。
图7的B部分显示了多片用于产生磁路2的磁性材料18的绕组21。第一个磁性材料片18缠绕在两片自身缠绕的磁性材料18上。该设置使得在变压器中应用例如电压比的选择的情况下，可以增加磁路2的分支。在这种情况下，可以通过多片磁性材料18来制造绕组21，其中每个片18的宽度是增加的。

Claims (9)

1.一种电磁感应装置(1)，其包括无气隙的闭合磁路(2)，闭合磁路(2)的至少一个第一部分(11)沿纵向轴线纵向延伸，所述纵向轴线大致是直线的，所述第一部分被套筒(3)围绕，所述套筒(3)被电导体(4)围绕，该电导体(4)包括至少一个金属片，该金属片在其至少一个面上电绝缘，所述电磁感应装置(1)的特征在于：
-所述闭合磁路(2)的至少所述第一部分(11)或每个所述第一部分(11)具有圆形截面；
-所述闭合磁路(2)通过由电绝缘体隔开的多层磁性材料来分层；
-所述套筒(3)包括:内表面(7)和外表面(8)；该内表面(7)具有紧密配合所述磁路(2)的形状的圆形截面，从而使所述套筒能够围绕所述第一部分的纵向轴线绕所述闭合磁路旋转；该外表面(8)包括弯曲部分(19)和平面部分(20)，
-所述电磁感应装置(1)包括局部换热器(15)，该局部换热器(15)与除了所述第一部分(11)之外的所述磁路(2)接触，
-所述局部换热器(15)包括至少一个紧密配合所述磁路(2)形状的表面，以及局部换热器的至少一个平坦表面，
-所述磁路(2)的截面沿着与所述局部换热器(15)的接触面是圆形的。
2.根据前述权利要求所述的电磁感应装置(1)，其中，至少一个所述套筒(3)包括：主轴线、内表面(7)和外表面(8)；内表面(7)的截面形状是圆形，并且紧密配合所述磁路(2)的形状；外表面(8)由一系列平行于所述主轴线的直线所定义，其包括弯曲部分(19)和平面部分(20)。
3.根据前述权利要求的其中一项所述的电磁感应装置(1)，其中，所述磁路(2)包括至少一个第二部分(12)，该第二部分(12)具有磁路的至少一个平坦表面。
4.根据权利要求3所述的电磁感应装置(1)，其中，选自磁路的至少一个所述平坦表面的多个表面，与局部换热器的至少一个所述平坦表面共面，并适于与至少一个平面换热器(14)接触放置。
5.根据权利要求4所述的电磁感应装置(1)，其中，所述电磁感应装置包括平面换热器，所述平面换热器与所述局部换热器的至少一个平坦表面的其中一个平坦表面接触。
6.根据权利要求1所述的电磁感应装置(1)，其中，所述磁路(2)包括至少一个磁性材料片(18)，该磁性材料(18)在其至少一个面上电绝缘，并被缠绕在至少一个元件上，该元件选自至少一个其它所述磁性材料片(18)和该磁性材料片(18)本身。
7.根据权利要求1所述的电磁感应装置(1)，其中，每个所述套筒(3)包括适于配合以将所述磁路(2)围绕的多个部分(6)。
8.根据权利要求1所述的电磁感应装置(1)，其中，至少一个所述套筒(3)包括至少一个接合装置(17)，该接合装置(17)适于传递机械传动，以允许每个所述套筒(3)围绕每个所述第一部分(11)的每个所述纵向轴线来旋转，以便将至少一个所述片状的电导体(4)围绕每个所述套筒(3)缠绕并且排列。
9.根据权利要求1所述的电磁感应装置(1)，其包括两个平面电导体(16)，所述平面电导体(16)与一个所述电导体(4)电接触，并且设置以形成所述电导体(4)的端子。
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