CN108028120A - 磁芯以及具有该磁芯的扼流圈或变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于三相扼流圈或三相变压器的磁芯(10)，该磁芯(10)包括用于保持电绕组(21，22，23)的三个绕组柱(11，12，13)，其中，这三个绕组柱(11，12，13)以三角形形状布置为彼此大致平行，其中，绕组柱(11，12，13)借助于环形或凸多边形轭(14)而连接，该轭(14)位于绕组柱(11，12，13)上。本发明还涉及一种具有该磁芯(10)的扼流圈或变压器。

Description

磁芯以及具有该磁芯的扼流圈或变压器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于三相扼流圈或三相变压器的磁芯。本发明还涉及一种具有该磁芯的三相扼流圈或三相变压器。例如，根据DE102012207557A1可知，根据专利权利要求1的前序部分所述的磁芯。

背景技术

在先已知的磁芯具有三个磁柱，每个磁柱适用于保持第一、第二或第三电绕组。第一、第二和第三电绕组在每种情况下都被分配至第一、第二和第三电相。为了弥补三相系统的非对称，三个磁柱相对于彼此以星形或三角形的构造布置。与在先通常使用的普遍的柱串行布置相比，该布置被认为更为有利。

已知的扼流圈的三个柱通过轭彼此连接，该轭具有星形的构造。特别地，该轭具有中心点，三个磁连接柱从该中心点径向向外延伸。这样，三个柱以星构造彼此耦合。

轭的星形设计具有数种劣势。首先，为了将轭安装在柱上，需要在将磁轭连接至柱之前，精确对准轭的连接柱。其次，扼流圈的线圈在其纵轴端大部分是暴露的，因为连接柱仅叠盖线圈的一个小区域。最后，轭的星形设计对扼流圈的倾斜稳定性具有不利影响。如果多个相同的扼流圈待被上下彼此堆叠，尤其如此。这再次需要事先对准星形轭的取向，以防止放置在第一扼流圈上方的第二扼流圈的倾歪。

发明内容

本发明的目的是提出一种这样的磁芯：装配简单，具有改善的机械稳定性，和/或为扼流圈或变压器的绕组提供良好的保护。本发明的进一步的目的是提出具有该磁芯的扼流圈或变压器。

根据本发明，通过专利权利要求1的主题实现与磁芯相关的目的，且通过专利权利要求14的主题实现与扼流圈或变压器相关的目的。

本发明基于这样的理念：提出一种用于三相扼流圈或三相变压器的磁芯，该磁芯具有用于保持电绕组的三个绕组柱，其中，这三个绕组柱以三角形形状布置为彼此大致平行。绕组柱通过环形或凸多边形轭而连接，该轭置于绕组柱上。

绕组柱以三角形形状布置能够避免例如按行布置磁柱时发生的非对称。绕组柱布置为彼此大致平行，其中，绕组柱，特别地，其纵端限定三角形的基本形状。换言之，在磁芯的横截面中，三个绕组柱形成三角形的角。

环形或凸多边形轭便于磁芯的制造。简化的优势主要适用于轭至绕组柱的连接。

当使用环形轭时，不再需要轭相对于绕组柱的对准。而是，能够以任何给定的取向将环形轭放置在绕组柱上，且从而能够将它们连接在一起。

环形或凸多边形轭也增加磁芯的稳定性。如果多个磁芯待被上下彼此堆叠，尤其如此。当堆叠具有环形轭的磁芯时，相当大的表面接触存在于堆叠的轭之间。这增加了倾斜稳定性。

凸多边形形状用于轭，也不再需要对准多个磁芯以避免倾斜风险。这是因为：由于多边形形状，能够避免相对的或堆叠的轭的旋转补偿布置。由于多边形形状，表面的足够大的部分彼此重叠，从而避免磁芯的任何倾斜。例如，这便于多个磁芯安装在壳体中。

此外，使用环形或凸多边形轭，使绕组的相对较大的比例能够由轭沿纵轴方向覆盖。就此而言，轭保护扼流圈的卷绕在绕组柱周围的绕组免受损害。这是因为轭形成纵轴障壁，使得绕组的相对更大的比例不容易被接触。

在本申请的上下文中，凸多边形组件被限定为：该组件在至少一个周向外边上具有多个顶点，其中，多边形形状的所有内角小于180°。正多边形组件被限定为：该组件在至少一个周向外边上具有多个顶点，且该组件具有相等的边长和相等的内角。多边形形状能够通常表现在多于一个外边上。事实上，轭也能够形成贯通开口，该贯通开口的形状也能够是多边形。在这种情况下，轭的外边上的多边形形状能够不同于内部的多边形形状，即贯通开口的多边形形状。例如，轭整体上(即，考虑外部)能够是六边形形状，且能够限制三角形开口。

优选地，轭置于绕组柱的纵端上。这不排除在轭和纵端之间设置空气间隙的可能性。在所有情况下，关键在于，磁通量能够保持在轭和绕组柱之间。

在本发明的优选实施例中，轭具有三个交叉连接柱，每个交叉连接柱连接紧邻的两个绕组柱。交叉连接柱能够被设计为拱形(特别地，圆拱形)形状，或在至少一些部位上是直的。优选地，拱形的交叉连接柱以使得所有三个交叉连接柱一起形成环形轭的方式弯曲。在直交叉连接柱的情况下，有利地，设置：每两个交叉连接柱在绕组柱的区域内相交。特别地，每两个交叉连接柱在绕组柱的纵端处相交，或在其上布置有所有绕组柱的圆弧上相交。一般而言，能够设置：三个绕组柱之间的区域内不设置交叉连接柱的相交点。

交叉连接柱能够直至延伸到由绕组柱的三角形布置限定的周线。在由绕组柱限定的三角形形状的内域的区域内，交叉连接柱之间优选不存在连接。

相邻两个绕组柱在每种情况下通过一个交叉连接柱进行直接耦合也改变磁芯内的磁通量。这能够对三相交流扼流圈或三相交流变压器的功能具有积极影响。特别地，由于根据本发明提出的轭的几何设计，磁流不是在轭的中心相遇，而是沿着周线在绕组柱之间延伸。这影响扼流圈或变压器的功能。

具体地，在根据本发明的磁芯中，能够设置：第一交叉连接柱将第一和第二绕组柱彼此连接，第二交叉连接柱将第二和第三绕组柱彼此连接，且第三交叉连接柱将第三和第一绕组柱彼此连接。优选地，每个交叉连接柱连接至两个绕组柱。各交叉连接柱能够均仅连接至两个绕组柱；且如果适当，连接至两个交叉连接柱。

一般而言，磁芯具有导磁性质。在此方面，磁芯是无源组件。磁芯不形成有源磁体。

磁芯能够形成多个磁路。磁芯内的磁通量则通过感应而产生。特别地，第一和第二绕组柱能够部分地形成第一磁路。第二磁路能够包括第二和第三绕组柱，且第三磁路能够包括第三和第一绕组柱。在所有磁路中，能够保持磁场，其中，磁路本质上具有均匀的磁通长度。还优选设置：磁路形成相同的磁阻。这能够通过均匀的几何结构和通过将共同的材料用于磁芯来实现。

具体地，本发明能够设置：轭，特别地，连接柱形成封闭状元件。封闭状元件能够具有贯通开口，该贯通开口优选位于中心。因为本质上在轭的中心不需要导磁材料以在扼流圈或变压器内产生足够水平的磁通量，所以使用贯通开口可以节约材料，从而带来成本的降低。此外，贯通开口带来磁芯的重量减小。最后，该开口也为磁芯或扼流圈或变压器提供通风，使得避免扼流圈或变压器过热。

轭能够通常被设计为单个部件或由多个部件设计而成。轭的一体化制造提升轭或磁芯整体的同质性。轭的多部件设计能够带来成本节约，因为能够使用标准化的磁芯组件。例如，仅需要将这些组件装配和接合在一起。

绕组柱也能够由单个部件或多个部件设计而成。特别地，通过使用绕组柱和/或轭的多部件设计能够实现良好的结果。轭或绕组柱的各元件之间能够设置多个空气间隙。这样的“多间隙”结构减少了感应损耗，因此提高了磁芯内的磁通量。

特别地，轭和/或绕组柱能够由压缩粉末复合材料形成。特别地，通过使用粉末复合材料，该材料被压制成期望的形状，能够容易地制造轭的单部件变体。替代地，粉末复合材料也能够用于制造各组件。

粉末复合材料优选包括铁、镍、硅、铝和/或钼。具体而言，能够设置：粉末复合材料(其用来形成磁芯)形成镍、铁和钼的合金，或铁和镍的合金，或铁、硅和铝的合金，或铁-硅合金，或其他铁合金。磁芯也可以使用铁氧体材料，非晶体材料和/或纳米晶体材料。

上述材料以及材料化合物已经证明特别适合用于制造磁芯。特别地，通过使用这些材料，提高了磁芯的磁性质。

在本发明的特别优选的实施例中，轭被设计为具有三角形或六边形形状。三角形形状提供高紧致度，因为它仅将绕组柱的纵端彼此连接。在轭的六边形设计的情况下，避免了尖锐的边缘，且增强了磁芯的可堆叠性。

此外，六边形轭在磁芯的纵轴方向上覆盖较大比例的绕组柱的绕组。轭的六边形形状因此有助于保护扼流圈或变压器的绕组。

在本发明的进一步优选的变体中，绕组柱具有圆形或矩形横截面形状。换言之，绕组柱能够具有圆柱或长方体设计。由于相对低的材料和工装成本，绕组柱的圆柱设计是经济有效的。另一方面，矩形横截面用于绕组柱提高了扼流圈或变压器的热性质。这是因为将导线卷绕在具有矩形横截面的绕组柱周围，需要增加围绕绕组柱的两个线圈或绕组之间的间距。这进而促进绕组的冷却，因为能够很好地利用空气使绕组通风。

轭能够胶合至绕组柱，特别地，接合至绕组柱的纵端。对于接合，优选使用耐高温的粘接剂。该粘接剂具有阻尼性质，这为轭和绕组柱之间的振动提供缓冲。接合容易实现，且因此便于磁芯的装配。这特别适合于由磁性薄片金属层构建的磁芯。

在本发明的进一步优选的设计中，排放柱以位于中心的方式布置在三个绕组柱之间，该排放柱连接至轭。排放柱优选与三个绕组柱平行地延伸。排放柱能够传导例如高频交流磁场，且因此使非对称分量消散或使其经受进一步处理。

本发明的另一方面涉及一种具有如前所述磁芯的三相扼流圈或三相变压器。三相扼流圈或三相变压器还具有至少一个电绕组，该至少一个电绕组卷绕在绕组柱之一上。优选地，设置有三个电绕组，其中，一个电绕组与磁芯的每个绕组柱关联。各电绕组均优选被分配三相交流中的一相。

在根据本发明的扼流圈或根据本发明的变压器的优选设计中，能够设置：绕组由扁线形成，特别地，由扁漆包铜线形成。使用扁线特别适合用于低频交流。扁线也以高机械稳定性为特点。最后，使用扁线也带来扼流圈或变压器的紧凑的整体设计。特别地，能够在扼流圈或变压器的纵轴长度上实现整体尺寸的减小。

代替扁线，也能够使用圆线。也能够为绕组提供其他的适合材料，诸如铜箔(Cu箔)，高频(HF)绞线，或它们与扁线或圆线的组合。

例如，HF绞线能够与扁线组合。

附图说明

下面，通过参照示意性附图更详细地说明本发明。其中：

图1：根据本发明的扼流圈或根据优选示例性实施例的变压器的侧视图；

图2：根据图1的扼流圈或变压器的平面图；且

图3：根据优选示例性实施例的替代扼流圈或替代变压器的平面图。

具体实施方式

图1以侧视图方式示意了三相扼流圈或三相交流扼流圈。扼流圈包括具有三个绕组柱11、12、13的磁芯10。三个绕组柱11、12、13被布置为彼此大致平行，或与扼流圈的纵轴平行地延伸。在它们的纵端18，绕组柱11、12、13均连接至轭14。轭14将三个绕组柱11、12、13磁性地彼此耦合。轭14也能够胶合至绕组柱11、12、13。

一般而言，绕组柱11、12、13和轭14能够由粉末复合材料制成。在这种情况下，磁芯整体上被实现为粉末芯。使用粉末芯材料具有这样的优势：在磁芯10的制造期间，微小空气间隙形成在磁芯10内，这有利于磁导率。如果轭14和绕组柱11、12、13由相同的材料制成，通常有利于均匀磁通量或均匀磁阻。

在一个实施例中(未在这里示出)，能够设置：第四绕组柱作为排放柱以位于中心的方式布置在三个绕组柱11、12、13之间。第四绕组柱能够具有铁氧体芯，且能够适合用于传导由于三相系统的非对称而产生的磁场。

特别地，第四排放柱能够被制造为小于三个绕组柱11、12、13，且能够传导非对称谐波分量。在第四排放柱中，产生高频交流磁场，这带来三相扼流圈对称性的改善。这同样适用于三相变压器，三相变压器与三相扼流圈的不同之处仅在于：额外的绕组应用于绕组柱11、12、13。

还如图1所示，轭14和绕组柱11、12、13具有大致相同的厚度。在减少所用材料的同时，这也取得磁通量的改善。

三个绕组柱11、12、13包括第一绕组柱11、第二绕组柱12和第三绕组柱13。第一绕组柱11承载第一绕组21。第二绕组柱12承载第二绕组22。第三绕组柱13承载第三绕组23。绕组21、22、23能够具有相同的设计。绕组21、22、23优选由铜线形成，特别地，由漆包铜线形成。

使用扁线或扁平式漆包铜线特别有利。这意味着：对于能够承载相应强电流的增大的导体横截面，能够减小扼流圈的总装配尺寸。特别地，在仍能够承载强电流的同时，能够以此方式减小绕组21、22、23的高度。

各绕组21、22、23均具有两个绕组连接部20，该绕组连接部20用于绕组21、22、23的电连接。如果绕组21、22、23分别被分配至三相系统的不同相，这是优选的。因此，第一绕组21能够被分配至第一电相L1，第二绕组22能够被分配至第二电相L2，且第三绕组23能够被分配至第三电相L3。

图2和3示意了扼流圈的不同的两个示例性实施例，它们在轭14的几何形状上彼此不同。根据图1的侧视图适用于根据图2和3的这两个示例性实施例。

在图2中，显然的是，轭14是环形的。因此，磁芯10包括环形轭14。环形轭14具有贯通开口19，其在设计上是圆形的。环形轭14的宽度大致相当于绕组柱11、12、13的直径。因此，轭14以自身的整个表面置于绕组柱11、12、13上，特别地，在它们的纵端18上。

具体而言，轭14包括三个交叉连接柱15、16、17，每个的形状是拱形。第一交叉连接柱15将第一和第二绕组柱11、12彼此连接。第二交叉连接柱16将第二绕组柱12连接至第三绕组柱13。第三绕组柱13和第一绕组柱11通过轭14的第三交叉连接柱17磁性耦合。

从图2中也清楚地明显可见，轭14与绕组21、22、23的端面具有相当大的重叠区域。

因此，轭14覆盖相对大比例的绕组21、22、23，且保护纵轴方向上免受损害。此外，轭14整体上延伸至与扼流圈的外边缘一样远，且因此在相对于扼流圈中心纵轴的径向方向上也起到限位的作用。

图3示意了轭14的替代设计，其中，轭形成多边形形状。具体地，图3所示的扼流圈配备有三角形轭14，该三角形轭14具有三角形贯通开口19。三角形轭14也具有三个交叉连接柱15、16、17，其分别将第一、第二和第三绕组柱11、12、13彼此连接。交叉连接柱15、16、17在相邻的两个绕组柱11、12、13之间以直线延伸。交叉连接柱15、16、17的交叉或连结分别发生在绕组柱11、12、13的纵端18。

在图3中，也显然的是，轭14的三角形设计带来轭表面与绕组21、22、23的端面之间相对大的重叠区域。在此方面，根据图3的轭14也提供增加的对绕组21、22、23损害的保护。此外，交叉连接柱15、16、17优选具有与绕组柱11、12、13的直径相等的宽度。这有利于良好的磁通量，且也降低磁芯10的材料成本。

在图2和3中，绕组柱11、12、13均被设计为圆形芯柱。然而，也可以将绕组柱11、12、13设置为具有矩形横截面几何结构。那么，必须相应地调整轭14，特别地，交叉连接柱15、16、17的宽度。

从根据图2和3的两个示例性实施例中可见，环形或凸多边形轭14为扼流圈提供改善的占用空间。特别地，所选的几何结构有利于安装有磁芯10的扼流圈或变压器的多个磁芯10的可堆叠性。此外，显然的是，绕组柱11、12、13的三角形形状的布置整体上带来扼流圈的紧凑设计。同时，通过在各绕组柱11、12、13之间使用适当的间隔距离，能够改善扼流圈或变压器的冷却。轭14中的贯通开口19也促进了冷却的改善。绕组21、22、23的本性进一步有助于扼流圈或变压器的冷却。绕组21、22、23优选由扁线形成，采用适当的绕组间距也改善了冷却。因此，扼流圈或变压器整体上具有更好的性能。

三角形形状的轭14优选形成等腰三角形，特别优选等边三角形。这使特别紧凑的设计成为可能。此外，也提高了磁芯10的可堆叠性。在三角形轭14的等边设计中，交叉连接柱15、16、17被布置为彼此夹角是60°。

附图标记的列表

10 磁芯

11 第一绕组柱

12 第二绕组柱

13 第三绕组柱

14 轭

15 第一交叉连接柱

16 第二交叉连接柱

17 第三交叉连接柱

18 纵端

19 贯通开口

20 绕组连接部

21 第一绕组

22 第二绕组

23 第三绕组

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于三相扼流圈或三相变压器的磁芯(10)，所述磁芯(10)具有用于保持电绕组(21，22，23)的三个绕组柱(11，12，13)，其中，所述三个绕组柱(11，12，13)以三角形形状布置为彼此大致平行且通过环形或凸多边形轭(14)而连接，所述轭(14)置于所述绕组柱(11，12，13)上，其特征在于，

所述轭(14)和/或所述绕组柱(11，12，13)由压缩粉末复合材料形成。

2.根据权利要求1所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)置于所述绕组柱(11，12，13)的纵端上。

3.根据权利要求1或2所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)具有三个交叉连接柱(15，16，17)，每个交叉连接柱(15，16，17)连接紧邻的两个绕组柱(11，12，13)。

4.根据权利要求3所述的磁芯(10)，其特征在于，

第一交叉连接柱(15)将第一和第二绕组柱(11，12)彼此连接，第二交叉连接柱(16)将第二和第三绕组柱(12，13)彼此连接，且第三交叉连接柱(17)将所述第三和所述第一绕组柱(13，11)彼此连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)，特别地，所述交叉连接柱(15，16，17)形成封闭状元件，所述封闭状元件具有优选地中心布置的贯通开口(19)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)由单个部件或多个部件形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述粉末复合材料包括铁、镍、硅、铝和/或钼。

8.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)是三角形或六边形形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)具有等边和/或等角设计，特别地，具有正多边形形状。

10.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述绕组柱(11，12，13)具有圆形或矩形横截面。

11.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)胶合至所述所述绕组柱(11，12，13)，特别地，接合至所述绕组柱(11，12，13)的纵端。

12.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

排放柱以位于中心的方式布置在所述三个绕组柱(11，12，13)之间，所述排放柱连接至所述轭(14)。

13.一种三相扼流圈或三相变压器，具有根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)且具有至少一个电绕组(21，22，23)，所述至少一个电绕组(21，22，23)卷绕在所述绕组柱(11，12，13)之一上。

14.根据权利要求13所述的扼流圈或变压器，其特征在于，

所述绕组(21，22，23)由扁线形成，特别地，由扁漆包铜线形成。

Claims (15)

1.一种用于三相扼流圈或三相变压器的磁芯(10)，所述磁芯(10)具有用于保持电绕组(21，22，23)的三个绕组柱(11，12，13)，其中，所述三个绕组柱(11，12，13)以三角形形状布置为彼此大致平行，其特征在于，

所述绕组柱(11，12，13)通过环形或凸多边形轭(14)而连接，所述轭(14)置于所述绕组柱(11，12，13)上。

2.根据权利要求1所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)置于所述绕组柱(11，12，13)的纵端上。

3.根据权利要求1或2所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)具有三个交叉连接柱(15，16，17)，每个交叉连接柱(15，16，17)连接紧邻的两个绕组柱(11，12，13)。

4.根据权利要求3所述的磁芯(10)，其特征在于，

第一交叉连接柱(15)将第一和第二绕组柱(11，12)彼此连接，第二交叉连接柱(16)将第二和第三绕组柱(12，13)彼此连接，且第三交叉连接柱(17)将所述第三和所述第一绕组柱(13，11)彼此连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)，特别地，所述交叉连接柱(15，16，17)形成封闭状元件，所述封闭状元件具有优选地中心布置的贯通开口(19)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)由单个部件或多个部件形成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)和/或所述绕组柱(11，12，13)由压缩粉末复合材料形成。

8.根据权利要求7所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述粉末复合材料包括铁、镍、硅、铝和/或钼。

9.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)是三角形或六边形形状。

10.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)具有等边和/或等角设计，特别地，具有正多边形形状。

11.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述绕组柱(11，12，13)具有圆形或矩形横截面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

所述轭(14)胶合至所述所述绕组柱(11，12，13)，特别地，接合至所述绕组柱(11，12，13)的纵端。

13.根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)，其特征在于，

排放柱以位于中心的方式布置在所述三个绕组柱(11，12，13)之间，所述排放柱连接至所述轭(14)。

14.一种三相扼流圈或三相变压器，具有根据前述权利要求中任一项所述的磁芯(10)且具有至少一个电绕组(21，22，23)，所述至少一个电绕组(21，22，23)卷绕在所述绕组柱(11，12，13)之一上。

15.根据权利要求14所述的扼流圈或变压器，其特征在于，

所述绕组(21，22，23)由扁线形成，特别地，由扁漆包铜线形成。