CN110326064A - 感应装置、制造感应装置的方法及天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应装置、制造该感应装置的方法以及天线。所提出的感应装置包括：磁芯(1)；具有被布置成围绕所述磁芯(1)的腔体(11)的电绝缘支撑部(10)；以及三个由导线构成、被布置成彼此正交地布置的绕组(DX，DY，DZ)，其中，所述电绝缘支撑部(10)由单个部件制成并完全地容置可通过一开口接近的磁芯(1)，三个绕组(DX，DY，DZ)被支撑在电绝缘支撑部的绕组支撑面(12X，12Y和12Z)上，限制在由下角部突起(20)限定的多个绕组限制边(22)之间并相对于三个正交轴线(X，Y，Z)对中，使得所述电绝缘支撑部(10)确保由上述的感应装置产生的所述电磁场矢量的对称性和正交性。

Description

感应装置、制造感应装置的方法及天线

技术领域

本发明涉及一种感应装置且涉及制造感应装置的方法，所述感应装置包括：磁芯；电绝缘支撑部，被布置成围绕所述磁芯；以及三个由导线构成的绕组(winding ofconductive wire，导线绕组)，被布置成彼此正交并围绕所述磁芯缠绕，所述绕组的导线被支撑在所述电绝缘支撑部上。

本发明还涉及一种天线，特别是一种使用上述的感应装置构建的低频发射或接收天线，主要用于检测和/或发送需要精确控制的、例如像那些用于虚拟现实系统的物体的位置和运动，其中的电磁系统必须有能力将物质世界(物理世界)中的实际物体定位在虚拟(或数字)世界中的准确的相对位置，并且具有其三维空间坐标分量中的实际的运动、速度和加速度。

本发明之目的是基于如下原理来实现的：由低频感应器的磁场感应单元引起的电压上的响应直接与其相对于场源的相对位置成正比。

形成三轴磁感应器或传感器的本发明的感应装置允许产生标准电磁场，该电磁场是各向同性的，在围绕同一个磁芯缠绕但支撑在电绝缘支撑部的多个表面的三个正交的线圈中具有一致的频率和强度以及相同特性。由此，能够在缠绕于三个正交轴线上的所述感应器或组成部件中感应出电压，其模数与相对于源(位置指示)和三个坐标x、y、z(它们的关系决定着相对于源位置矢量的转角)的相对距离成正比。所提出的感应器进而产生与其三个正交的绕组的矢量感应分量对应的、在三个维度中正交的矢量参照系统(R³)。在该参照系统中采用的其它任何接收感应器将沿每个轴线接收与其矢量距离成正比的电压，接收器(receptor)相对于参照系统的转角是由每个轴线和整个模块之间的电压的比率决定的。

背景技术

专利文献US 4287809(Honeywell)公开了一种用于确定方位(包括头盔(helmet)的位置)的电磁系统，其包括用于发射电磁场矢量的发射天线、用于感测所述电磁场矢量的接收天线、以及用于依靠所述发射和感测的电磁场矢量确定方位(包括头盔的位置)的控制装置。该专利文献的附图的图3描述了所使用的发射和接收天线的一个可能的实施例，其中能看到这些天线可包括铁氧体磁芯，三个绕组围绕该铁氧体磁芯相互正交地缠绕。

专利文献US 4210859(Technion Research，技术研究)同样公开了一种分别用于具有三个正交的绕组的三维天线的结构，其同样适用于提供诸如本发明中所述的一种感应器。附图的图17示出该感应器的磁芯的一个特别的实施例，其呈立方体形状，且在其顶点(vertex，顶部)处具有多个突起，这些突起限定了多个绕线通道(winding up channel)用以设置上述的正交绕组。

另一方面，专利文献EP 1315178(ABB)描述了一种电磁感应器构造，包括一立方体型磁芯和三个正交的绕组，支撑在两个中空的半立方体的表面上，所述中空的半立方体由绝缘的塑料材料形成，并且在其顶点处设有多个突起，该磁芯被设置在所述两个半立方体的腔体内侧，所述两个半立方体设有彼此相对的开口表面。

假设所述的现有技术文献的任一篇中的磁场矢量的精确的正交性均要求将多个螺旋线定位在磁芯上，该磁芯是裸露的，或者借助一薄层粘性聚酯的或聚酰亚胺的带型绝缘体进行绝缘，且需要在缓慢的精确加工中进行极度细心的操作，这使得产业上的实施变得困难，而且在专利文献EP 1315178中所描述的方案的情况下，在其上执行绕线的磁芯的缺陷或者两个相对的半部的差异或非共面性是必须进一步克服的(问题)。

专利文献EP 2911244描述了一种天线和一种天线制造方法，该天线包括磁芯和围绕该磁芯缠绕的三个绕组，使用分成为两个部件的电绝缘基部提供一支撑部，一外部绕组围绕该支撑部的周缘而被支撑。

至此，在多篇文献中所描述的与磁芯关联的电绝缘支撑部的用途基本上是为了：

-确保绕组的绝缘和安全距离，以及固定和成形绕线组件；

-适当地容纳和引导绕组，并使得更容易将其连接到PCB或电路；

-配置绕线拓扑结构(例如多段型，以减少分布电容或减小支撑在绕组的端部之间的电压)；以及

-允许多个附加元件(诸如保险丝、传感器，等等)协作，且总体上使绕线工艺自动化变得更容易。

专利文献US 6696638描述了一种由多个电磁颗粒通过粘结方式结聚成基体而获得的磁芯。

专利文献WO 2016038434描述了一种特别用于天线的磁芯，该磁芯是借助PBSM(聚合物粘结软磁材料)注射获得的，该PBSM注射是通过在聚合物基体中结合铁磁纳米颗粒，且借助、并特别地包括铁磁材料的微纤维、微颗粒或纳米颗粒来实现。

上述的现有技术文献中，没有一份说明将电绝缘支撑部用于防止磁芯缺陷和由绕组位置的不对称转化成的偏差，这种偏差会影响由每个绕组产生的感应矢量的各向同性。

文献EP1634308描述了一种天线，包括插设在被三个正交的绕组围绕的电绝缘支撑部内的磁芯，所述电绝缘支撑部包括由绕组支撑外表面限定的绕组通道以及垂直于绕组支撑外表面的、限定在电绝缘支撑部的八个角部突起中的多个绕组限制边缘。但是此文献并未提及获得各向同性的感应装置，因为该文献中描述的磁芯并不是各向同性的，并且这三个正交的绕组具有不同的绕组长度和数量，产生了针对RFID应用的三个不同的磁场。

此外，该文献EP1634308描述的电绝缘支撑部包括围绕磁芯的八个角部的八个角部突起，具有复杂形状的所述电绝缘支撑部难以在两件式模具中进行制造，需要将模具制作为至少四个不同的可移动的部分，方可制造出如此复杂的形状。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种感应装置，其适合于构建发射或接收天线，该天线用以与电磁系统相互作用。

与现有技术所提供的方案不同，本发明提供了一种电绝缘支撑部，其大体为一立方形的支撑部，完全地容置(house)同样为立方形的磁芯，并且绕线在所述电绝缘支撑部(其例如借助高精度注塑成型而获得)上被直接地执行，这样就允许以自动化高速绕线工艺将绕组的螺旋线固定在所述电绝缘支撑部上，该支撑部的构造界定(demarcate，标定)多个实体限制部，并确保一致的和重复性的绕组对称，产生绕组(DX，DY，DZ)之间的最好的正交性。

根据本发明的方案，上述的感应装置包括：

·矩形棱柱状的磁芯，具有六个面和八个顶点，限定相互正交的三个轴线X、Y、Z；

·电绝缘支撑部，由单个部件制成，并具有围绕所述磁芯布置的矩形棱柱状腔体，所述腔体完全地容置所述磁芯，且所述腔体通过一开口可进入(accessible)，该开口被一框架围绕，该框架具有被设置为成对地两两相对的四个侧部，所述框架被设置为与磁芯的水平位(level，高度)齐平或高于磁芯的水平位，所述电绝缘支撑部设有：

ο多个绕组支撑外面(outer face，外侧面)，每个绕组支撑外面垂直于多个轴线之一，

ο四个附加的绕组支撑外面，形成在开口的所述四个侧部上，并具有与之关联的绕组限制边缘，

ο四个下角部突起，被设置在磁芯的四个顶点上，包括垂直于所述绕组支撑外面的绕组限制边缘，由导线绕轴线X、Y缠绕成的绕组限制在所述相应的绕组限制边缘之间，并且支撑在所述绕组支撑面上，

并且其中，三个由导线构成的绕组(导线绕组)被布置为彼此正交地围绕所述磁芯缠绕，且被支撑在绕组支撑面上，限制在上述绕组限制边缘之间并相对于正交的轴线X、Y、Z对中，由此当电流通过上述的绕组流通时，产生具有与每个绕组的轴线同轴的电磁场矢量的电磁场。

应理解的是，磁芯的所述六个面为相互面对及平行的三对相对的面，每个面均为矩形或正方形，并且所述三个轴线X、Y、Z中的每一个垂直于所述多对面之一。

应理解的是，每个所述绕组支撑外面均平行于磁芯的六个面之一，使得被支撑在所述绕组支撑外面上的绕组平行于磁芯。

此外，由四个下角部突起提供的绕组限制边缘界定了所述绕组支撑外面，限定了在多个方向上相互正交的各个绕组。优选地，每个下角部突起具有六个绕组限制边缘，其中的两个用于对前述的三个绕组的每一个进行限制。

所提出的电绝缘支撑部为单个中空的部件，在多个面之一上有开口以完全地容置磁芯，使得所述电绝缘支撑部围绕所述磁芯的六个面中除了一个面之外的所有面，并且在磁芯的其余四个顶点上不具有上角部突起，从而使电绝缘支撑部能够在两件式模具中被制造。

换言之，经由所述电绝缘支撑部的单个开口面(其提供了进入腔体的通路)，磁芯被完全地插入到电绝缘支撑部的所述腔体，使得上述的磁芯并不从所述支撑部伸出，且因所述支撑部的形状之故，而能够使用仅由两个可动部件构成的模具、借助高精度模制程序来生产所述电绝缘的材料，其能够沿轴向容易地脱模，在与脱模方向一致的轴线Z方向上不具有重叠的突出部。

这样就允许所述支撑部除了其一个面之外完全地围绕磁芯，成为作为单个部件而实现的支撑部(例如借助高精度塑料材料模制作业)，这使得将磁芯对中、以及围绕所述磁芯执行正交的绕线更为容易，所述正交性对于所制造的感应装置的精度是关键的。如依据物理学中的毕奥-萨伐尔定律(Biot-Savartlaw)所知晓的，由导电螺旋线中的电流产生的磁感应矢量方向正交于形成所述螺旋线的表面矢量。换言之，所产生的磁场在绕线的每个无穷小的部分表面上正交于绕线，而不是像本行业中通常所想象的那样正交于磁芯的横截面。本发明旨在通过使绕组不受磁芯的形态所左右，而寻求改善上述(感应)装置的性能和对称性，因为无论其内部的磁芯是否存在对称性缺陷，绕组的横截面均会由卷轴的构造(configuration)来保证。

下列在现有技术中并不知晓的特征应被视为本发明的重要特征：

·所述电绝缘支撑部围绕除了磁芯的六个面中除了一个之外的所有面，并且缺少与磁芯的其余四个顶点对应的上角部突起，从而可在两件式模具中制造电绝缘支撑部，且所述的绕线通道被相对于三个正交轴线X、Y、Z对中；

·所述框架被设置为与磁芯的水平位齐平或高于磁芯的水平位，并且

·第三绕组所缠绕的所述绕组支撑外面，提供由下角部突起的所述限制边缘限定在一侧上的多个表面；以及所述第三绕组相对于正交的轴线X和Y对中；

其中，所述两个绕线通道和所述第三绕组被配置为与磁芯的尺寸结合而限定三个各向同性的正交磁场。

根据一备选的实施例，如果四个下角部突起将围绕轴线X和Y缠绕的绕组限制(confine)在这些下脚部突起的相应的绕组限制边缘之间，那么围绕轴线Z的绕组由设有自粘附涂层的导电线形成。在此情况下，上述的四个下角部突起的绕组限制边缘将仅限制在其最靠近感应装置下端部的那一侧上(而不是在最远的端部上)围绕轴线Z缠绕的绕组。即使并不存在四个附加的上角部突起对其进行限制，自粘附导线也会使所述导线处于适当位置，尽管在此情况下，会设置止动件或对位件(counterpoint)抵靠电绝缘支撑部的上述开口面，并可在高速绕线作业后将其移除，以界定上部绕组。

根据一备选的实施例(在本申请中未列入权利要求但却可行的本发明的备选的实施例)，所述电绝缘支撑部还包括被设置在磁芯的其余四个顶点上的四个上角部突起，包括垂直于绕组支撑面的绕组限制边缘。

根据另一个实施例，提出了所述磁芯由紧密地插入到形成所述电绝缘支撑部的所述中空部件的块状件形成。

备选地，提出了所述磁芯由被固化(set)在所述电绝缘支撑部内侧的磁性粘结物(magnetic cement)形成(根据前述的专利文献US 6696638的教导)，亦即，被灌注到电绝缘支撑部的腔体内并在其中硬化的液态形式的磁性粘结物，所述电绝缘支撑部的内腔体起到模具的作用。因此，当随后形成磁芯时，确保了其形状精确地对应于卷轴的形状，借助上述的多个表面及其外部构造确保了对称性和各向同性。

若需要防护对磁芯外部的水分的吸收，磁芯被提出以聚合物或环氧树脂层来涂布，该环氧树脂层占据电绝缘支撑部的所述开口面(尽管这通常将是不适用的)。换言之，本方案提出借助环氧树脂层来密封磁芯的唯一未被电绝缘支撑部覆盖的面，该环氧树脂层还具有电绝缘特性并完成对磁芯的覆盖。

优选地，磁芯的高度将小于电绝缘支撑部的内腔体的深度，且差值部分将填充有所述环氧树脂层。在树脂施涂并硬化之后该绕线将覆盖所述环氧树脂。

优选地，磁芯和容置磁芯的上述的电绝缘支撑部是立方形的，提供了具有各向同性特性的感应器，其要求磁芯的实际的和假想的导磁率和磁化率(磁化系数)在三个螺旋轴线上相同。首选的使用PBM(聚合物粘合磁性件)或磁性粘结物，从而允许避免那些建立优先的磁化方向而导致各向异性的磁芯形成工艺(磁芯叠片、挤制和冲压均包含相应的各向异性，而本发明则防止了这种情况)。由于磁芯具有相同的高度、宽度和深度尺寸，如果材料在导磁率、磁化率和电阻率方面是各向同性的，则感应生成的磁场沿三个轴线X、Y、Z是一致的。为此目的，使三个绕组完美地相互正交并包含同样的导电线缠绕匝数也是很重要的，所述导电线与上述的电绝缘支撑部(其制成为单个部件，如前所述)的绕组支撑面相配合。

由于此感应装置为各向同性的装置，因此可被用作精确的检测器，用以精确地检测其在所述三个轴线上相对于电磁波发射源的相对位置，或作为在所有方向上一致的电磁波的发射器。

根据另一实施例，每个导线绕组具有导线的进入点和所述导线的离开点，两者彼此不同，且均连接到一体形成在每个所述下角部突起中的导电元件的端部。这些导电元件因此用作连接器，其允许将感应装置集成到电力电子系统中，通过所述导电元件与绕组的每个所述导线电接触。

此外还提出，上述的电绝缘支撑部包括多个引导构造，用以引导处于进入点与其对应的导电元件之间、以及处于离开点与其对应的导电元件之间的每个绕组的导线，所述引导构造由凹口(notch)、阶梯状凹部或凹槽形成，使得张紧的导线与绕组支撑外面及所述进入点处的绕线方向相关地被精确定位。

最后被提出的是，绕组支撑外面包括多个绕组支撑外面X、多个绕组支撑外面Y和多个绕组支撑外面Z，并且提出与两个不同的二等分(bisecting，横贯的)绕组对应的上述面要被设置在不同的水平位，并在形成绕组限制边缘的阶梯状交叉部中联接。

电绝缘支撑部具有五个主外面和一个开口的第六主外面，两个绕组将在每个所述面上以正交的方式彼此二等分。电绝缘支撑部的所述六个主外表面中的每一个将因此具有设置在两个不同的水平位并由一阶梯部连接的多个绕组支撑面，限定设置在不同的水平位且相互二等分的两个绕线通道，较深的绕线通道是由沿着对应的主外表面的整个长度的连续的绕组支撑面限定的，而重叠于在前的通道上的绕线通道是由设置在前述的连续的绕组支撑面的相对两侧上的两个绕组支撑面限定的，并从其上突出。

为进入电绝缘支撑部的内腔体提供通路的开口将被具有四个侧部的框架所围绕，这四个侧部被设置为成对地两两相对，所述侧部中的两个相对于另外两个侧部处于较低水平位，所述四个侧部形成四个绕组支撑外面。此实施例允许绕线沿两个正交的方向、且在两个不同的水平位被执行，从而覆盖电绝缘支撑部的设置有内腔体开口的这一面。

在此情况下，将从最靠近所述腔体的底部的那个侧部来限定腔体的深度。

根据第二方面，本发明涉及一种制造感应装置的方法。所述方法包括下列步骤：

·通过高压注塑成型，制造具有高导热性及机械稳定性的热固塑料基聚合物电绝缘支撑部，该电绝缘支撑部由单个中空部件制成并具有在其多个面中的一个面上开口的矩形棱柱状腔体，该电绝缘支撑部被设置为完全地容置一磁芯，并通过一开口可进入，该开口被具有四个侧部的一框架所围绕，这四个侧部被设置为成对地两两相对，所述支撑部设有：

ο两个正交的绕线通道，其尺寸被设定为用以限定相应的两个正交的绕组，所述绕线通道由绕组支撑外面限定，每个绕组支撑外面各自垂直于轴线X、轴线Y或轴线Z之一，绕组限制边缘(22)垂直于绕组支撑外面(12X，12Y)，四个附加的绕组支撑外面(12X和12Y)形成在框架(50)的所述四个侧部(51)上，且绕组限制边缘(22)与这些附加的绕组支撑外面相关联；

ο多个绕组支撑外面(12Z)，垂直于所述轴线X和轴线Y之一，并被配置为支撑与另外的两个绕组(DX，DY)正交的第三绕组(DZ)；

ο四个下角部突起，包括与绕组支撑外面垂直的绕组限制边缘，

·在电绝缘支撑部的所述矩形棱柱状腔体内，设置一矩形棱柱状磁芯，该磁芯具有八个顶点以及三对相互面对及平行的相对面，限定相互正交的所述三个轴线X、Y、Z，每个轴线垂直于多对所述表面中的一对，并且穿过这些面的几何中心；

·提供被彼此正交地布置的三个导线绕组，这些绕组围绕所述磁芯来缠绕，且被支撑在限制在上述绕组限制边缘之间的绕组支撑面上。本方法还提出下列重要的步骤：

·通过两件式模具制造电绝缘支撑部，其缺少与磁芯的其余四个顶点对应的上角部突起，其中所述框架被设置为与磁芯的水平位齐平或高于磁芯的水平位，且两个正交的绕线通道相对于正交的轴线X，Y、Z对中，将第三绕组缠绕于由下角部突起的所述限制边缘在一侧限定的所述绕组支撑外面，并相对于正交的轴线X、Y对中，该第三绕组因此配置为结合磁芯的尺寸、以及结合另外的两个正交的绕组而限定三个各向同性的正交的磁场。

所制成的电绝缘支撑部被设置为完全地容置位于其腔体内的磁芯；这意味着被容置在所述腔体内的磁芯并不从电绝缘支撑部突伸出，并且完全地被其六个面中的五个所围绕。

根据所提出的一实施例，所述磁芯由一块状件(block)形成，该块状件被紧密地插入到形成所述电绝缘支撑部的中空部件。

备选地，提出所述磁芯由磁性粘结物形成，该磁性粘结物被灌注到并固化于形成所述电绝缘支撑部的所述中空部件的内腔体内。换言之，电绝缘支撑部的内腔体起到容纳被灌注其内的液态或粘流态(viscous state)的磁性粘结物的容器的作用，并在所述磁性粘结物的固化期间、以及在固化和硬化期间起到模具的作用，当所述固化结束时提供与电绝缘支撑部的内腔体形状互补的固体磁芯。

根据另一实施例，提出了上述的磁芯被涂布一环氧树脂层，当磁芯为一插设的块状件以及为硬化的磁性粘结物的这两种情况下，该环氧树脂层均占据电绝缘支撑部的所述开口面。磁芯的五个面因此将被电绝缘支撑部覆盖，而第六个面将由所述环氧树脂层来涂布和密封，从而将磁芯完全地且一致地绝缘。

此外，提出了所提供的磁芯的高度小于电绝缘支撑部的内腔体的深度，以及提出在设置磁芯之后将环氧树脂以液态形式灌注并随后在电绝缘支撑部的内腔体内硬化，所述环氧树脂被容纳在内腔体中的未被磁芯占据的空间内。未被磁芯占据的内腔体空间因此起到环氧树脂的模具的作用。

根据另一个实施例，提出所述磁芯是通过高精度PBM(聚合物粘合磁性件)注塑成型来制造的，该PBM利用分散剂(dispersant)在聚合物基体中结合铁磁纳米颗粒来获得，所述注塑的本体能够包括软铁磁材料的微纤维、微颗粒或纳米颗粒，如专利申请WO 2016/038434中所述。

根据所提出的另一实施例(其在本申请中并未列入权利要求但却是本发明的一可行的备选实施例)，所述电绝缘支撑部被提供为进一步包括设置在磁芯的其余四个顶点上的四个上角部突起，包括垂直于绕组支撑面的绕组限制边缘。所述上角部突起允许与下角部突起协作而完全地限制并引导三个绕组，确保这些绕组实现完美的正交定位。

备选地，在绕线之前，建议相对于电绝缘支撑部设置附加的上角部突起，而当所述绕线结束时将其移除，由此在绕线期间，与轴线Z对应的绕线表面被界定在电绝缘支撑部与所述可移除的上角部突起之间，并且最终的感应装置不具有所述上角部突起。

根据所提出的方法的一个另外的实施例：

·电绝缘支撑部被制造为包括多个导电元件(20)，这些导电元件被集成在每个所述下角部突起中；并且其中

·每个导线绕组具有导线的进入点和所述导线的离开点，两者彼此不同，并且连接到所述导电元件(20)。

所述导电元件例如可以是金属销，其被部分地嵌入在下角部突起中，且部分地露出，用以将所提出的感应装置连接到电力或电子系统。备选地，所述导电元件可以是导电的覆层，其沉积在所述下角部突起的表面，用以实现同样之目的。

此外：

·提出了所述电绝缘支撑部被制造为包括引导构造，用以引导处于对应的进入点与其导电元件之间的、以及处于对应的离开点与其导电元件之间的每个绕组的导线，所述引导构造由凹口、阶梯状凹部或凹槽形成；并且其中

用于缠绕(绕制)所述三个绕组的绕线工艺以三个相继的步骤执行，每个步骤包括：

·将一张紧的导线自动地定位在对应的引导构造内，一部分所述导线在所述进入点处且在绕线方向上相对于绕组支撑外面被精确地定位；

·从所述进入点到对应的离开点，将所述导线围绕磁芯自动地缠绕在绕组支撑外面上，所述绕组被限制在对应的绕组限制边缘之间；

·从离开点将所述张紧的导线的一部分自动地定位在其对应的引导构造内，这一部分导线相对于所述离开点而被精确地定位；

换言之，自动的绕线装置将张紧的导线自动地定位在导电的支撑部的引导构造内侧，所述引导支撑部具有确保将一部分导线在对应的绕组的进入点上的精确的定位的作用，由于其凹口形、凹陷形、阶梯形或凹槽形的几何结构而使得张紧的导线会精确地定位在其最深处部位，将导线引导至所述进入点。

一旦确保了被精确的定位在所述进入点，该绕线装置即自动地缠绕所述绕组，确保绕组的每个匝的定位精度，直至到达离开点。

自动的绕线装置随后将张紧的导线定位在其对应的引导构造内侧，该引导构造由于其几何结构的关系，允许将导线相对于进入点精确地定位，确保离开点是精确的。

此外，还提出所述自动绕线工艺包括将形成绕组的导线的每一端以自动的方式电连接到下角部突起的对应的导电元件(20)，所述张紧的导线被设置在上述的电连接部、引导构造和其对应的绕组进入点或离开点之间。

以快速和自动的方式获得精确的感应装置是通过针对所提供的三个绕组中的每一个，而将这一过程重复三次而获得的。

根据本发明的第三方面，提供一种天线，特别是一种基于(本文)所说明的感应装置而建立的低频天线。

在下文对实施例的详细描述中，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

基于下文参照附图对实施例的详细描述，前述的和其它的优点和特征将被更好地理解，这些附图必须以阐示性及非限制性的方式被解释，其中：

图1示出根据一个实施例的、不带有磁芯和绕组的电绝缘支撑部的俯视立体图，示出电绝缘支撑部的内腔体和开口，该实施例设有包括多个导电元件和引导构造的下角部突起，且不设有上角部突起；

图2示出根据另一个实施例的、不带有磁芯和绕组的电绝缘支撑部的俯视立体图，示出电绝缘支撑部的内腔体和所述开口，该实施例设有包括导电元件和引导构造的下角部突起，且还设有根据本申请中并未列入权利要求但却可行的本发明的备选实施例的特征的上角部突起；

图3示出与图2中所示的相同、但从下部观看的电绝缘支撑部；

图4示出磁芯的立体图；

图5a示出与图1中所示的相同的实施例的视图，但是具有插入到电绝缘支撑部的腔体的磁芯；

图5b示出与图2中所示的相同的实施例的视图，但是具有插入到电绝缘支撑部的腔体的磁芯；

图6a示出与图5a中所示的相同的实施例在缠绕三个正交的绕组之后的视图；

图6b示出与图5b中所示的相同的实施例在缠绕三个正交的绕组之后的视图；

图7示出在图6b中所示的、但从下部观看的缠绕后的电绝缘支撑部；

图8示出连同用以覆盖绕组的壳体的感应装置；

图9示出电绝缘支撑部的截面图，该电绝缘支撑部容纳由环氧树脂层密封的立方形磁芯，所述截面是通过垂直于轴线X的平面获得的。

图10示出执行如何使用不具有上角部突起的电绝缘支撑部的方法的一个例子。

具体实施方式

所附的附图示出本发明的多个阐示性及非限制性的实施例。

根据本发明的第一实施例，感应装置包括立方形的磁芯1，该磁芯具有六个方形的面，限定轴线X、轴线Y和轴线Z，所述磁芯被紧密地插入到电绝缘支撑部10的同样为立方形的内腔体11中，电绝缘支撑部完全地覆盖磁芯1的六个面中的五个，而将磁芯的第六个面保留为经由用于进入前述的内腔体11的开口而外露。

所述电绝缘支撑部10具有平行于磁芯的上述面的绕组支撑外面12X、12Y和12Z，且四个下角部突起20被设置在磁芯1的四个顶点上，包括垂直于绕组支撑外面12X、12Y和12Z的绕组限制边缘22。

此外(参见图3、图9和图10)，绕组支撑外面12X、12Y和12Z包括：用于支撑绕组DX(与轴线X同轴)的多个支撑外面，被称为12X；用于支撑绕组DY(与轴线Y同轴)的多个支撑外面，被称为12Y；以及用于支撑绕组DZ(与轴线Z同轴)的多个支撑外面，被称为12Z，与两个不同的二等分绕组对应的上述面要被设置为处于不同的水平位，并且联接在限定了绕组限制边缘22的阶梯状交叉部中。

绕组支撑外面12X、12Y和12Z与阶梯状交叉部和绕组限制边缘22一起，形成处于不同的水平位的、用于三个绕组DX、DY、DZ中的每一个的独立的绕线通道。

提供了进入电绝缘支撑部10的内腔体11的通路的开口被具有四个侧部51的框架50围绕(这些侧部被设置为成对地两两相对)，所述框架50被设置为与磁芯1的水平位齐平或高于磁芯1的水平位，并且所述四个侧部51形成四个附加的绕组支撑外面12X、12Y，这些绕组支撑外面具有与之关联的绕组限制边缘22，这三个绕组DX、DY和DZ被支撑在所述绕组支撑面12X、12Y和12Z上，且被限制在绕组限制边缘22之间并相对于三个正交轴线X、Y、Z对中，使得所述电绝缘支撑部10确保由上述的感应装置产生的所述电磁场矢量的对称性和正交性。

由于所述电绝缘支撑部10是通过精度注塑成型方法制造的，确保了所制造的全部感应器的规则性。所述电绝缘支撑部10的几何结构确保了在自动化绕线工艺中，被布置成彼此正交的三个绕组DX、DY和DZ的正确定位。这一性质允许大幅节省对所制造的每个感应器进行校准的过程。

在本实施例中，首先制作围绕轴线X的绕组DX，该绕组是在围绕电绝缘支撑部10的三个面以及内腔体11的开口的连续的绕线通道上制作的，所述绕线通道是由连续的绕组支撑外面12X限定的，这些绕组支撑外面跨越电绝缘支撑部10的外表面的整个长度，且其宽度与下角部突起20的两个相对的绕组限制边缘22之间的宽度相同，所述这些绕组支撑面12X在其两端被连接且通过腔体的开口的框架50的较低水平位的两个绕组支撑外面12X而被连接。

在本例中，围绕轴线Y的绕线是第二个要完成的，且其由围绕电绝缘支撑部10的三个面以及内腔体的开口的连续的绕线通道构成，内腔体横交所述绕线，该绕线围绕轴线X位于所述支撑部的基部上以及内腔体11的开口上、处在电绝缘支撑部10的相对的侧部上。

所述绕线通道由跨越电绝缘支撑部10的两个相对的外表面的整个长度的两个连续的绕组支撑外面12Y限定，这些绕组支撑外面的宽度与下角部突起20的两个相对的绕组限制边缘22之间的宽度相同。这一绕线通道由设置在电绝缘支撑部的基部的同一个外表面上的两个对称的绕组支撑外面(其位于用于围绕轴线X绕线的绕线通道的相对侧上并通过处于更高水平位的阶梯部而与之分开)、以及由腔体11的开口的框架50的更高水平位的所述两个绕组支撑外面而被进一步界定，由此确定了处于不同的高度的彼此横交的两个绕组X、Y均处于基部并处于内腔体11的开口中。

最后，在本例中围绕轴线Z的绕线是第三个要完成的，其由围绕电绝缘支撑部10的四个外表面的连续的绕线通道构成，并在所述四个外表面中的每个上横交围绕轴线X的绕组DX和围绕轴线Y的绕组DY。

轴线Z的所述绕线通道由两个对称的绕组支撑外面12Z限定，这两个对称的绕组支撑外面被设置在电绝缘支撑部10的四个外表面的每一个上，位于用以围绕轴线X或Y绕线的绕线通道的相对侧上并借助被设置在更高水平位的阶梯部而与之分开，由此确定了绕组DX和DY在不同的高度彼此横交。在电绝缘支撑部10中，所述构造确定了从电绝缘支撑部的四个竖直角部伸出、呈壁柱形式的绕组支撑外面12Z。

根据一个实施例，所述四个壁柱从限定内腔体的开口的框架伸出，相对于限定所述框架50的相应的四个绕组支撑外面12X和12Y形成阶梯部，确定了围绕彼此横交的轴线X、Y在内腔体11的所述开口上缠绕的绕组DX和DY的绕组限制边缘22。

根据另一个备选实施例(在本申请中并未列入权利要求但是可行的本发明的备选实施例)，电绝缘支撑部10还包括被设置在磁芯1的四个顶点上的四个上角部突起21，且同样包括垂直于绕组支撑外面12X、12Y和12Z的绕组限制边缘22，在所述的实施例中，前述伸出的壁柱被限制在上角部突起21和下角部突起20的相对的绕组限制边缘22之间。

磁芯1可以是插置于所述腔体11内的块状件，但在一个优选实施例中，该磁芯可以是在液态或粘流态下灌注到电绝缘支撑部的内腔体的磁性粘结物，在设置所述磁性粘结物直至其硬化的期间，该内腔体将起到容器和模具的作用。在一备选实施例中，上述的磁芯可由PBM或PBSM材料形成，该材料通过注射到上述的腔体(11)而被提供。

优选地，所述硬化的磁性粘结物或所述块状件并不占据整个内腔体，靠近所述开口的腔体上部并未被占据。聚合物或环氧树脂被灌注到所述腔体的上部(其并未被占据)而将其填充，并且当聚合物或环氧树脂硬化时被限制在腔体中，将所述开口密封，保持磁芯并使其绝缘。

还提出，某些或所有的下角部突起20包括导电元件23，形成所述相应的三个绕组DX、DY和DZ的导线40的端部被连接到这些导电元件。所述导电元件23为部分地嵌入于所述下角部突起20内的金属条，并且被设置为电触点，其允许将所述感应装置直接联接到印刷电路(SMD安装)。在此例中，三个下角部突起20各自包括两个导电元件23，每个导电元件均连接到绕组DX、DY和DZ之一的导线一端。

此外，每个导线40均从导电元件23被引导至其对应的绕组的进入点41或离开点42(图3)。

为此目的，上述的电绝缘支撑部10在进入点41与其对应的导电元件23之间、以及在离开点42与对应的导电元件23之间包括引导构造15(图1至图3)，这些引导构造用以引导每个绕组DX、DY、DZ的导线40，所述引导构造15由凹口、阶梯状凹部或凹槽形成，以使得张紧的导线40相对于绕组支撑外面12X，12Y和12Z以及所述进入点处的绕线方向而被精确地定位。

在此例子中，第一下角部突起20包括引导构造15，用以将围绕轴线X的绕组DX的导线从导电元件23引导到其位于绕组支撑外面12X(其与所述支撑部的下部外表面对应)上的进入点41，该引导构造15处于邻近绕组限制边缘22的位置。所述引导构造15由弯曲的阶梯部构成。

其余的引导构造15将是相同的，但被配置为适合于其相应的位置及其相应的进入点41和离开点42。

图8示出壳体60，其用于覆盖所有三个绕组DX、DY和DZ，以便更好地保护这些绕组，且仅有下角部突起20，这些下角部突起的导电元件从其上突出。

应理解的是，在一个实施例中所描述的、构成本发明的不同的部分可以与其他不同的实施例中描述的部分自由地组合，即便所述组合并未被明确描述，只要这种组合并无不利即可。

Claims (16)

1.一种感应装置，包括：

矩形棱柱状磁芯(1)，具有八个顶点和三对相互面对及平行的、相对的面，限定相互正交的轴线X、轴线Y和轴线Z，所述轴线分别垂直于三对所述面中的一对，并穿过所述面的所述几何中心；

电绝缘支撑部(10)，由单个部件制成，具有围绕所述磁芯(1)布置的矩形棱柱状的腔体(11)，所述腔体(11)完全地容置所述磁芯(1)，且所述腔体能通过一开口进入，所述开口被具有四个侧部(51)的框架(50)围绕，所述四个侧部被设置为成对地两两相对，所述电绝缘支撑部(10)设有：

两个正交的绕线通道，所述绕线通道的尺寸被设置为限定相应的两个正交的绕组(DX，DY)，所述绕线通道由如下部分限定：多个绕组支撑外面(12X，12Y)，每个绕组支撑外面垂直于所述轴线X、轴线Y、轴线Z之一；绕组限制边缘(22)，垂直于所述绕组支撑外面(12X，12Y)；四个附加的绕组支撑外面(12X和12Y)，形成在所述框架(50)的所述四个侧部(51)上，且所述绕组限制边缘(22)与所述附加的绕组支撑外面相关联；

绕组支撑外面(12Z)，垂直于所述轴线X和轴线Y之一，并被配置为支撑正交于另外两个绕组(DX，DY)的第三绕组(DZ)；

四个下角部突起(20)，设置在所述磁芯(1)的四个顶点上，包括垂直于所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)的绕组限制边缘(22)，

并且其中，三个所述绕组(DX，DY，DZ)由导线制成，三个所述绕组被彼此正交地布置并围绕所述磁芯(1)缠绕，且被支撑在所述绕组支撑面(12X，12Y，12Z)上，限制在所述绕组限制边缘(22)之间，由此当电流通过所述绕组(DX，DY，DZ)流通时，产生具有与每个所述绕组的所述轴线同轴的电磁场矢量的电磁场，

其特征在于：

所述电绝缘支撑部(10)围绕所述磁芯(1)的六个所述面中除了一个面之外的所有面，并且不具有与所述磁芯(1)的其余四个顶点对应的上角部突起，从而能在两件式模具中制造所述电绝缘支撑部(10)，且所述绕线通道被相对于三个正交的所述轴线X、轴线Y、轴线Z对中，

所述框架被设置为与所述磁芯(1)的水平位齐平或高于所述磁芯的水平位，以及

缠绕有所述第三绕组(DZ)的所述绕组支撑外面(12Z)提供被所述下角部突起的所述限制边缘(22)限定在一侧上的多个表面；而且所述第三绕组(DZ)相对于正交的所述轴线X和轴线Y对中；其中，两个所述绕线通道和所述第三绕组(DZ)被配置为与所述磁芯的尺寸结合而限定三个各向同性的正交的磁场。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，围绕所述轴线(Z)的所述第三绕组(DZ)由设有自粘附涂层的导线(40)形成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述磁芯(1)由如下形成：

块状件，被紧密地插置在具有腔体并形成所述电绝缘支撑部(10)的所述部件内，

磁性粘结物，被固化在所述电绝缘支撑部(10)的所述腔体(11)内，或

PBM或PBSM材料，被注射到所述腔体(11)内。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述磁芯(1)涂布有聚合物树脂或环氧树脂层(30)，所述聚合物树脂或环氧树脂层占据所述电绝缘支撑部的所述开口的面(10)，并且其中，所述磁芯(1)的高度小于所述电绝缘支撑部(10)的所述内腔体(11)的深度，且所述环氧树脂层(30)的厚度等于所述磁芯(1)的高度与所述电绝缘支撑部(10)的所述内腔体(11)的深度之间的差值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述磁芯(1)为立方形的芯，且三个所述绕组(DX，DY，DZ)的尺寸一致，以提供具有各向同性的性质的感应器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的感应装置，其中，由导线(40)构成的三个所述绕组(DX，DY，DZ)中的每一个均具有导线进入点(41)和导线离开点(42)，所述导线进入点与所述导线离开点彼此不同，并且所述导线进入点与所述导线离开点连接到集成于每个所述下角部突起(20)中的导电元件(23)的端部。

7.根据权利要求6所述的感应装置，其中，所述电绝缘支撑部(10)包括导线引导构造(15)，三个所述绕组(DX，DY，DZ)中的每一个的导线引导构造位于所述导线进入点(41)与其对应的导电元件(23)之间，且位于所述导线离开点(42)与其对应的导电元件(23)之间，所述引导构造(15)由凹口、阶梯状凹部或凹槽形成，使得一张紧的导线(40)在所述导线进入点(41)处或所述导线离开点(42)处沿所述绕线方向相对于所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)被精确地定位。

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)包括：绕组支撑外面(12X)，用于支撑围绕所述轴线X缠绕的所述绕组(DX)；绕组支撑外面(12Y)，用于支撑围绕所述轴线Y缠绕的所述绕组(DY)；以及绕组支撑外面(12Z)，用于支撑围绕所述轴线Y缠绕的所述绕组(DZ)，与两个不同的二等分绕组对应的所述面被设置在不同的水平位并在阶梯状交叉部中联接，所述阶梯限定绕组限制边缘(22)，并且其中，所述框架(50)的两个所述侧部(51)相对于另外的两个侧部(51)处于较低水平位。

9.一种制造感应装置的方法，包括：

通过注塑成型制作电绝缘支撑部(10)，所述电绝缘支撑部由单个中空部件制成，在所述电绝缘支撑部的一个面上开口而具有一矩形棱柱状腔体(11)，所述电绝缘支撑部被设置为完全地容置磁芯(1)并且能通过一开口进入，所述开口被具有四个侧部(51)的框架(50)围绕，所述四个侧部被设置为成对地两两相对，所述支撑部设有：

两个正交的绕线通道，其尺寸被设定为限定相应的两个正交的绕组(DX，DY)，所述绕线通道由如下限定：绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)，每个所述绕组支撑外面垂直于轴线X、轴线Y或轴线Z之一；绕组限制边缘(22)，垂直于所述绕组支撑外面(12X，12Y)；四个附加的绕组支撑外面(12X和12Y)，形成在所述框架(50)的所述四个侧部(51)上，并且所述绕组限制边缘(22)与所述附加的绕组支撑外面相关联；

绕组支撑外面(12Z)，垂直于所述轴线X和轴线Y之一，并且被配置为支撑正交于另外两个绕组(DX，DY)的第三绕组(DZ)；

四个下角部突起(20)，包括垂直于所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)的绕组限制边缘(22)，

在所述电绝缘支撑部(10)的所述矩形棱柱状腔体(11)内部设置矩形棱柱状磁芯(1)，所述磁芯具有八个顶点和三对相互面对及平行的、相对的面，限定相互正交的三个所述轴线X、轴线Y和轴线Z，每个所述轴线垂直于三对所述面之一对并且穿过所述面的几何中心；

提供由导线(40)构成的三个绕组(DX，DY，DZ)，三个所述绕组被布置成彼此正交地并围绕所述磁芯(1)缠绕，且被支撑在所述绕组支撑面(12X，12Y和12Z)上，限制在所述绕组限制边缘(22)之间；

其特征在于，所述方法包括：

通过两件式模具制作所述电绝缘支撑部(10)，所述电绝缘支撑部不具有与所述磁芯(1)的其余四个顶点对应的上角部突起，所述框架被设置为与所述磁芯(1)的水平位齐平或高于所述磁芯的水平位，并且两个正交的所述绕线通道相对于正交的所述轴线X、轴线Y和轴线Z对中，

将所述第三绕组(DZ)缠绕在所述绕组支撑外面(12Z)上，所述第三绕组被所述下角部突起的所述限制边缘(2)限定在一侧，且相对于正交的所述轴线X和轴线Y对中，从而被配置为与所述所述磁芯的尺寸结合、以及与另外的两个正交的绕组(DX，DY)结合而限定三个各向同性的正交的磁场。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述绕组(DZ)是导线(40)，所述导线围绕所述轴线(Z)缠绕并借助所述导线(40)的自粘附层而被固定。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述磁芯(1)由如下形成：

块状件，被紧密地插入到所述电绝缘支撑部(10)的所述腔体(11)内，

磁性粘结物，被灌注到、限制在并固化于所述电绝缘支撑部(10)的所述腔体(11)内，或

PBM或PBSM材料，被注射到所述腔体(11)内。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中，在围绕所述轴线(Z)缠绕所述绕组(DZ)之前，附加地设置多个能移除的上角部突起(21)，且所述能移除的上角部突起当所述缠绕结束后被移除，使得在所述缠绕步骤期间，用于支撑围绕所述轴线(Z)的所述绕组(DZ)的所述绕组支撑面(12Z)被界定在所述电绝缘支撑部(10)与所述能移除的上角部突起(21)之间。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中：

所述电绝缘支撑部(10)被制造为包括集成在每个所述下角部突起(20)中的导电元件(23)；并且其中：

每个由导线(40)构成的绕组(DX，DY，DZ)均具有导线进入点(41)和导线离开点(42)，所述导线进入点与所述导线离开点彼此不同，并且连接到所述导电元件(23)的端部；

并且其中：

所述电绝缘支撑部(10)被制造为包括多个引导构造(15)，用以在对应的导线进入点(41)与其所述导电元件(23)、以及在对应的导线离开点(42)与其所述导电元件(23)之间引导每个所述绕组(DX，DY，DZ)的所述导线(40)，所述引导构造(15)由凹口、阶梯状凹部或凹槽形成。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，用于缠绕三个所述绕组(DX，DY，DZ)的绕线工艺以三个相继的步骤来执行，每个所述步骤包括：

将张紧的导线(40)自动地定位在对应的引导构造(15)中，一部分所述导线(40)在所述导线进入点(41)处且沿所述绕线方向相对于所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)被精确地定位；

从所述导线进入点(41)至对应的所述导线离开点(42)，将所述导线(40)围绕所述磁芯(1)自动地缠绕在所述绕组支撑外面(12X，12Y和12Z)上，所述绕组被限制在对应的所述绕组限制边缘(22)之间；

从所述导线离开点(42)将所述张紧的导线(40)的一部分自动地定位在其对应的引导构造(15)内，所述张紧的导线的所述一部分相对于所述导线离开点(42)被精确地定位。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述自动绕线工艺包括将形成绕组(DX，DY，DZ)的所述导线(40)的每一端以自动方式电连接到下角部突起(20)的对应的导电元件(23)，所述导线(40)以张紧状态被设置在所述电连接部、所述引导构造(15)与所述绕组(DX，DY，DZ)的导线进入点或导线离开点(41，42)之间。

16.一种发射或接收天线，包括根据权利要求1至8中任一项所述的感应装置。