CN1261200A - 线圈装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种将线圈5卷装在具有磁性缝隙部41a的铁心4的周围上而构成的扼流圈装置。磁性缝隙部41a在与铁心4的中心轴正交的截面上的贯通方向相对于铁心4的半径方向倾斜。铁心4由具有夹持磁性缝隙部41a、且相互对向的一对端面的C字形铁心片和留有线圈导线可穿入磁性缝隙部内的间隙地收容铁心片的壳体构成。可使绕线操作容易,易于实现自动化。
Description
本发明涉及一种装备在各种交流仪器中的整流电路、杂音抑制电路和共振电路等中的线圈装置及其制造方法。
现有的扼流圈装置如图17所示，是在环状的铁心7上卷装线圈8而构成的，铁心7如图18所示，是由具有宽度为G的磁性缝隙部的C字形铁心片71、收容铁心片71的合成树脂制成的上半壳体72和下半壳体73构成的。线圈8如图19(a)、(b)、(c)所示，是将导线81的前端部81a插向铁心7的中心孔70、并将导线81在铁心7的周围卷绕规定圈数而制成的。
在上述扼流圈装置中，通过上半壳体72和下半壳体73可实现铁心片71和线圈8之间的电气绝缘。另外，为了防止卷绕在铁心7周围上时相互之间短路，导线81由绝缘树脂所包覆。
但是，在上述扼流圈装置的制造方法中，为了将导线81整齐地卷绕在铁心7上，就要尽可能地延长插向中心孔70中的导线81的前端部81a的长度，并要在将导线81维持在接近直线的状态下进行绕线操作。
可是，插向铁心7的中心孔70的导线81的前端部81a的长度越长，则操作者就必须要根据绕线的长度而移动，存在操作困难的问题。虽然将插向铁心7的中心孔70中的导线81折叠成较短的话可改善操作性，但由于弯折导线81而在导线81上产生折痕，之后导线81难以进行绕线。另外，由于图19(a)、(b)、(c)中所示的绕线操作难以实现自动化，必须依赖于手工操作，所以也存在生产率低的问题。
本发明的目的是提供一种对铁心的绕线操作容易、可实现自动化的新颖结构的线圈装置及其制造方法。
本发明的线圈装置包括具有磁性缝隙部11a的铁心1和卷装在该铁心1的周围上的线圈2，铁心1由具有夹持上述磁性缝隙部11a、且相互对向的一对端面的C字形铁心片11和包覆上述磁性缝隙部11a内线圈导线21可通过的间隙10之外的铁心片11表面的绝缘层构成。
在现有的的线圈装置中，整个铁心片被壳体所包覆，铁心是制成没有切缝的环状，而在本发明的线圈装置中，由于铁心1是制成具有间隙10的C字形，所以可通过该间隙10使线圈导线21容易地卷绕在铁心1上。
另外，在本发明的线圈装置中，绝缘层可由收容铁心片11的树脂制成的壳体形成，也可由涂敷在铁心片11表面上的绝缘涂料形成，或通过插入成形而形成。
可在铁心1的间隙10中安装磁性或非磁性的隔片3。在由特性与铁心片11不同的磁性材料制成隔片3的情况下，在铁心1中可获得合成了铁心片11的磁特性和隔片3的磁特性的磁特性。
在本发明的线圈装置的具体结构中，铁心1的磁性缝隙部11a在与铁心片11的中心轴正交的截面上的贯通方向与铁心片11的中心轴相交叉或偏离铁心片11的中心轴。
线圈导线21的截面形状为圆形、矩形或下底与铁心表面相切的台形。
本发明的线圈装置的制造方法具有：铁心制作工序，在具有夹持上述磁性缝隙部11a、且相互对向的一对端面的C字形铁心片11的表面上形成除了上述磁性缝隙部11a内线圈导线21可通过的间隙10之外的绝缘层；线圈卷装工序，通过使线圈导线21从经铁心制作工序而获得的铁心1的间隙10穿入铁心1的中心孔，将线圈2卷装在铁心1的周围上。
根据上述制造方法，在线圈卷装工序中，由于可使线圈导线21从铁心1的间隙10穿入铁心1的中心孔中，同时将线圈导线21卷绕在铁心1的周围上，所以不需要现有技术中将线圈导线的前端部插入铁心的中心孔这种操作，卷绕操作变得容易。另外，由于通过将线圈导线的前端部固定在铁心的表面上，并使该铁心旋转，可将线圈导线卷绕在铁心的周围上，所以可实现绕线操作的自动化。
另外，本发明的其它线圈装置包括具有磁性缝隙部41a的环状或C字形的铁心4和卷装在该铁心4的周围上的线圈5，铁心4的磁性缝隙部41a在与铁心4的中心轴正交的截面上的贯通方向相对于铁心4的半径方向倾斜。
铁心4的中心轴是指相对于铁心4垂直于地贯通铁心4所描绘的圆形或圆弧的中心位置的轴。
根据本发明的线圈装置，通过后述的实验结果可知，与铁心的中心轴正交的截面上磁性缝隙部的贯通方向与铁心的中心轴相交叉的现有的线圈装置相比，铁心损失小。因此，可改善采用了该线圈装置的交流仪器的能量效率。
在具体的结构中，铁心4由具有夹持上述磁性缝隙部41a、且相互对向的一对端面的C字形铁心片41和包覆上述磁性缝隙部41a内导线51可通过的间隙40之外的铁心片41表面的绝缘层构成。
根据该具体结构，由于将铁心4制成具有间隙40的C字形，所以通过该间隙40可容易地将线圈导线51卷绕在铁心4上。
在上述本发明的线圈装置中，绝缘层可由收容铁心片41的树脂制成的壳体形成，也可由涂敷在铁心片41表面上的绝缘涂料形成，或通过插入成形而形成。
可在铁心4的间隙40中安装磁性或非磁性的隔片6。在由特性与铁心片41不同的磁性材料制成隔片6的情况下，在铁心4中可获得合成了铁心片41的磁特性和隔片6的磁特性的磁特性。
上述本发明的线圈装置的制造方法具有：铁心片制作工序，制作在与铁心片41的中心轴正交的截面上磁性缝隙部41a的贯通方向相对于铁心片41的半径方向倾斜的铁心片41；绝缘层形成工序，在经铁心片制作工序所获得的铁心片41的表面上形成除了上述磁性缝隙部41a内线圈导线51可通过的间隙40之外的绝缘层；线圈卷装工序，使空心线圈50的一部分从经绝缘层形成工序所获得的铁心4的间隙40穿入铁心4的中心孔中，将空心线圈50卷装在铁心4的周围上。
在上述制造方法中，不是将导线卷绕在铁心的周围上，而是预先同铁心4分别地制作空心线圈50，之后使空心线圈50的一部分从铁心4的间隙40穿入铁心4的中心孔中，将空心线圈50安装在铁心4的周围上。因此，卷绕工序更为简便。
另外，在使空心线圈50的一部分从铁心4的间隙40穿入铁心4的中心孔中时，磁性缝隙部41a在与铁心4的中心轴正交的截面上的贯通方向偏离铁心4的中心轴，因此，铁心片41中一方的端面朝向铁心内周面的切线方向倾斜。因此，在使空心线圈50的一部分从铁心4的间隙40穿入铁心4的中心孔中时，为使该空心线圈穿入中心孔，铁心前端部的截面变小，在尽可能将空心线圈50紧贴在铁心4的表面上而使其小型化的情况下，也不难将空心线圈50卷装在铁心4上。
特别是，在铁心片41中一方的端面形成于距铁心片41的中心轴的垂直距离与铁心片41的内周面半径相同或大致相同的位置上的情况下，上述铁心前端部的截面形状最小，因而能使可安装在铁心片41上的空心线圈50的内径最小。
通常，由于磁性缝隙部的缝隙宽度越大电感越小，所以根据本发明的线圈装置，在实现电感与现有的线圈装置相同的情况下，可更大地设定磁性缝隙部41a的缝隙宽度，因此，可使空心线圈50更容易安装在铁心4上。
另外，根据上述制造方法，由于分别地制作空心线圈，所以不仅可以采用截面为圆形的导线作为线圈导线51，也可采用截面为矩形或下底与铁心表面相切的台形的导线。
在上述本发明的线圈装置及其制造方法中，若采用由绝缘层包覆的导线制成线圈的话，则可省略铁心片和线圈之间的绝缘层。
根据本发明的线圈装置及其制造方法，对铁心的绕线操作较现有技术容易，可实现自动化。
图1为表示本发明第1实施例的扼流圈装置的立体图。
图2为构成这种扼流圈装置的铁心的分解立体图。
图3为表示在该铁心上进行绕线操作的立体图。
图4为使绕线工序自动化时的工序图。
图5为表示隔片安装工序和隔片的其它结构例的立体图。
图6为说明安装了磁性隔片时缝隙宽度的视图。
图7为表示结构不同的扼流圈装置的特性中直流偏置电流和电感的关系的曲线图。
图8为表示将铁心片的特性和磁性隔片的特性合成后得到的特性中直流偏置电流和电感的关系的曲线图。
图9为表示本发明第2实施例的扼流圈装置的立体图。
图10为构成这种扼流圈装置的铁心的分解立体图。
图11为这种铁心的俯视图。
图12为空心线圈的立体图。
图13为表示将空心线圈安装在铁心上时的俯视图。
图14为由圆形截面的导线制成线圈的实例说明图。
图15为由矩形截面的导线制成线圈的实例说明图。
图16为由台形截面的导线制成线圈的实例说明图。
图17为表示现有的扼流圈装置的立体图。
图18为构成这种扼流圈装置的铁心的分解立体图。
图19为表示这种扼流圈装置中绕线工序的立体图。
图20为比较磁性缝隙部的贯通方向不同的2个扼流圈装置的特性而得到的直流偏置电流和电感的关系的曲线图。
图21为比较磁性缝隙部的贯通方向不同的2个扼流圈装置的特性而得到的磁通密度和铁心损耗的关系的曲线图。
以下，参照附图，根据在扼流圈装置中实施的二个实例对本发明进行具体说明。
第1实施例
第1实施例的扼流圈装置是将线圈2卷装在图1所示的具有宽度为G的磁性缝隙部11a的C字形铁心1上，同时将隔片3安装在磁性缝隙部11a中而构成的，线圈2的两端部向同一方向延伸，形成一对引线部23、24。
铁心1如图2所示，由具有作为上述磁性缝隙部11a的间隙10的C字形铁心片11和收容该铁心片11的树脂制成的上半壳体12及下半壳体13构成，上半壳体12及下半壳体13上分别开设有用于使铁心片11的间隙10露出的缺口12a、13a，其宽度与磁性缝隙部的宽度G相一致。
在上述扼流圈装置的制造工序中，首先分别制作图2所示的铁心片11、上半壳体12和下半壳体13。之后组装成图3(a)所示的铁心1。在该铁心1上形成有宽度与磁性缝隙部的宽度G相一致的间隙10。
然后，如图3(b)、(c)、(d)所示，使导线21从铁心1的间隙10穿入铁心1的中心孔中，同时将导线21卷绕在铁心1的周围上。在这一过程中不需要象现有技术那样将导线21的前端部插入铁心1的中心孔的操作，而是重复使导线21如图中箭头所示从铁心1的外侧通过间隙10向中心孔的内部移动，之后卷绕在铁心1的周围上这种操作即可。
因此，在绕线操作中，操纵者可在较以往狭窄的范围内进行绕线操作，绕线较以往容易，因而可提高效率。
另外，具有磁性缝隙部11a的铁心1也可通过在环状的铁心片收容在环状的壳体内、制作成环状的铁心后，将应成为磁性缝隙部11a的区域切除的方法而获得。
在使上述绕线操作自动化的情况下，可如图4(a)、(b)、(c)、(d)所示，采用将卷绕在卷轴22上的导线21的前端部21a固定在铁心1的表面上，通过使该铁心1如图所示地旋转，导线21从卷轴22放出，并卷绕在铁心1的周围上这种工序。这样，通过使绕线操作自动化，可大幅度提高扼流圈装置的生产率，同时可实现成品的均匀化及提高品质。
通过上述绕线操作，则如图5(a)所示，线圈2包围铁心1地卷装在其上。最后，将隔片3嵌入铁心1的间隙10中，用粘接剂将其固定。在隔片3是由导电性材料制成的情况下，将隔片3固定后，在隔片3的表面上粘贴绝缘胶带或涂敷绝缘涂料。从而完成图1所示的扼流圈装置的制造。
隔片3可由非磁性材料或磁性材料制成，作为非磁性材料，可采用陶瓷、铝、不锈钢等。另外，作为磁性材料，可采用材质与铁心片11不同的材料或材质相同而磁特性不同的铁氧体、硅酮钢板等，例如，可采用图5(b)所示的积层结构的铁心31或图5(c)所示的成型结构的铁心32。
在安装了非磁性的隔片3的情况下，左右扼流圈装置特性的缝隙宽度与制成铁心片11的缝隙宽度G相一致，而与隔片3的材质无关，但在安装了磁性隔片3、例如铁心31的情况下，扼流圈装置的缝隙宽度G则如图6所示，成为由填充在铁心31两侧的非磁性粘接剂33、34而形成的2个缝隙的宽度G1和G2的合计值(G1+G2)。
图7表示出结构不同的扼流圈装置中直流偏置电流和电感的关系。具有一定缝隙宽度G和圈数的扼流圈装置的特性C分为稳定动作区域A和不稳定动作区域B。在此，若减小缝隙宽度G或增加圈数，特性C则转换成双点划线所示的特性C′，若增大缝隙宽度G或减少圈数，特性C则转换成单点划线所示特性的C″。
另外，在铁心1的间隙10中安装了由与铁心片11不同的磁性材料制成的隔片3的情况下，电感特性则成为图8所示的铁心片11的特性C1和磁性隔片3的特性C2合成后的特性C0。在此，由于铁心片11的特性中稳定动作区域A1和不稳定动作区域B1、隔片3的特性中稳定动作区域A2和不稳定动作区域B2的倾斜角度不同，所以在合成特性C0中则形成具有其中间倾斜角度的稳定动作区域和不稳定动作区域。
因此，通过适当选择磁性隔片3的材质或尺寸即可调整扼流圈装置的特性。
第2实施例
第2实施例的扼流圈装置是将线圈5卷装在图9所示的具有宽度为G的磁性缝隙部41a的C字形铁心4上，同时将隔片6安装在磁性缝隙部41a中而构成的，线圈5的两端部向同一方向延伸，形成一对引线部53、54。
铁心4如图10所示，由具有作为上述磁性缝隙部41a的间隙40的C字形铁心片41和收容该铁心片41的树脂制成的上半壳体42及下半壳体43构成，上半壳体42及下半壳体43上分别开设有用于使铁心片41的磁性缝隙部41a露出的缺口42a、43a，其宽度与磁性缝隙部的宽度G相一致。
但是，第1实施例中的扼流圈装置的磁性缝隙部11a是在与铁心中心轴正交的截面上沿与铁心中心轴交叉的方向贯通的，而在本实施例中的铁心4的磁性缝隙部41a则如图11所示，在与铁心4的中心轴Z正交的截面(X-Y平面)上的贯通方向为相对于铁心4的半径方向倾斜，并偏离铁心4的中心轴Z。
即，在图11所示的X-Y-Z坐标系中，铁心4的磁性缝隙部41a的上述贯通方向与X轴正交、并偏离Y轴及Z轴。在此，虽然可将与磁性缝隙部41a相对向的铁心片的一对端面内远离Z轴的端面T偏离Z轴的量设定成大于0、并不大于铁心内周面的半径，但最好尽可能地设定成较大。当该偏离量设定成最大值、即设定成与铁心内周面的半径相同的距离上时，上述一方的端面T在X轴与铁心内周面相交叉的点Q与铁心内周面相切。
另外，在磁性缝隙部41a的偏离量为0的情况下，磁性缝隙部41a通过Y轴与内周面相交叉的点R，成为与第1实施例相同的结构。
在上述扼流圈装置的制造方法中，制作图11所示的铁心4的同时与该铁心4分别地制作图12所示的空心线圈50。该空心线圈50安装在图9所示的铁心4的周围，成为线圈5，并具有稍大于沿铁心4的半径线的截面形状的中心孔，而且卷绕有规定的圈数。
空心线圈50并不仅限于图12所示的方筒状线圈，也可制成圆筒状的线圈。在这种情况下，铁心4的磁性缝隙部41a要制成适当的宽度。
然后，如图13(a)所示，将空心线圈50的一部分从铁心4的间隙40插入铁心4的中心孔中，将空心线圈50安装在铁心4的周围上。此时，图11所示的铁心4中一方的端面T与铁心表面之间沿X轴方向的距离W比图12所示的空心线圈50的中心孔的宽度H稍小，在空心线圈50的前端通过铁心4的点Q之前，可持续将铁心4的前端插入空心线圈50的中心孔中，并将空心线圈50向Y轴方向前推。
这样，当进一步将空心线圈50前推时，该空心线圈50将如图13(b)所示，沿铁心4的圆弧形状弹性变形，从而将整个长度安装在铁心4的周围上。之后，将隔片6安装、固定在铁心4的间隙40中。另外，隔片6可与实施例1同样地由磁性材料或非磁性材料制成。此外，在隔片6是由导电性材料制成的情况下，用绝缘胶带或绝缘涂料在表面实施绝缘。
最后，如图13(c)所示，整理空心线圈50的绕线间距，再形成图9所示的引线部53、54，从而完成本发明的扼流圈装置。
根据上述扼流圈装置的制造方法，由于可在与铁心4分别地制作出空心线圈50之后，将该空心线圈50安装在铁心4上而制作线圈5，所以绕线操作更容易，可由结构简单的绕线机制作空心线圈50。
在使绕线操作自动化的情况下，形成线圈5的导线并不仅限于图14(a)、(b)中所示的截面为圆形的导线51，也可采用图15(a)、(b)中所示的截面为矩形的导线55，或采用图16(a)、(b)中所示的下底与铁心4的表面相切的截面为台形的导线56。这样，不仅可提高铁心4的中心孔的截面积中导线的整个截面积所占的比例、即导线的占积率和使扼流圈装置小型化、轻量化，还可获得降低线间松动容量的良好效果。
特别是根据图16(a)、(b)中所示的截面为台形的导线56，在空心线圈50的制作工序中，由于导线56的上底一侧伸展、下底一侧收缩而容易弯曲，所以空心线圈50的制作简单。
制作出图1所示的扼流圈装置和图9所示的扼流圈装置，并比较了其特性。其结果示于图20和图21。图20表示了直流偏置电流和电感的关系，图21表示了磁通密度和铁心损耗的关系。在这些图中，A表示图9中所示的扼流圈装置的结果，B表示图1中所示的扼流圈装置的结果。而且，在任一扼流圈装置中，铁心的尺寸均是外径为22mm、内径为15mm、高度为15mm、缝隙宽度为1mm。另外铁心材料为铁粉。
从图20的结果可知，稳定动作区域、即低偏置电流区域内的电感是图9中所示的扼流圈装置高于图1中所示的扼流圈装置。另一方面，从图7所示的结果可知，在稳定动作区域中，缝隙宽度越大，电感越小。因此，在两个扼流圈装置中实现相同电感的情况下，要使图9的扼流圈装置的缝隙宽度比图1的扼流圈装置的缝隙宽度大。通过这样在图9所示的扼流圈装置中增大缝隙宽度，可使图13(a)、(b)、(c)所示的制造工序中将空心线圈50安装在铁心4上的操作变得容易，可安装直径更小的空心线圈50。若要求在低偏置电流区域中有高导磁率，则在维持与图1所示的扼流圈装置相同的缝隙宽度的基础上采用图9所示的扼流圈装置即可。
从图21的结果可知，无论频率如何，图9的扼流圈装置的铁心损耗比图1的扼流圈装置的小。因此，通过采用图9的扼流圈装置，可改善交流仪器的能量效率。
另外，在图10所示的铁心片41收纳在图18所示的壳体72、73中的扼流圈装置中也同样可获得图20和图21所示的效果。
本发明的各部分结构并不仅限于上述实施例，可在不脱离权利要求中所述的本发明的主题范围内进行各种变形。例如，在第1实施例中，可将环氧类或尼龙类涂料(清漆)涂敷在铁心片11的表面上，形成绝缘层，以此取代成为铁心片11和线圈2之间的绝缘层的上半壳体12和下半壳体13。另外，在第2实施例中，也可将图10所示的铁心片41收纳在图18所示的壳体72、73中而构成扼流圈装置。
Claims (13)
1.一种线圈装置，包括具有磁性缝隙部(11a)的铁心(1)和卷装在该铁心(1)的周围上的线圈(2)，其特征在于，
铁心(1)由具有夹持上述磁性缝隙部(11a)、且相互对向的一对端面的C字形铁心片(11)和包覆上述磁性缝隙部(11a)内线圈导线(21)可通过的间隙(10)之外的铁心片(11)表面的绝缘层构成。
2.根据权利要求1所述的线圈装置，其特征在于，在铁心(1)的间隙(10)中安装有磁性或非磁性的隔片(3)。
3.根据权利要求1或2所述的线圈装置，其特征在于，铁心(1)的磁性缝隙部(11a)在与铁心片(11)的中心轴正交的截面上的贯通方向与铁心片(11)的中心轴相交叉。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的线圈装置，其特征在于，线圈导线(21)的截面形状为圆形、矩形或下底与铁心表面相切的台形。
5.一种线圈装置的制造方法，用以制造包括具有磁性缝隙部(11a)的铁心(1)和卷装在该铁心(1)的周围上的线圈(2)的线圈装置，其特征在于，具有：
铁心制作工序，在具有夹持磁性缝隙部(11a)、且相互对向的一对端面的C字形铁心片(11)的表面上形成除了上述磁性缝隙部(11a)内线圈导线(21)可通过的间隙(10)之外的绝缘层，
线圈卷装工序，通过使线圈导线(21)从经铁心制造工序而获得的铁心(1)的间隙(10)穿入铁心(1)的中心孔，将线圈(2)卷装在铁心(1)的周围上。
6.一种线圈装置，包括具有磁性缝隙部(41a)的环状或C字形的铁心(4)和卷装在该铁心(4)的周围上的线圈(5)，其特征在于，铁心(4)的磁性缝隙部(41a)在与铁心(4)的中心轴正交的截面上的贯通方向相对于铁心(4)的半径方向倾斜。
7.一种线圈装置，包括具有磁性缝隙部(41a)的环状或C字形的铁心(4)和卷装在该铁心(4)的周围上的线圈(5)，其特征在于，铁心(4)的磁性缝隙部(41a)在与铁心(4)的中心轴正交的截面上的贯通方向偏离铁心(4)的中心轴。
8.根据权利要求6或7所述的线圈装置，其特征在于，铁心(4)由具有夹持上述磁性缝隙部(41a)、且相互对向的一对端面的C字形铁心片(41)和包覆该铁心片(41)表面的绝缘层构成。
9.根据权利要求6或7所述的线圈装置，其特征在于，铁心(4)由具有夹持上述磁性缝隙部(41a)、且相互对向的一对端面的C字形铁心片(41)和包覆上述磁性缝隙部(41a)内线圈导线(51)可通过的间隙(40)之外的铁心片(41)表面的绝缘层构成。
10.根据权利要求8或9所述的线圈装置，其特征在于，上述绝缘层是包覆铁心片(41)上除了上述一对端面之外的表面而形成的。
11.根据权利要求8或9所述的线圈装置，其特征在于，上述一对端面内远离铁心片(41)的中心轴一方的端面形成于距铁心片(41)的中心轴的垂直距离为与铁心片(41)的内周面半径相同或大致相同的位置上。
12.根据权利要求9所述的线圈装置，其特征在于，在铁心(4)的间隙(40)中安装有磁性或非磁性的隔片(6)。
13.一种线圈装置的制造方法，用于制造包括具有磁性缝隙部(41a)的铁心(4)和卷装在该铁心(4)的周围上的线圈(5)，并且铁心(4)是由具有夹持上述磁性缝隙部(41a)、且相互对向的一对端面的C字形铁心片(41)和包覆该铁心片(41)表面的绝缘层构成的线圈装置，其特征在于，具有：
铁心片制作工序，制作在与铁心片(41)的中心轴正交的截面上上述磁性缝隙部(41a)的贯通方向相对于铁心片(41)的半径方向倾斜的铁心片(41)，
绝缘层形成工序，在经铁心片制作工序所获得的铁心片(41)的表面上形成除了上述磁性缝隙部(41a)内线圈导线(51)可通过的间隙(40)之外的绝缘层，
线圈卷装工序，使空心线圈(50)的一部分从经绝缘层形成工序所获得的铁心(4)的间隙(40)穿入铁心(4)的中心孔中，将空心线圈(50)卷装在铁心(4)的周围上。
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