CN1357147A - 金属丝芯感应装置 - Google Patents

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Abstract

感应装置(10)的磁心由多根穿过感应装置(10)延伸并在电绕组(18,19)之外的金属丝(17)形成。金属丝(17)的端部环绕电绕组(18,19)形成、会合、并连接在一起,包围磁心(16)和绕组(18,19)并形成一完整磁路。感应装置(10)可以是具有两个或多个绕组的变压器、只有一个绕组的扼流器、或者其它感应装置。电绕组(18,19)可直接缠绕在金属丝磁心(16)上,或者单独成形然后放置在磁心(16)上。可将一安装杆(14)等捆扎在磁心(16)中并用作感应装置(10)的安装杆;可将冷却管(43)和/或大棒(38)插入磁心中用于支承。

Description

金属丝芯感应装置
发明领域
本发明涉及感应装置领域，更特别地涉及金属丝芯感应装置，如变压器、扼流器、线圈、镇流器等。
发明背景
对于低频应用变压器和其它感应装置来讲，由包括多个钢板的磁心构成是很正常和普遍的，这些钢板被冲切并堆叠而形成所需要的磁心厚度。很多年来，冲压件的厚度(因而是所需片的数量)一直是通过一组严格的约束-涡电流强度对所需片的数量来决定的。为此，在具有所选择厚度的各片上镀氧化物、上漆、或者彼此电绝缘，从而减小磁心中的涡电流或使之最小。
变压器等的磁心一般穿过电绕组的中心，并在其自身上封闭以形成一封闭的磁路。由于磁心随后支承电绕组，磁心用作变压器的支承件是很自然的。也就是说，将磁心安装到一容器或底板上以支承变压器。
变压器和其它感应装置固有地产生热量，热量必须发散出去，否则装置的功率特性将改变。如果变压器或其它装置变得过热，电绕组可能会短路和烧毁。在小装置中，通常依赖于空气冷却，有时用金属翼片/散热片等来辅助散热。在大装置中，绕组和磁心可通过强制空气或浸入油或其它流体中而冷却。然后可使用容器上的翼片、散热器管，或二者一起使用，从而对流使加热的流体移动穿过冷却翼片或管。如果需要进一步冷却，一般用泵来强制流体运动和/或用风扇使更多的空气穿过冷却装置。
当一叠金属板用作感应装置的磁心时，通常提供一个形状如E，电绕组位于E形的中心支腿上。绕组到位之后，用一通常为I形结构的另外一叠板连接该E形的端部，从而使磁路完整。使用这种技术，应该理解，绕组必须单独缠绕，并随后放置在磁心上。因此绕组必须足够大以滑到磁心上。由于电绕组在磁心上必须略微松动，这种结构成为感应装置的固有噪音的原因之一。因此，当在电绕组上施加交流电压时，构成磁心的钢板将随着交变磁场振动或与分谐波一致地振动。电元件与磁元件之间产生的任何间隙或空间也降低了耦合和动作效率。
变压器和其它感应装置还固有地产生电磁场。这种在装置外部的电磁场降低了效率，并对紧邻的周边环境产生了干扰。尽管这些电磁场的强度随与变压器的距离而减小，还是经常需要对电磁场源或受影响的部件进行屏蔽。由于现今电子设备中的元件制得更加灵敏，它们的封装也更密集，对电磁干扰的敏感度也显著增加了。为了确保这些元件的最优性能，必须经常以相当大的成本将杂散的电磁场降到最小。如上所述，将这些磁场降到最小的一种方式是环绕电磁场源提供屏蔽，以包围电磁场并防止来自外部电磁场源的干扰。
因此，本发明的一个重要方面是以一高效和低成本方式提供一种金属丝芯感应装置，如变压器或屏蔽变压器。
本发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种用于克服现有技术的局限的方法和装置，并提供一种具有由多根金属丝形成的磁心的改进的感应装置。
本发明的另一个目的是提供一种感应装置，通过延长环绕电绕组及磁心形成磁心的金属丝而基本上包围住由该装置发出的电磁场。
本发明的另一个目的是提供一种制造感应装置的方法，用多根金属丝形成磁心并提供屏蔽。
本发明的另外的目的、优点和其它新特征部分列在下面的说明书中，部分可由本领域技术人员在审查下列内容后变得清楚或者通过本发明的实践而学习到。本发明的目的和优点可通过在附属权利要求中特别指出的手段和组合而认识和获得。
为了实现上述和其它目的、并根据如下所述的本发明的目的，提供了一种改进的感应装置，磁心包括多个被捆扎形成磁心的金属丝。电绕组或者直接缠绕在磁心上，或者单独缠绕并滑到磁心上。
根据本发明一重要方面，形成磁心的金属丝的端部被分散并形成在电绕组上，金属丝的两端会合以形成一完整的磁路。一卡箍或其它连接装置将金属丝的端部固定在一起。有利地，以这种方式形成的金属丝包围电绕组和磁心以提供一种屏蔽，该屏蔽基本上密封住了由该装置发出的电磁场并减少了来自外部源的电磁场的侵入。可通过用一横向缠绕的金属丝捆扎形成屏蔽的金属丝的至少一部分而提供附加的屏蔽。
感应装置可包括一安装杆，该安装杆捆扎在形成磁心的多个金属丝中并从此处延伸，以可支承地安装该装置。安装杆可按照需要从磁心的一侧或两侧延伸。另外，磁心的构成可进行相当大的改变。可使用不同直径的金属丝来获得更大的磁心密度；可环绕磁心分布若干大金属丝以提供刚度；可在磁心中加入一个或多个管，这些管承载着用于冷却感应装置的流体。冷却管最好由非磁性和非导电材料制成。
在实现本发明方法的过程中，形成磁心的步骤包括由多个金属丝形成一磁心，沿形成的磁心的长度设置至少一个电绕组，通过在该至少一个电绕组上形成磁心金属丝来包围绕组并形成一完整的磁路而屏蔽感应装置。
从下面的说明书中，本领域技术人员将了解本发明的其它目的，其中简单地通过图示适于实现本发明的某些方式而表示和描述了本发明的优选实施例。如将认识到的，本发明可以有其它实施例，在不脱离本发明的前提下，可以在各种明显方面对其一些细节进行修改。因此，附图和说明书将被认为实质上是示意性的而不是限制性的。
附图简述
引入并形成说明书一部分的附图中示出本发明的几个方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1是根据本发明制造的一变压器的立体图；
图2是变压器的剖视图，示出形成在一金属丝磁心上的电绕组，金属丝包围电绕组和磁心以提供根据本发明的屏蔽；
图3是与图2相似的剖视图，但示出在本发明一可替换实施例中并排形成在磁心上的电绕组；
图4a示出通过对从一筒架拉出的多根金属丝进行聚集形成一捆束、用卡箍固定金属丝并切断捆束金属丝而形成磁心的步骤；
图4b示出在磁心上直接形成电绕组的步骤；
图4c和4d示出一替换方法，用于通过在一心轴上缠绕一个或多根金属丝，并切断缠绕的金属丝而形成磁心；
图4e示出通过在电绕组上形成多个磁心金属丝以包围绕组并形成一完整的磁路而屏蔽变压器的步骤；
图5是一顶部剖视图，示出一感应装置磁心的可替换实施例，它包括多个用于支承该装置的大直径金属丝；及
图6是一顶部剖视图，示出一感应装置磁心的可替换实施例，它包括多个用于使流体从其穿过以将热量从装置中带走的管。
现在详细参照本发明一优选实施例对本发明进行描述，附图中示出其一个例子。
优选实施例的详细描述
现在参照图1，图1中示出一改进的变压器10，该变压器10具有将一电源(未示出)连接到变压器10的初级绕组上的引线11，和将二级绕组连接到一负载(未示出)上的引线12。本领域技术人员将认识到，初级绕组和二级绕组的指定是任意的，可以用引线12连接到初级绕组上，将引线11连接到负载上。因此这里“初级”和“二级”的指定是为了方便，应该理解绕组是可以换向的。
如图2中最佳地示出并根据本发明的一个重要方面，变压器10的磁心16是由多根金属丝17制成的，而不是常规的钢板。但如通常一样，电绕组18和19安装在磁心16上。
用于形成磁心16的多根金属丝17从此处向外延伸，并进一步环绕电绕组18和19成形并包围住电绕组18和19。该多根金属丝17的端部会合，并由一卡箍15固定在一起，形成一完整磁路。引线11和12在多根金属丝17之间穿过而分别连接电绕组18和19。
根据本发明的另一重要方面，金属丝17形成一屏蔽罩13，该屏蔽罩13基本上包围了由变压器10发出的电磁场，并减少了包括来自外部源的电磁干扰和/或磁通量的电磁场的侵入。另外的屏蔽可如图3所示通过用一横向缠绕的金属丝23捆扎形成屏蔽罩13的金属丝的至少一部分而提供。优选地，金属丝23是一细的铁或金属丝，用于捆扎金属丝17的端部，从而代替卡箍15或至少一部分屏蔽罩13。
一最好是带螺纹的安装杆14从变压器10的底部伸出，为变压器10提供一方便的安装装置。在磁心16中央，安装杆14简单地通过埋入形成磁心16的多根金属丝17中而固定到位。当然，如图1和2所示，安装杆14可从下面支承变压器10，或者可替换地从变压器10顶部伸出，变压器10从安装杆14悬垂下来。
如图3所示，根据本发明的变压器的一可替换实施例20与变压器10相似，但电绕组21和22并排设置在磁心24上，而不是如变压器10中彼此叠置。另外，安装杆25从变压器20的顶部和底部伸出。必要地，变压器20可从顶部或底部，或从顶部和底部安装。
尽管安装杆的使用提供了一种安装变压器的方便的方式，但人们可能希望在一常规设置中使用本发明的变压器，其中安装杆是不方便的。常规变压器一般由它们的磁心结构支承。由于本发明优选实施例的磁心不适于提供类似的支承，可使用安装杆14或25将变压器固定到能够像常规变压器那样安装的一支架上。可替换地，磁心区域可以没有螺杆，而是仅填充磁心金属丝，安装是由其它装置，如外部捆扎带固定。
用多根金属丝形成磁心和电磁屏蔽提供了一种制造感应装置的有效方法。根据该方法，图4a示出通过聚集从一筒架拉出的多根金属丝27形成一捆束28、并以预定长度切断捆束而形成一磁心29的步骤。形成的磁心29由卡箍30等固定在一起。将认识到，从筒架拉出的多根金属丝27可全部是相同直径或者是不同直径的组合。如上所述，不同直径金属丝的使用使得可对磁心29进行更紧密的包扎，从而改进其磁特性。
根据目前的优选方法，至少一个电绕组31靠近磁心29设置。根据现有技术，电绕组可通过缠绕一金属丝线圈或一心轴S而形成，用于在磁心上滑动。但根据本发明一重要方面，如图4b中运动箭头A所示，电绕组31直接缠绕在磁心29上。有利地，将电绕组直接设置在磁心29上通过去掉现有技术制造方法中的步骤而提供了一种更高效、因而更经济的制造方法。
另一个优点是，通过直接将电绕组31缠绕在磁心29上，电绕组31有助于将形成磁心的金属丝紧密捆扎在一起，从而提供了若干机械和电学优点。这些优点包括磁电耦合更紧密以及来自磁心的振动噪音减小。
图4c示出用于形成根据本发明的磁心的一可替换的方法。在该替换方法中，磁心32是通过向一绕线器W输送一根或多根金属丝33而形成的。由于这种类型的绕线器W可能速度非常高，最可行的是使用一单根细金属丝来形成磁心32。但也可以使用具有不同直径的多种金属丝，金属丝的几何尺寸确定为和设置成紧密包扎。该多根金属丝33从绕线器W上取下，以一预定长度切割，并如图4d所示校直。通过在切割前适当地使缠绕金属丝34变形，端部将基本上是方形。如图4a中所示优选方法中那样，卡箍30等将多根金属丝33固定在一起，从而形成磁心32。
电绕组35在优选磁心29上定位后，优选方法中的下一步骤是通过形成多根金属丝28而屏蔽该感应装置，该多根金属丝28环绕电绕组从磁心29伸出，以包围绕组并形成一完整的磁路。图4e示出形成该多根金属丝28的一种方式，例如通过使用一对圆锥体C将金属丝基本径向散开。然后可使用常规装置完全环绕电绕组35形成金属丝28，以形成大致如图1所示的屏蔽罩。
本领域技术人员将认识到，感应装置的磁心最好形成一完整的磁路。如图1和2中最佳示出的，环绕电绕组18和19形成多个从磁心16伸出的金属丝17使金属丝的端部会合。根据本发明的方法，金属丝17最好通过清理它们的端部来制备，然后，当金属丝的端部会合时，它们由卡箍15或其它连接装置固定在一起。可替换地，卡箍15可与一环绕装置横向缠绕的细铁或金属丝结合使用或由其代替。
除提供所需的完整磁路之外，将看到整个感应装置，如变压器10，因而被形成屏蔽罩13的金属丝17覆盖。因此根据本发明方法制造的装置可用于电干扰环境，而不会不利地影响周边元件或者被周边元件不利地影响。
因此将理解，本发明提供了一种制造感应装置的高效方法及高效感应装置。应该注意，本发明的磁心金属丝可由用于常规磁心的基本相同的硅和其它钢制造。另外，拉制金属丝的工艺制造出如目前冲压板中出现的相同的所需粒状结构并且是沿合适的方向。本发明的金属丝将被涂镀而彼此电绝缘，以减少涡电流，并且将选择金属丝的直径以减少涡电流。
本发明优选实施例的前述说明已经为了图示和说明的目的而呈现出来。但它并不是穷举的或将本发明限定在所公开的精确形式。根据本发明的原理可进行明显修改或变化。例如，图5示出一环绕有电绕组37的磁心36。磁心36由四个大金属丝或棒38及多个小金属丝39制成。可以设想，大金属丝38用作结构件，整个感应装置40支承在其上，而小金属丝39提供了上述优点。
相似地，图6示出具有磁心41和电绕组42的感应装置等。该磁心41由多个从其穿过的管43及多个小金属丝44形成。管43最好由聚合材料制成，但也可由其它非磁性材料制成。根据本发明的一个方面，管43提供了磁心41的直接冷却，这比二次冷却技术，如流体流经变压器的外部更有效。
选择和描述该优选实施例以提供本发明原理的最佳表示和其实际应用，因而能够使本领域技术人员适应所设想的特殊应用而利用在各种实施例中显示的并具有不同改进的本发明。当根据公正、合法和合理授权的范围进行解释时，所有这些修改和变化都在由附属权利要求确定的本
发明的范围内。

Claims (20)

1、一种感应装置，包括：
一由多根金属丝形成的磁心，上述金属丝分别具有第一和第二端部；
至少一个环绕上述磁心的电绕组；
其中，上述多根金属丝的上述第一和第二端部环绕上述至少一个电绕组延伸并连接在一起，包围上述磁心和上述至少一个电绕组，并形成一完整磁路。
2、如权利要求1所述的感应装置，其特征在于，形成上述磁心的所述多根金属丝包括具有不同直径的金属丝，以提高上述磁心的密度，并改进该感应装置的磁特性和整体效率。
3、如权利要求2所述的感应装置，其特征在于，还包括一安装杆，该安装杆固定在上述多根金属丝中并从中伸出，用于支承该感应装置。
4、如权利要求1所述的感应装置，其特征在于，还包括一环绕上述多根金属丝的至少上述第一和第二端部横向缠绕的金属丝，以进一步密封由该装置发出的磁通量并减少来自外部源的电磁干扰和磁通量的侵入。
5、一种变压器，包括：
一由多根金属丝形成的磁心，上述金属丝分别具有第一和第二端部；
至少两个环绕上述磁心的电绕组；
其中，上述多根金属丝的上述第一和第二端部环绕上述至少两个电绕组延伸并连接在一起，包围上述磁心和上述至少两个电绕组，并形成一完整磁路。
6、如权利要求5所述的变压器，其特征在于，还包括一用于将上述多根金属丝的上述第一和第二端部固定在一起的卡箍。
7、如权利要求5所述的变压器，其特征在于，上述至少两个电绕组缠绕在上述磁心上，以改进该变压器的磁特性和整体效率。
8、如权利要求5所述的变压器，其特征在于，上述至少两个电绕组包括初级和二级绕组；
上述初级绕组直接缠绕在上述磁心上；及
上述二级绕组缠绕在上述初级绕组上。
9、如权利要求5所述的变压器，其特征在于，上述至少两个电绕组包括初级和二级绕组；
上述初级绕组直接缠绕在上述磁心上；及
上述二级绕组也直接缠绕在上述初级绕组旁边的上述磁心上。
10、如权利要求7所述的变压器，其特征在于，还包括一安装杆，该安装杆固定在上述多根金属丝中并从中伸出，用于支承该变压器。
11、如权利要求6所述的变压器，其特征在于，还包括至少一个非磁性管，非磁性管延伸穿过上述多根金属丝，用于承载从变压器中排出热量的流体。
12、一种用于制造感应装置的方法，包括下列步骤：
形成一由多根金属丝制成的磁心；
沿上述磁心的长度设置至少一个电绕组。
13、如权利要求12所述的制造感应装置的方法，其特征在于，还包括下列步骤，通过在上述电绕组上形成上述多根金属丝以包围上述绕组并形成一完整磁路而屏蔽该感应装置。
14、如权利要求12所述的制造感应装置的方法，其特征在于，形成步骤包括：
聚集第一组金属丝；及
将上述第一组金属丝捆扎成由基本平行金属丝组成的捆束。
15、如权利要求14所述的制造感应装置的方法，其特征在于，聚集步骤包括：
从一筒架中拉出多根金属丝以形成上述捆束；及
从上述筒架上切断上述多根金属丝。
16、如权利要求14所述的制造感应装置的方法，其特征在于，形成步骤还包括下列步骤，将具有第一直径A的第二组金属丝与上述具有不同的第二直径B的第一组金属丝进行混合，以提高上述磁心的密度。
17、如权利要求14所述的制造感应装置的方法，其特征在于，沿上述磁心长度设置上述至少一个电绕组的步骤包括直接将一第一电绕组缠绕在上述磁心上。
18、如权利要求16所述的制造感应装置的方法，其特征在于，沿上述磁心长度设置上述至少一个电绕组的步骤包括将一第二电绕组缠绕在上述第一电绕组上。
19、如权利要求16所述的制造感应装置的方法，其特征在于，沿上述磁心长度设置上述至少一个电绕组的步骤包括将一第二电绕组直接缠绕在邻近上述第一电绕组的上述磁心上。
20、如权利要求13所述的制造感应装置的方法，其特征在于，上述屏蔽步骤包括环绕上述形成的多根金属丝的至少一部分缠绕一金属丝。
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