CN1444238A - 紧致线圈的烧结方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用带有至少一层漆包层的导线在绕线芯轴上绕制和烧结紧致线圈的方法。本发明特征在于，绕线芯轴在绕线前已具有一定温度，该温度高于漆包层的软化温度。本发明还涉及该方法的实施形式和用于实施该方法的装置，其特征在于，绕线芯轴(2，)至少设有一个安装在其内部的电加热套筒(4)。

Description

紧致线圈的烧结方法和装置
技术领域
本说明书中的紧致线圈(Kompaktspule)是指：使用至少被一层绝缘材料包裹的导线，一匝挨一匝缠绕制成的线圈，并且线圈各匝之间通过选择导线的合适的外部涂层和或通过合适的方法在机械上互相固结。通常选择合适的导线外表面，并通过以下方法使该外表面在缠绕过程中机械上互相固结：仅依靠热作用的方法、使用溶液并利用热作用的方法、添加紫外线照射硬化的粘合剂并照射紫外线的方法、使用其他类型的粘合剂的方法；或在缠绕后使用热处理的方式使导线外表面机械上互相固结。
背景技术
紧致线圈已经在越来越多的场合被人们使用，例如：以电动力学原理工作的麦克风、耳机和扬声器等。此类线圈通常由所谓的漆包线制成。这种导线的最上层(最外层)漆皮在受热时会变软，直到变成半流体状态，这时通过加压和冷却可以使各漆皮层相互固结。一种常用的方法是，在缠绕的过程中用热空气加热导线，使相互接触的各漆皮之间在缠绕中相互固结。
当然，在绕制线圈时引入的热空气也会干扰到绕线过程本身，特别是当使用直径小于0.04mm的细线时干扰更严重。由于引入的热空气对绕线过程的负面作用，使得影响线圈强度的调节参数不能最优化，因此线圈理想的强度和排列密度实际上也是无法达到的。当使用直径大于0.06mm的导线时又将出现另一个问题，即在通常的绕线速度下，无法提供固结所需的热量，这意味着需要减慢绕线过程而使制造过程经济效益差。当然，存在一个过渡区域，即导线的直径在0.04-0.06mm之间的区域，在这一区域里，这两种问题都将或多或少地出现。
所使用的漆包线的软化温度越高，加热缓慢的问题越突出。漆包线软化温度的高低与线圈的耐热性直接成比例关系，因此通常软化温度较高(考虑到扬声器的负载！)。为避免绕线时间过长，需要使引入的热空气的流速较高并且热空气的引入量较大，特别是在启动绕线机开始缠绕各层时，必须等待一定的时间，直到整个绕线范围达到热平衡。因此，所需要的加热功率通常为数千瓦，而且还需要冷却绕线机的周围环境。
在DE 27 43 439 A中已经公开了一种用于电声转换器的线圈的生产方法：在该方法中导线被绕在一个双层、柔性的线圈支架上，该线圈支架套在一个装有加热套筒的绕线芯轴上，随后进行加热(例如接通线圈导线加热)以达到烧结温度，此时不仅相邻各匝被烧结，而且最内层和线圈支架的最外层也被烧结。加热套筒的功能在工作中仅体现为“为了绕线而加热绕线芯轴”。明显的烧结过程发生在绕线过程结束后。使用双层线圈支架有利于线圈达到高的机械强度，但是也使得线圈无法达到高的聚集密度。
另一个已经公开的烧结方法是：将已绕好的线圈连同绕线芯轴一起从绕线机上取下，通过绕线芯轴上的电流加热进行烧结。在电流加热过程中，通常线圈的中间部分会出现过热，而边缘部分仍较冷。以这种方法也无法达到最佳的线圈强度和聚集密度。
再一个已经公开的方法是：将线圈绕在一个可从绕线机上取下的套管上，然后放入加热炉中加热和烧结。以加热炉加热的方法可以得到很好的线圈，当然无法达到最佳的线圈强度和聚集密度。该方法的另一个缺点是周期长，因为其过程过于繁琐。
因此需要一种方法，它以简单的方式，尽可能快速和均匀地实现紧致线圈的烧结，使周期缩短并使线圈绕制尽可能保证线圈最佳的强度和聚集密度。
发明内容
本发明中建议将漆包线线圈直接缠绕在一个从内部加热的热绕线芯轴上。烧结所需的热量在绕线时和在过程所需线圈处于在绕线芯轴上的时间内，从绕线芯轴传递给线圈。所需烧结时间取决于绕制的线圈和使用的导线情况，导线直径在0.02mm和0.3mm之间时为0.5秒至5.0秒。由于发明中充分利用了绕线芯轴和线圈之间非常良好的热接触，所以烧结时间很短。
在选择烧结时间和绕线芯轴温度时，应考虑绕线芯轴与线圈之间的热接触情况，实现最佳的线圈强度和聚集密度。关键在于，不再对绕线点附近区域吹空气，因此绕线过程得到明显改善，并且更加稳定。另外，所需的热功率大大减小，因而不再需要进行冷却。
在本发明中，开始绕线时绕线芯轴的绕线表面即具有一定的温度，该温度高于漆皮的软化温度。因此第一层马上被固定，随后进行热传递和绕线工序，故在发明的一种实施形式中，每层的漆皮在大约绕线芯轴转动一圈的时间后软化。
加热绕线芯轴使其达到所需温度的一个很简单的方法是使用一个或多个电加热套筒，它们尽可能靠近芯轴表面地安装在绕线芯轴内部。在绕线芯轴内加装一个温度传感器即可方便地测量出芯轴温度，并将其调节到所需的温度。为监测芯轴温度，可以使用各种常用的方法，甚至用无接触的红外线温度测量方法测量芯轴或线圈的表面温度。
附图说明
以下借助附图说明本发明。附图中：
图1：芯轴的侧视图；
图2：多个加热套筒的示意图，它包括放大的前视图和轴截面图。
图3：在图2的两个视图中示出只具有一个电加热套筒的细绕线芯轴的一种变型方案。
具体实施方式
图1示出整体绕线芯轴1的侧视图。绕线芯轴主要由芯轴(绕线表面，绕线区域)2组成，芯轴2的两端被凸肩3限定。两个凸肩之间的间距决定了在芯轴上绕制的线圈的轴向长度。
图2为安装有多个，即8个，加热套筒4的轴截面示意图。加热套筒4被电加热，它们在工业品市场上可以购买到。电缆的引入和加热控制的方法在现有技术中已经公开，因此不需要详细描述，在图中以虚线表示并标注为5。加热套筒4最好在安装范围内均布，并紧靠芯轴2的外壳表面(绕线表面)放置。根据芯轴2的直径安装3至8个加热套筒是有好处的。
图3示出芯轴2’直径较小的情况，这里只需在中心部位安装一个加热套筒，如果需要可采用较大结构的加热套筒4。
另一种可能的加热绕线芯轴方案是采用电感加热的方法。为实现这一目的，在绕线芯轴上设置一个高频加热线圈，它将绕线芯轴以电感应的方式加热到所需温度。一方面，这个方案是很完美的，但是它也存在缺点，即由于需要进行定位高频加热线圈这一工作步骤，故周期时间加长。
再一种可能方案是在合适的位置使用气体火焰对绕线芯轴加热，例如使用氢氧焰加热。可以将绕线芯轴设计为中空结构，在芯轴内部选择加热火焰喷嘴的合适位置，使得在绕线过程中也可以对芯轴进行加热。当芯轴的直径较大，从而所需要烧结的铜的质量较大，适于采用这种方法。
上述几种芯轴加热方法代表了其他诸多可行的芯轴加热方法，例如红外线辐射加热、热空气加热等，或采用在热套管上绕制的方法，该套管在外部加热，然后套到芯轴上。
本发明的另一个优点是，由于绕线过程快，避免了导线的过热。每次绕在热芯轴上的都是冷导线。绕线过程结束时最内层已被加热，而芯轴已轻微冷却。因此绕好的线圈可以轻易的从芯轴上取下。在室温下冷却的线圈具有这样的内径尺寸，该尺寸与热芯轴的直径相符。线圈的外层在冷却中“收缩”，因此可以得到牢固、致密的线圈。
线圈几乎都是自动绕制的。绕制过程除受到绕制本身制约外，还受到其他各个不同的工作步骤的影响，例如导线的夹持和剪切，机器的开启和关闭，线圈的取出等。通常情况下，周期时间随线圈的不同为3秒至10秒。对于线圈达到最佳烧结所需要的时间而言，这一时间一般是足够的。如果在一次或多次情况中，这一时间不够，则需要在周期时间中添加烧结时间。净烧结时间根据线圈的情况为0.5秒至3秒。顺便提到的是，本发明线圈烧结中所需的能耗很小，因为仅需要加热芯轴自身。与此相反，使用热空气加热时，人们只能将整个环境都进行加热。
本发明不仅仅局限于上面描述和说明的实施例，而可以作不同的改变。特别是可以绕制截面为非圆形的导线。在实施中，金属线芯的外部轮廓和/或横截面是否为多边形(特别是矩形，大都具有倒角)是无关紧要的。

Claims (6)

1.使用带有至少一层漆包层的导线在已加热的绕线芯轴上绕制和烧结紧致线圈的方法，其特征在于，绕线芯轴在绕线前已具有一定温度，该温度高于漆包层的软化温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，绕线芯轴的温度、送入导线的温度以及绕制速度可互相协调，使得在绕线芯轴旋转大约一周的时间内漆包层被加热到软化温度。
3.实施如权利要求1或2所述方法的装置，其特征在于，绕线芯轴(2，2’)至少设有一个安装在其内部的电加热套筒(4)。
4.实施如权利要求1或2所述方法的装置，其特征在于，绕线机上设有可相对于绕线芯轴可移动的电感线圈，它可以基本上与绕线芯轴同轴定位。
5.实施如权利要求1或2方法的装置，其特征在于，绕线机具有指向绕线芯轴中空内部的气喷嘴。
6.实施如权利要求1或2方法的装置，其特征在于，线圈被绕制在可更换的、可套在绕线芯轴上的套管上，该套管在外部被加热，并在热态下被套到绕线芯轴上。
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