CN1732539A - 耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将芯部件磁性耦合在闭合的磁通路径上的端部构件，其特征在于，该构件包括至少一个邻接表面，用于邻接紧靠芯部件和磁路部件，其中该磁路部件由若干近似平行的线状体组成，而该邻接表面由这些线状体和端部表面组成。本发明也涉及一种用于制造该端部构件的方法。

Description

耦合装置

相关申请的相互参考

根据35U.S.C.§119(e)本发明请求对2002年11月1日申请的美国临时申请No.60/422,683享有权益，并请求对也于2002年11月1日申请的挪威专利申请No.20025268享有优先权。该两申请的全部内容都参考合并于此。

发明领域

本发明涉及磁性装置。尤其涉及一种提供磁性耦合的装置。

发明背景

磁芯生产通常用箔为基础，这些箔也即形成分立的层的磁性材料，这些层互相叠合而产生平面坯料，后者又切割和/或碾压而成为所要形状。当将片材变成方形芯时，所要宽度的金属片材卷通过一台切割机，后者将片材切割到所要长度。形成的金属片的叠层被装配而形成芯的尺寸。芯的尺寸以变压器或电感部件的所需容量为基础。这些金属片材的装配件称为层状金属片材。层状金属片材的限制来之于芯的形状更甚于其尺寸。一个层状芯限于正方形或矩形。一种三相系统用的磁芯给出一个例子。这些芯包括由两个轭连接的三个支脚，一个轭在顶部，另一轭在底部。另一方面，当制造一个环状芯时，原料碾压为所要尺寸的环状芯。这种方法的例子包括一种环状芯变压器和一种U形芯变压器。

另一种制造磁芯的方法以粉末材料为基础，后者置于一模具中并受压加热(烧结)。这种类型的芯尤其适合于其中AC电压为高频(如10～100KHz)的换流器。

当磁芯用箔材制造时，在内外芯管之间获得低损耗连接是困难的。在一种方法中，采用连接器来连接由两根并列安置的管组成的磁芯，其中在管的周围卷绕一个或多个绕组。但是，如果人们试图弯曲一个由碾压箔制成的物体，那么这些材料受到应力而会减小其磁性。

虽然可以利用烧结来制造端部构件，但铁粉和铁氧体的烧结材料只能容许磁性金属片材芯的通量密度的20～30％。因此，烧结材料有限地用作具有比用烧结材料或铁氧体基材料制造的连接器更大的通量密度的几个芯之间的场连接器。

发明概要

本发明通过实施低损耗的耦合装置来克服先有技术的缺点。该装置的功能是提供一种磁通量分配器或磁芯端部构件。与已知解决办法相比，该装置磁滞损耗小，还提供更大的磁芯设计灵活性。

为了达到使用磁芯时低水平的损耗，对于当围绕该磁芯卷绕一个绕组并外加电流时产生的磁通量应当提供一个闭合的路径。

例如，对于一个包括彼此同心地设置的内外管部件的磁芯(其中在该内外管部件之间的间隙中安置一个绕组)，在这些管子的两端处必须利用连接器来提供一条闭合的磁通路径。

如已经提到的，连接器(如端部构件)的功能为提供一条闭合的磁通路径。这些端部构件应当建立一条“跟随”该磁芯中磁通量的磁通量线的路径，以便将损耗减小到一个可以接受的水平。在先有技术中，迫使磁通量线跟随特定的磁路。但是，在本发明的一个实施例中，这些磁路安置在磁通量线的天然路径中。

在一方面，本发明提供可以适合于不同种类的芯部件的端部连接器，这些连接器能简单而廉价地生产，并产生低水平的损耗。

在一个实施例中，一种用于芯部件的磁性耦合的端部构件提供一条磁通量的闭合路径。该端部构件包括至少一个用于邻接紧靠这些芯部件的邻接表面和一个磁路部件，其中该磁路部件包括若干平行的线状体而该邻接表面包括这些线状体的端部表面。

在本发明的另一实施例中，这些线状体用可磁化的材料制成。在该实施例的一种型式中，该材料是硅铁合金。在另一型式中，该材料为纯铁。在又一型式中，这些线状体是用金属玻璃材料制造的。在一个实施例中，这些线体用外加到线表面上的电绝缘材料薄膜绝缘。线的真实形状可以是圆形的、椭圆形的、正方形的或矩形的。或者是，该线可以碾压成薄带。

在本发明的一个实施例中，每个可磁化的材料的线体形成一条磁通路径，由此使这些端部构件的几何形状容易适合于这些芯部件的几何形状和天然的通量路径。在该实施例的一个型式中，该磁路部件是空心的，这些线状体形成端部构件的表面，而这些邻接表面基本上是环形的。在又一型式中，该端部构件包括一个内环形表面，其面积与外环形表面相同。

在另一实施例中，一个用于磁性装置的复合芯包括至少一个芯部件和至少一个用于将该至少一个芯部件磁性耦合到一闭合的磁通路径上的端部构件。该端部构件包括具有端部表面的磁性线状体。该端部构件也包括至少一个邻接表面，用于邻接该芯部件和一个磁路部件。该磁路部件包括多个基本上邻接的线状体。同时，该邻接表面包括这些线状体的端部表面。在该实施例的一种型式中，该芯部件用磁性片材制成。

为了更好地例示本发明的一个实施例，两个管状芯部件一个安置在另一个内部。这种几何形状的一个端部构件为被一平面相交的半圆环形式，该平面包括该圆环的最大直径。该端部构件包括一个带有线体的磁路部件，这些线体形成一个内环形邻接表面和一个外环形邻接表面之间的弧形。

因此，该圆环的最大直径将基本上对应于该外芯部件的外径，而其较小直径将对应于该内芯部件的内径。这些邻接表面将是一个用于邻接紧靠该外芯部件的外环形表面和一个用于邻接紧靠该内芯部件的内环形表面。

在这样一个实施例中，该端部构件最好是通过围绕一个具有圆形截面的环形体(如轮环)卷绕磁性线而形成的。由此提供两个带一平坦表面的对称端部构件，它们由互相并列的小面积的磁性材料构成。该面积由线的截面形成，其形状取决于线的形状。

按照该实施例的端部构件的特征是保证在两个邻接表面中带有磁性材料的面积是同样的，因为这两个邻接表面是由线状部件的端部表面形成的。这很重要，因为它影响材料中的通量密度和材料相对于饱和的条件。这在联系一个圆环模具时可以容易地看到，因为该圆环的内周边小于外周边，由此在圆环的内侧上比在外侧上给出“更厚的”线体层。

在另一实施例中，该端部构件适合于与管状芯部件一起使用，但芯部件互相并列地安装。但是，在该实施例中，一个圆环也用作模具，这些线沿该圆环的周边卷绕。该圆环是在一个基本上垂直于安置在该圆环中心的轴线的平面中分开的。该形成的端部构件包括两个互相并列地设置的环形表面，而这些线体形成围绕这些表面的弧形。

这些芯部件也可以是具有正方形截面的管状。在这种情况下，该模具的周边为正方形，具有圆形或正方形截面。在另一实施例中，该模具的截面形状选自圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、平行四边形和多边形。

在另一方面，本发明涉及一种用于生产一种端部构件的方法，该端部构件具有用于邻接紧靠芯部件和一磁路部件的邻接表面。

该方法包括下列步骤：提供一个根据芯部件的几何形状来连接芯部件用的端部构件，围绕该模具而卷绕一条磁性材料线以产生磁路，将该线绕组和模具分成两半以形成邻接表面，移去模具并处理邻接表面以使其产生一光滑表面。

术语“线”和“线体”在本描述中用于识别一种其长度数倍于其截面宽度(圆形截面时为直径)的构体。线和线体二者可以包括单线或带有许多单根线的松散卷绕的导体。

在一个实施例中，这些线体是利用尺寸稳定的材料的浸渍或利用一保持模具而保持在一起的。在该实施例的一个型式中，浸渍是在线绕组和模具被分开之前进行的。

在又一实施例中，本发明提供一种制造一种用于磁耦合芯部件以形成闭合的磁通量磁路的端部构件的方法。该端部构件包括一个磁路部件，后者有至少一个邻接表面，用于使磁路部件邻接紧靠芯部件。该磁路部件包括多个基本上相邻的线状体。每个线状体包括一个端部表面。其次，该邻接表面包括这些线状体的端部表面。该方法包括围绕一模具卷绕一磁性材料线以形成该磁路部件的步骤。将该线绕组和模具分成两半以形成邻接的表面。从该线绕组移去模具，处理这些邻接的表面以提供一个光滑表面。在该实施例中，这些端部构件的邻接表面的形状对应于这些芯部件的邻接表面的形状。

在另一实施例中，这些芯部件包括同心地安置的一个第一管和一个第二管。该模具是一个圆环。该方法包括相对于安置在该圆环中心的轴线沿圆环方向围绕该圆环卷绕该线的步骤。在一个包括该圆环的最大直径的平面中该模具和线绕组分成两半以形成第一邻接表面和第二邻接表面。其次，该第一邻接表面形成一个邻接紧靠该第一管的外环，而该第二邻接表面形成一个邻接紧靠该第二管的内环。

在又一实施例中，这两管的芯部件并列地安置。这两管互相隔开一距离，而该模具为一圆环。该方法包括相对于安置在该圆环中心的轴线沿圆环方向围绕该圆环卷绕该线的步骤。在一个垂直于该圆环方向的平面内将该模具和线绕组分成两半以形成邻接的表面。这些邻接表面包括两个用于邻接紧靠这些芯部件的环。

在又一实施例中，该模具包括一个内圆环和一个外圆环。该方法包括将该内圆环定中心于一根由该外圆环形成的管子内的步骤。沿该外圆环的外径设置一开口。通过该开口将一根线插入该管，在该外圆环内卷绕该线。其次，该模具包括一个间隙，在该间隙中可以在一个垂直于该圆环方向的平面中相交该线绕组，而这些邻接表面包括两个用于邻接紧靠这些芯部件的环。在该实施例的一个型式中，该内圆环是一个轮环，而该外圆环是一个轮环。

在又一实施例中，这些芯部件是多根沿一圆圈互相并列地设置的管子。这些管子互相隔开一距离，而该模具包括一个空心的外圆环。该方法包括以下步骤：沿一条由一个离安置在该圆环中心的轴线的固定半径组成的路径分开该外圆环，在该外圆环内设置一个内圆环，相对于该轴线沿一圆环方向在该外圆环内卷绕该线，以及在一个垂直于该圆环方向的平面内分开在该线绕组中的模具。该路径包括一个垂直于径向的其中该轮环有一最大直径的圆柱形平面，而这些邻接表面包括两个用于邻接紧靠这些芯部件的半环。在又一实施例中，制造一个用于一磁性装置的复合芯。该制造方法包括以下步骤：通过碾压该切割的片材而制造至少一个芯部件，制造至少一个端部构件，通过将该端部构件绑贴或胶粘在这些芯部件上而将该至少一个芯部件结合在该至少一个端部构件上。其次，用变压器清漆浸渍该复合芯并加热，直到清漆固化。在该实施例的一个型式中，该端部构件用带绑在这些芯部件上。该带可以选自绑带、玻璃纤维带或棉线带。此外，用于将该端部构件固定在该芯部件上的带可以是能够固定变压器绕组的任何种类的带。

在任何上述实施例的一个型式中，该圆环是一个轮环。在任何上述实施例的另一型式中，用于卷绕该线的模具是一个平直体或一个环状体，其截面形状选自圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、平行四边形和多边形。

现在参照附图更详细地说明本发明。

附图简述

图1a例示一个按照本发明的第一实施例所述的模具；

图1b例示一个在制造本发明的一个实施例中的步骤；

图1c～1f例示按照本发明的另一些实施例所述的模具；

图2例示制造过程中的另一步骤；

图3例示一个按照本发明的一个实施例所述的端部构件；

图4例示图3的端部构件中的邻接表面的面积；

图5例示图3中与芯部件一起的端部构件；

图6a例示在制造本发明的第二实施例中的一个步骤；

图6b例示本发明的第二实施例的一个型式；

图7例示一个按照图6的实施例来制造的端部构件；

图8例示图7中与芯部件一起的端部构件；

图9例示一个用于制造本发明第三实施例的模具；

图10例示图9的模具中的线体；以及

图11例示图10中与芯部件一起的端部构件。

详细描述

为了制造按照本发明所述的端部构件，使用芯部件的几何尺寸作为基础，并提供一个适用于这些芯部件的模具。

如果这些芯部件为两个同心管1、2的形式(图5)，那么可以提供圆环形式的模具3(图1a)，在圆环的中心有一轴线D。一根磁线卷绕模具3，以便形成提供磁路部分(P)的线体4(图1b)。线体4将通过浸渍、特种胶粘剂、模具中的一种或这些手段的某种组合而保持基本上邻接模具3。其后，模具3和带有线体4的线绕组将沿一个包括模具3的最大直径的平面5相交(图2)。在另一实施例中，模具3的截面形状选自下面一组形状：圆形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、平行四边形和多边形。模具3的该实施例的各种型式示于图1c～1f。

图3例示带有线体4的端部表面4’的端部构件6，该端部表面4’形成端部构件6的邻接表面6’。圆环方向C可以相对于轴线D而识别。

图4例示内邻接表面6’的面积与外邻接表面6’的面积相等。在图4中，外邻接表面6’沿圆环方向比内邻接表面6’要长。这两个大小相等的邻接面积是通过增大内邻接表面6’的宽度也就是使内邻接表面6’更厚而达到的。

图5例示两个端部构件6，它们与芯部件1和2一起形成一个带有闭合磁路的复合芯12。如果在芯部件1和2之间的间隙中设有绕组7，而该绕组被供给电流，那么在该材料中将产生磁场H。磁场H用箭头表示，该箭头表示磁场H的磁路是闭合的。

如果这些芯部件为两个互相旁置的管子1和2的形式(图8)，那么模具3也可有圆环的形式(图1a)。但是，该磁线将沿圆环方向C相对于安置在该圆环中心的轴线D而围绕该圆环而卷绕(图6a)。在该实施例中，该模具和带有线体4的线绕组将在垂直于模具3的圆环方向C的平面5中相交，其中平面5包括轴线D。结果，邻接表面6’形成两个用于邻接紧靠芯部件1和2的环。在一个实施例中，该圆环是一个轮环。

图6b中例示一种用于提供图8中芯部件的端部构件的模具3的型式。图6b中的模具包括一个内圆环3”，其中心位于挖出的圆环3’中，圆环3’沿其外径有一小开口8。线4’可以从外面插在圆环3’中，线4’在空心圆环3’中沿圆环方向C相对于置于圆环3’中心处的轴线D而卷绕。结果，该线安置在内外圆环(分别为3”和3’)之间的空腔中。其次，如图6b左下方中所示，该模具可以包括一个间隙(未示出)，其中线绕组4可以在一垂直于圆环方向C的平面中相交，其结果是邻接表面6’形成用于邻接紧靠芯部件1和2的两个环。

图8例示一个包括第一端部构件6和第二端部构件6(该图中未示出)的复合芯12，该复合芯与芯部件1和2一起形成具有闭合路径的复合芯12。如果提供一个围绕一个或两个芯部件1和2的绕组7而该绕组被供给电流，那么在该材料中将产生磁场H。该磁场H标有箭头，可以看到，磁场H的路径是闭合的。

如果芯部件1和2为管状而彼此并列地安置(图11，芯部件1，1’，2，2’)在一环中(图11示出该环的一部分)，那么模具3将由外圆环3’和内圆环3”组成，它们垂直于其中该圆环具有最大直径的径向而沿纵向分开(图9和图10)。然后内圆环3”置于外圆环3’内。该线在外圆环3’内沿圆环方向C相对于置于圆环3’的中心处的轴线D而卷绕。模制的体3’和3”在一垂直于周边方向的平面中相交，结果是邻接表面6’形成用于邻接紧靠芯部件1，1”等的两个半环。

在另一实施例中，用于该芯的端部构件6使用该模具而制成，如图6b中所示。在这种情况下，该模具和该线绕组将沿一组成圆环周边的平面和一对其垂直的平面而相交。

图11中例示一个装配好的复合芯12。在一个实施例中，端部构件6用带紧固在芯部件1、2上。在该实施例的一种型式中，该带选自绑带、纤维带和棉线带。在另一实施例中，端部构件6胶粘在芯部件1、2上。在每个上述实施例中，复合芯12可以用变压器清漆浸渍，并烘烤到油漆固化。

在芯部件具有正方形截面或另一构型时，该模具将有相应的正方形或其它构型。可以变化而使该端部构件适应不同芯部件的参数为：a)模具的形状；b)模具上线体的安置；c)相交平面相对于线体的位置。关于c)，虽然已经描述的相交平面垂直于线体的纵向，但该相交平面可以相对于线体为任何角度，只要能产生一个对应于这些芯部件的邻接表面。例如，可以通过改变角度来增大每个线体的磁性材料的截面。然后，这些芯部件的邻接表面被相应地相交。

对于该技术的普通专业人员，对于此处描述的实施例可以进行各种修改和变化而并不偏离如权利要求书所述的本发明的范围和精神。因此，本发明不限于上面的例示描述，而由下面权利要求书的范围和精神来限定。

Claims (24)

1.一种用于将芯部件磁性耦合到一个闭合的磁通路径上的端部构件，该端部构件包括：

一个磁路部件，包括多个基体上相邻的线状体，每个线状体包括一些端部表面；以及

至少一个邻接表面，用于使该磁路部件贴靠这些芯部件；

其中，该邻接表面包括这些线状体的端部表面。

2.按照权利要求1的端部构件，其特征在于，这些线状体用一种可磁化的材料制成。

3.按照权利要求2的端部构件，其特征在于，该可磁化的材料为铁。

4.按照权利要求1的端部构件，其特征在于，该磁路部件是空心的。

5.按照权利要求4的端部构件，其特征在于，这些线体在一个内环形邻接表面和一个外环形邻接表面之间形成弧形。

6.按照权利要求4的端部构件，其特征在于，这些线体在两个互相并列设置的环形表面之间形成弧形。

7.按照权利要求5的端部构件，其特征在于，这些内环形表面具有与外环形表面相同的面积。

8.按照权利要求6的端部构件，其特征在于，这些环形表面为圆筒形的，并有均匀的厚度。

9.一种用于磁性装置的复合芯，该复合芯包括：

至少一个芯部件，以及

至少一个端部构件，用于将该至少一个芯部件磁性耦合到一个闭合的磁通路径上，该端部构件包括一些线状磁体，这些线状磁体包括一些端部表面；

其中该端部构件包括至少一个邻接表面，用于贴靠该芯部件和磁路部件；

其中该磁路部件包括多个基本上邻接的线状体；以及

其中该邻接表面包括这些线状体的端部表面。

10.按照权利要求9的复合芯，其特征在于，该芯部件包括薄片磁性材料。

11.按照权利要求9的复合芯，其特征在于，该芯部件包括烧结材料。

12.按照权利要求9的复合芯，其特征在于还包括两个相邻的圆筒形芯部件和两个端部构件。

13.按照权利要求9的复合芯，其特征在于还包括两个同心的圆筒形芯部件。

14.按照权利要求9的复合芯，其特征在于还包括两个各具矩形横截面的相邻部件。

15.一种用于制造将芯部件磁性耦合到一磁通闭合磁路上的端部构件的方法，该端部构件包括：一个包括多个基本上相邻的线状体的磁路部件和至少一个用于使该磁路部件贴靠这些芯部件的邻接表面，其中每个线状体包括一个端部表面，而且其中该邻接表面包括这些线状体的端部表面，该方法包括以下步骤：

围绕一模具卷绕一根磁性材料的线，以便形成该磁路部件；

将该线绕组分为两半，以便形成邻接表面；

从该线绕组移动该模具；以及

处理这些邻接表面，以便提供一光滑表面；

其中，该端部构件的邻接表面的形状相当于这些芯部件的邻接表面的形状。

16.按照权利要求15的方法，其特征在于，这些芯部件包括一个第一管和一个第二管，其中该两管是同心设置的，而且其中该模具是一个圆环，该方法还包括以下步骤：

沿一圆环方向相对于处在该圆环中心的轴线围绕该圆环卷绕该线；以及

在一个包括该圆环的最大直径的平面内分开该线绕组，以形成一第一邻接表面和一第二邻接表面；

其中该第一邻接表面形成一个用于贴靠该第一管的外环；以及

其中该第二邻接表面形成一个用于贴靠该第二管的内环。

17.按照权利要求15的方法，其特征在于，这些芯部件是两根互相平行安置的管，其中该两管彼此有一距离，而且其中该模具为一圆环，还包括以下步骤：

沿一圆环方向相对于处在该圆环中心的轴线围绕该圆环卷绕该线；以及

在一个垂直于该圆环方向的平面内分开该线绕组以形成邻接的表面；

其中该两邻接的表面包括两个用于贴靠这些芯部件的环。

18.按照权利要求17的方法，其特征在于，该模具包括一内圆环和一外圆环，还包括以下步骤：

将该内圆环定中心于一根由该外圆环形成的管内；

沿该外圆环的外径设置一个开口；

通过该开口将该线插入该管中；以及

在该外圆环内卷绕该线；

其中该模具包括一间隙，在该处该线绕组可以在一个垂直于该圆环的方向的平面内交叉；以及

其中这些邻接表面包括两个用于贴靠这些芯部件的环。

19.按照权利要求15的方法，其特征在于，这些芯部件是多个在一圆圈内互相并列安置的管子，其中这些管子彼此相隔一距离，而且其中该模具包括一空心外圆环，还包括下列步骤：

沿一条由一个离一安置在该圆环中心的轴线的固定半径组成的路径分开该外圆环；

将一个内圆环安置在该外圆环内；

在该外圆环内相对于该轴线沿一个圆环的方向卷绕该线；以及

在一垂直于该圆环的方向的平面内分开该线绕组；

其中该路径包括一个垂直于一径向的在该处该圆环有一最大直径的圆筒形平面；以及

其中这些邻接表面包括两个用于贴靠这些芯部件的半环。

20.按照权利要求15的方法，其特征在于，该模具的截面形状选自圆形、椭圆形、三角形、平行四边形和多边形。

21.一种制造按照权利要求15～20之一所述的磁性装置的复合芯方法，该方法包括以下步骤：

通过碾压和切割片材而制造至少一个芯部件；

通过按照权利要求15～20之一所述的方法制造至少一个端部构件；以及

通过将该芯部件用带绑贴在该端部构件上而使该至少一个芯部件结合在该至少一个端部构件上。

22.按照权利要求21的方法，其特征在于，制造至少一个芯部件的步骤包括：

通过烧结粉末材料来制造该芯部件。

23.按照权利要求21的方法，其特征在于，该芯部件和端部构件是用一条选自下列一组的带而绑贴在一起的：绑带、玻璃纤维带和棉线带。

24.按照权利要求21的方法，其特征在于，使该芯部件结合在该端部构件上的步骤包括将该芯部件和该端部构件胶粘在一起。

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