CN1993782A - 用于高电流的感应部件以及制造该感应部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于高电流的具有闭合磁芯(3)和难以弯曲的电流导体(1)的感应部件，该电流导体至少两次穿过所述磁芯(3)的内部。该电流导体(1)优选由多个组件(11，12)组合而成，这些组件分别可容易地插穿磁芯(3)的内孔。在穿插之后，电流导体的组件(11，12)机械上彼此固定地相连，其中连接部分在磁芯(3)的内部空间外。本发明具有这样的优点，即在为高电流所设计的感应部件中，可以在结构体积小的情况下实现高的感应系数值。

Description

用于高电流的感应部件以及制造该感应部件的方法
本发明涉及一种具有闭合磁芯的感应部件，该感应部件使用在用于高电流的应用中(例如电网滤波器)。
在出版物DE 2850657 C2和CH 290733中公开了一种感应部件。
适于高电流的感应部件具有大横截面的电流导体。电流导体可以构造为可弯曲的软接线或者难以弯曲的实心导体(例如母线)。
本发明的任务在于，说明一种适于高电流的感应部件，该感应部件具有高感应系数和小的位置需求。
根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1所述特征的感应部件来解决。本发明的一些有利的扩展方案可从另一些权利要求中得到。
本发明说明了一种适于高电流的具有闭合磁芯和电流导体的感应部件，电流导体至少两次穿过磁芯的内部并且形成感应部件的绕组。电流导体包括多个由实心导体构成的彼此固定相连的、预弯曲的或者弯折的组件，实心导体具有高的抗弯强度。
两个彼此相连的电流导体组件例如可以是U形，其中U形件的腿长度可以是不同的。两个彼此相连的电流导体组件也可以分别构造为L形件。也设置了U形件与L形件的相连。电流导体组件可以弯曲或者弯折至少一次、为了形成U形件则为两次，在一种变形方案中也可以多于两次。本质是，相应的导体组件的腿可插穿芯的内孔。
本发明具有这样的优点，即在为高电流所设计的感应部件中，当结构体积小时也可实现高的感应系数值。在提高感应系数的情况下匝数平方地增加。
使用本发明，可以实现具有高的短路稳定性的感应部件。实心导体相对于由多个电芯线组成的柔性的电流导体具有欧姆损耗小的优点。实心导体具有高的形状稳定性并因此具有高的机械强度。由实心导体实现的电流导体组件具有这样的优点，即其在与其它电流导体组件相连时保持预先给定的形状。
根据本发明的感应部件中的实心导体不同于可弯曲的线缆，特别是不同于可围绕芯缠绕的线缆。按照应用，实心导体的电流负荷强度可以为例如200A、500A、1000A或者2500A。有利地，难以弯曲的实心导体也可不同于可弯曲的实心导体，该可弯曲的实心导体具有小于150A的电流负荷能力。
优选地，实心导体为具有矩形横截面的汇流排或者母线。实心导体例如可以是铜轨或者铝轨。实心导体也可以由其它具有良好导电性的金属构成。实心导体也可以是由冲裁的金属例如金属板构成的扁平导体(Flachleiter)。有利的是，彼此固定相连的导体组件中的至少一个具有两个相对于彼此在高度上错开的接触区域。
导体组件可以是例如U形或者L形的扁平组件，其中导体组件的相互横向延伸的段位于一个平面中或者位于相互形成一锐角的平面中。
在一种变形方案中，电流导体可以是不带绝缘套的电导体。在另一种变形方案中，电流导体可以具有绝缘套。绝缘套例如可以通过绝缘漆或者塑料层形成。
电流导体优选由多个部分导体组合而成，这些部分导体例如通过螺栓连接、钎焊或者焊接机械上固定地彼此相连。电流导体的这种构型使在闭合的芯中安装绕组变得容易。
电流导体的不同组件之间的连接部位优选在磁芯的内部空间外，例如在磁芯的上端面所在的平面之上，或者在磁芯的下端面所在的平面之下。
在一种变形方案中，磁芯可以构造为带有或者不带间隙的均匀的闭合环形芯。该间隙可以填充有具有与芯的材料不同的导磁率的材料。在另一变形方案中，磁芯可以由多个组件、例如由两个U形或者L形组件组合而成。芯也可以由E形或者棒形的芯组件构成，其中构造两个闭合的磁路。在此所形成的间隙可以填充有具有与芯的材料不同的导磁率的材料。在这些间隙中，也可以设置有粘合剂用于芯组件互相连接。
芯或者芯组件例如可以由钢、金属氧化物、陶瓷、塑料、铁氧体或者其它软磁性的材料或者它们的合金构成。芯或者芯组件可以由钢板组合而成。
磁芯可以是多件式的，其中芯组件分别具有闭合磁路并且沿着芯轴相叠地设置。
电流导体的预弯曲的或者弯折的组件可以分别穿过磁芯的内孔并且随后在芯的内孔外彼此连接。
优选地，预弯曲的导体组合成一体式的磁芯。
在组合好的磁芯中可以首先弯曲电流导体或者将电流导体的组件彼此相连，其中形成绕组的线圈。第一芯组件被电流导体的线圈插穿。接着，第一芯组件机械地与第二芯组件相连。在具有两个绕组的电抗器中，第二芯组件也被另一电流导体的线圈插穿。这两个具有绕组的芯组件随后机械地彼此相连。
电流导体优选这样地固定在部件中，使得其不碰到芯。芯和电流导体的设置或者装置的一部分可以例如借助浇注固定在部件的壳体中。也可以相互独立地将芯和电流导体固定在壳体上。
电流导体优选形成绕组，该绕组围绕磁芯缠绕。电流导体的每个线圈分配有一个特有的绕组平面。在连接位置上，可以这样地弯折电流导体的组件，使得由此从一个绕组平面变化到下一个绕组平面。向下一个绕组平面的过渡也可以通过电流导体的组件之间的弯折的连接件来实现。
本发明例如可以作为补偿电流的电抗器使用在适于两个、三个或者多于三个的电流相位的电网滤波器中。
在一种变形方案中，多于仅两个的不同的绕组也可以使用在感应部件中，这些绕组例如与多相电网的每一个电流相位电连接。在此，每个绕组基本上如上面描述的第一电流导体那样来形成。
在一种变形方案(图3F)中设置了，在第一电流导体组件中U形件的开口朝向芯的第一端面。在与第一组件固定相连的第二电流导体组件中，U形件的开口优选朝向芯的第二端面。两个U形件的腿具有重叠区域并且在该区域中彼此固定地相连。在一种变形方案中，预弯曲U形件。在另一种变形方案中，U形件可以作为冲裁的平面零件使用。
以下，参照实施例和所属的附图更进一步地阐述本发明。这些附图按照示意性的且并非符合比例的图示示出了本发明的不同的实施例。相同的或者作用相同的部分标有相同的参考标记。其中：
图1示意性地示出具有壳体的感应部件的横截面，
图2示意性地示出具有根据本发明的感应部件的电网滤波器的透视图，
图3A至3F示意性地示出将电流导体安装在磁芯上的方法步骤，
图4示意性地示出具有绕组的感应部件的透视图，该绕组由L形扁平导体组件组合而成。
图1示出了具有磁芯3和两个绕组的感应部件，这些绕组通过第一电流导体1和第二电流导体2构成。磁芯3和电流导体1和2的装置设置在由金属板构成的壳体4中。第一电流导体1由两个预弯曲的组件11和12组合而成。第二电流导体2同样由两个预弯曲的组件21和22组合而成。相应的电流导体的组件彼此借助固定元件71和72彼此固定地连接，例如用螺栓拧紧。
第一电流导体1的第一组件11具有两个用于容纳固定元件71的开口、图2中可见的在第一电流导体1的第一连接端111的区域中的开口11b以及用于容纳固定元件73的另一开口。固定元件73用于固定在此未表示的线路段，该线路段在此产生至电路板8的电连接。
第一电流导体1的第一组件11可以根据实施形式具有仅仅一个用于容纳固定元件的开口或者多于两个的这种开口。
第一电流导体1的第二组件12具有两个用于容纳固定元件71的开口、图2中可见的在第一电流导体1的第二连接端112的区域中的开口12b以及另一用于容纳固定元件76(参看图2)的开口77。固定元件76用于固定在此未示出的线路段，该线路段在图2中产生至电容器6的电连接。
第一电流导体1两次穿过闭合磁芯3的内孔31。第二电流导体2同样两次穿过磁芯3的内孔31。第二电流导体2与第一电流导体1类似地构造。
电流导体1的组件11和12这样构建，使得它们可以分别容易地插穿磁芯3。如图3A中所示，例如可以这样将电流导体1拆分成零件11和12，使得U形构造的组件11的腿之间的间距a并不小于磁芯的壁厚度b。在插穿芯之后，组件11和12彼此机械地相连并且相对于芯这样地固定，使得其连接部位在设置有磁芯3的上端面的平面之上。由此，特别是在横向于磁芯3的轴的方向上可节约位置地构造该装置。有利的是，零件11和12之间的连接部位背离磁芯3的内孔31。
电流导体1可以按照绕组的预给定的数量拆分成多于仅仅两个的零件。有利的是，构造具有U形区域的零件，其中不同的U形组件的(优选更短的)腿部分彼此重叠。在U形组件的腿之间可以导入芯。第一电流导体1的零件11和12以及第二电流导体2的零件21和22向外优选这样地弯折，使得第一部件连接端111和211之间的间距与第二部件连接端112和212之间的间距相同。
优选地，仅仅使用这些零件，这些零件分别对其自身围绕芯形成小于一个完整的线圈，它们优选形成半个或者四分之三个线圈。
第一电流导体1借助绝缘的插入物51和53固定在壳体4中并且与壳体电绝缘。第二电流导体2借助绝缘的插入物52和54固定在壳体4中并且与壳体电绝缘。插入物51至54借助固定元件74和75固定在壳体中。
磁芯3是具有内孔31的环形芯。在此，磁芯3是三件式的，其中芯组件分别具有闭合的磁路并且沿着芯轴相叠地设置。磁芯3这样固定在壳体4中，使得磁芯不碰到电流导体1和2的线圈。在另一种变形方案中，如果芯由电绝缘的材料构成或者绕组与芯电绝缘，则线圈可以碰到芯。
壳体4包围磁芯3、除其连接端111和112之外的第一电流导体1以及除其连接端211和212之外的第二电流导体2。壳体4具有用于容纳另一固定元件的开口41，利用这些开口，所有部件例如可以固定在面板上或者固定在板柜(Blechschrank)中。开口41也可以是用于壳体盖的铆钉孔。
图2示出了具有根据本发明的感应部件的电网滤波器的透视图。在壳体4中，在感应部件(元件1、2、3)旁边设置有与其电连接的电容器6和81至83。电容器81至83固定在印刷电路板8上。印刷电路板8与壳体4借助铜带84低感应地电连接。
图3A至3F示出了将电流导体安装在磁芯上时的方法步骤。
首先，提供闭合磁芯3和第一电流导体1的零件11和12以及第二电流导体2的零件21和22。第一电流导体1和第二电流导体2的零件11、12、21、22构造为具有一个弯折的更长的腿的U形。第一电流导体1的第一组件11和第二电流导体2的第一组件21从下面插穿磁芯3的壁(图3A、3B、3E)并且这样对齐，使得保持距磁芯3的间距，并且例如借助图2中所示的插入物51和52例如借助套管固定在此处未示出的部件的壳体中(图3C、3F)。第一电流导体1的第二组件12以及第二电流导体2的第二组件22从上方插入磁芯3的内孔31中(图3B、3E)并且相对于芯和零件11和21这样地对齐(图3C、3F)，使得零件11和12的开口11a和12a彼此相一致并保持距磁芯3的间距，并且例如借助图2中所示的插入物53和54例如借助套管固定在部件的壳体中(图3D、3F)。零件11例如借助固定元件与零件12固定地连接。零件21例如借助固定元件与零件22固定地连接。零件彼此的连接可以在将零件固定在壳体中之前进行。零件彼此的连接也可以在将零件固定在壳体中之后进行。
在一种变形方案中，磁芯可以在零件11、12、21、22穿插之前固定在壳体中。在另一种变形方案中，磁芯可以在对齐和固定零件11、12、21、22之后才固定在壳体中。
在图3A至3F中所设想的安装中，首先安装第一电流导体1。在安装第一电流导体1之后，以相同的方式方法安装第二电流导体2。
但是，第一零件11和21也可以在唯一的步骤中穿插或者安装，其中在另一步骤中穿插并且安装第二零件12和22。
原则上可以任意选择方法步骤的顺序。
在图4中示出了具有绕组的感应部件，绕组由彼此固定相连的L形扁平导体组件11’、12’、13’组成。第一扁平导体组件11’和13’这样地折弯，使得它们分别具有倾斜延伸的段11b和13b。段11b或者13b连接设置在不同的绕组平面中的段11a和11c或者13a和13c。使用L形件的倾斜延伸的段或者通过具有(连接区域)高度错位的安装实现两个绕组平面之间的过渡。
扁平导体组件11’、12’和13’的相叠设置的区域分配给连接区域101、102、103、104。两个扁平导体组件的连接区域101和103、102和103、102和104分别沿着对角线设置。扁平导体组件在连接区域中彼此固定地相连，例如焊接、拧紧或者硬钎焊。
第一扁平导体组件11’和13’借助第二扁平导体组件12’彼此连接。第二扁平导体组件12’不具有弯折并且设置在绕组平面中。但原则上，该扁平导体组件也可如组件11’和13’弯折。
在一种变形方案中，绕组可以包括多于仅两个的第一组件11’和13’以及仅仅一个第二组件12’。尽管图4中示出了仅仅一个绕组，但是在N个电流相位的情况下可以绕同样的芯设置N个绕组用于形成磁耦合的感应线圈，其中N＝2、3、…。
导体组件11’与连接件111固定相连且导体组件13’与连接件112相连。连接件优选分别具有至少一个用于容纳固定元件的开口。
在一种变形方案中，图4中的L形件可以通过U形的扁平导体组件替代，其中例如这样折弯第一U形组件，使得其连接件倾斜地延伸。第二U形组件可以位于绕组平面中或者也可以折弯。两个U形件的连接部位优选朝向芯的端面。
图4中的磁芯是闭合的芯，该芯由两个彼此相连的U形件组合而成。但是磁芯也可以是一件式的。
本发明并非限于所介绍的例子或者确定的材料。本发明的另一些改进方案例如关于在电流导体的不同的组件之间的连接部位的扩展方案方面或者关于芯和电流导体的装置的组件的固定方面而设置。
结合预弯曲的导体组件11、12；21、22所阐述的技术教导(图1至3F)可毫无困难地应用于相应弯折的例如冲裁的扁平导体组件。在此，导体组件11、12；21、22的每个弯曲都通过扁平导体组件的弯折代替。
                     参考标记表
1                  第一电流导体
2                  第二电流导体
11                 第一电流导体的第一组件
12                 第一电流导体的第二组件
21                 第二电流导体的第一组件
22                 第二电流导体的第二组件
11a、11b、12a、12b 开口
111                第一电流导体的第一连接端
112                第一电流导体的第二连接端
211                第二电流导体的第一连接端
212                第二电流导体的第二连接端
3                  磁芯
31                 磁芯3的内孔
4                  壳体
41                 用于容纳固定元件的开口
51至54             绝缘插入物
6                  电容器
71至76             固定元件
77                 用于容纳固定元件76的开口
8                  印刷电路板
81至83             电容器
84                 铜带(印刷电路板与壳体4之间的电连接)

Claims (29)

1.一种感应部件，其具有闭合的磁芯(3)、第一电流导体(1)，所述第一电流导体(1)至少两次穿过所述磁芯(3)的内部，其中所述第一电流导体(1)是实心导体，其包括多个U形预弯曲的组件(11，12)，这些组件彼此固定地相连。
2.根据权利要求1所述的部件，其中所述U形预弯曲的组件(11，12)分别是扁平导体，其中所述弯曲的扁平导体的扁平段在相互横向设置的平面中延伸。
3.一种感应部件，其具有闭合的磁芯(3)，第一电流导体(1)，所述第一电流导体(1)至少两次穿过所述磁芯(3)的内部，其中所述电流导体(1)包括多个由扁平导体构成的L形组件(11’，12’，13’)，这些组件彼此固定地相连。
4.根据权利要求3所述的部件，其中所述互相连接的L形组件具有相叠设置的端，这些端位于不同的绕组平面中。
5.根据权利要求3所述的部件，其中至少第一L形组件(11’)这样地折弯，使得其具有设置在不同的绕组平面中的扁平的段(11a，11c)和倾斜于这些平面伸展的扁平段(11b)。
6.根据权利要求4所述的部件，其中设置有至少两个相叠设置的第一L形组件(11’，13’)，所述第一L形组件的对角线相对的端与第二L形组件(12’)的不同的端固定地连接。
7.根据权利要求5所述的部件，其中所述第二组件(12’)和所述第一组件(11’，13’)的与所述第二组件相连的端设置在共同的平面中。
8.根据权利要求4所述的部件，其中冲裁所述L形组件(11’，12’，13’)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)是母线。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)的电流负荷强度为150A或者更大。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)的电流负荷强度为500A或者更大。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)的组件(11，12)彼此机械地相连。
13.根据权利要求12所述的部件，其中所述连接部位位于通过所述磁芯(3)的端面所处的两个平面形成边界的空间外。
14.根据权利要求12或者13所述的部件，其中所述电流导体(1)具有多个分别位于自己的绕组平面中的线圈，其中在两个绕组平面之间的过渡在连接部位的区域中进行。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)的不同组件借助固定元件(71，72)相互固定。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)的不同组件彼此焊接、钎焊或者铆接。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的部件，其中所述电流导体(1)具有两个连接端(111，112)，这些连接端向所述磁芯(3)的不同的端面导出。
18.根据权利要求15所述的部件，其中所述电流导体(1)具有用于容纳固定元件(71，73，76)的开口。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的部件，其具有壳体(4)，所述壳体完全地包围所述磁芯(3)和除其连接端(111，112)之外的所述电流导体(1)。
20.根据权利要求19所述的部件，其中所述磁芯(3)和所述电流导体(1)通过浇注固定在所述壳体(4)中。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的部件，其具有至少一个第二电流导体(2)，所述电流导体至少两次穿过所述磁芯(3)的内部，其中所述第二电流导体(2)是实心导体，其包括多个彼此固定相连的U形预弯曲的组件或者多个彼此固定相连的L形组件。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的部件，其中所述磁芯(3)沿着其中间轴分成两个U形组件或者两个E形组件。
23.一种用于制造感应部件的方法，其具有以下步骤：
A)第一电流导体(1)的U形第一组件(11)通过闭合的磁芯(3)的内孔；
B)所述第一电流导体(1)的至少两次弯折的第二组件(12)通过所述磁芯(3)的内孔；
C)所述第一电流导体(1)的所述第一组件和第二组件(11，12)相对于所述磁芯(3)以及互相相对地这样对齐，使得它们具有彼此重叠的区域；
D)所述第一电流导体(1)的所述第一组件和第二组件(11，12)在所述重叠的区域中彼此机械上固定相连。
24.一种用于制造感应部件的方法，其具有以下步骤：
A)第一电流导体(1)的弯折的或者预弯曲的第一组件(11)通过闭合的磁芯(3)的内孔；
B)所述第一电流导体(1)的所述第一组件(11)和弯折的或者预弯曲的第二组件(12)相对于所述磁芯(3)以及互相相对地这样对齐，使得它们具有彼此重叠的区域；
D)所述第一电流导体(1)的所述第一组件和第二组件(11，12)在所述重叠的区域中彼此机械上固定相连。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一电流导体(1)的所述弯折的或者预弯曲的第二组件(12)通过所述磁芯(3)的所述内孔。
26.根据权利要求24或者25所述的方法，其中从所述第一组件(11)和第二组件(12)中所选的至少一组件是L形。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中所述第一电流导体(1)的所述第一和第二组件(11，12)固定在所述部件的壳体(4)中。
28.根据权利要求27所述的方法，其具有以下附加步骤：
E)第二电流导体(2)的U形第一组件(21)通过闭合磁芯(3)的所述内孔；
F)所述第二电流导体(2)的至少两次弯折的第二组件(22)通过所述磁芯(3)的所述内孔；
G)所述第二电流导体(2)的所述第一和第二组件(21，22)相对于所述磁芯(3)以及互相相对地这样对齐，使得它们具有彼此重叠的区域；
H)所述第二电流导体(2)的所述第一组件和第二组件(21，22)在所述重叠的区域中彼此机械上固定相连并且固定在所述壳体(4)中。
29.根据权利要求28所述的方法，
其中所述步骤A)和E)同时实施；
其中所述步骤B)和F)同时实施；
其中所述步骤C)和G)同时实施。
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