MXPA00010812A - Estructura de bobina inductora y metodo para hacer la misma - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje incluye una bobina conductora circundada por material magnético para formar un cuerpo inductor. La bobina inductora estáformada a partir de una placa plana la cual se corta en una configuración en forma de sinuosidal y después se pliega en forma de acordeón para formar una bobina helicoidal.

Description

ESTRUCTURA DE BOBINA INDUCTORA Y MÉTODO PARA HACER LA MISMA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una estructura de bobina inductora y al método para elaborar la misma. La estructura de bobina de la presente invención es preferiblemente para uso en un inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje comúnmente referido por la designación IHLP. Sin embargo, la estructura de bobina particular puede utilizarse en otros tipos de inductores. Las bobinas inductoras de la técnica anterior han sido construidas a partir de varias formas de materiales formados en varias formas helicoidales. Sin embargo, existe la necesidad de una estructura de bobina inductora mejorada que sea fácil de fabricar y que proporcione una bobina de inductancia eficiente y confiable. Por lo tanto, un objeto primario de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora mejorada y el método para hacer la misma. Un objeto adicional de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora que pueda utilizarse en un inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje que no tenga espacios en el inductor y que incluya un material magnético que circunde completamente a la bobina. Un objeto adicional de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora que incluya un sistema magnético cerrado que tenga capacidad de autoprotección . Un objeto adicional de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora que aumente al máximo la utilización del espacio necesario para un rendimiento de inductancia predeterminado de manera que el inductor pueda ser de un tamaño minimo. Un objeto adicional de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora mejorada que sea más pequeña, menos costosa en su fabricación y que sea capaz de aceptar más corriente sin saturación como en las estructuras de bobina inductora anteriores . Un objeto adicional de la presente invención es la provisión de una estructura de bobina inductora que reduce la resistencia en serie del inductor. Los objetos anteriores se pueden lograr mediante un inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje que comprende una bobina conductora que tiene primero y segundo extremos de bobina. Un material magnético circunda la bobina conductora para formar un cuerpo inductor. La bobina inductora comprende una pluralidad de arrollamientos de bobina que se extiende alrededor de un eje de bobina longitudinal en una trayectoria aproximadamente helicoidal que avanza axialmente a lo largo del eje de bobina. Los arrollamientos de bobina están formados a partir de una placa plana que tiene primera y segunda superficies planas opuestas, por lo menos una porción de cada una de las superficies planas de los arrollamientos de bobina que confrontan en una dirección axial con respecto al eje de bobina. El método para hacer el inductor incluye tomar un conductor de placa alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo, bordes laterales opuestos, superficies planas opuestas y un eje de placa longitudinal. Una pluralidad de ranuras se cortan en cada uno de los bordes del lado opuesto del conductor de placa para formar el conductor de placa en una pluralidad de segmentos cruzados que se extienden transversalmente con respecto al eje de placa y una pluralidad de segmentos de conexión que se extienden aproximadamente en forma axial con respecto al eje de placa. Los segmentos de conexión conectan los segmentos transversales juntos en un conductor continuo que se extiende en una trayectoria en forma de seno. Como se usa en la presente "en forma de seno" se refiere a cualquier forma que se amolde generalmente a una curva sinusoidal, aunque no está limitada a una curva continua y puede incluir vértices, esquinas cuadradas o varias formas distintas. Después del corte de las ranuras en los bordes laterales opuestos del conductor de placa los segmentos de conexión son flexionados a lo largo de uno o más ejes de flexión que se extienden transversalmente con respecto al eje de placa para formar el conductor de placa en una pluralidad de pliegues de acordeón, cada uno de los cuales comprende uno de los segmentos transversales y una porción de uno de los segmentos de conexión. En la estructura resultante, los segmentos transversales y los segmentos de conexión forman una bobina conductora continua de forma aproximadamente helicoidal que tienen primero y segundo extremos opuestos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva del inductor construido de acuerdo con la presente invención y montado sobre un tablero de circuito. La Figura 2 es una vista ilustrativa de la bobin del inductor antes del proceso de moldeo. La Figura 3 es una vista ilustrativa del inductor de la presente invención después que se termina el proceso de moldeo, pero antes de que se hayan formado los conductores. La Figura 4 es una vista en elevación extrema tomada a lo largo de las lineas 4-4 de la Figura 2. La Figura 5 es una vista en elevación tomada a lo largo de las lineas 5-5 de la Figura . La Figura 6 es una vista en perspectiva de un padrón de conductor alargado a partir del cual se forma la b.obina inductora. La Figura 7 muestra el patrón de la Figura 6 después de la formación de las ranuras que se extienden hacia dentro desde los bordes opuestos del mismo. La Figura 8 es una vista similar a la Figura 7, que muestra la primera etapa de plegado en la formación de la bobina inductora de la presente invención. La Figura 9 es una vista en elevación lateral que muestra la misma etapa de plegado mostrada en la Figura 8. La Figura 10 es una vista similar a la 8 y que muestra una segunda etapa de plegado en el proceso para hacer la bobina inductora de la presente invención. La Figura 11 es una vista ilustrativa inventiva del inductor después de que ha sido prensado pero antes de que se formen los conductores. La Figura 12 es una vista similar a la figura 11 que muestra el inductor después de la formación parcial de los conductores. La Figura 13 es una vista similar a las Figuras 11 y 12 que muestra la formación final de los conductores. Haciendo referencia a los dibujos, el número 10 designa generalmente un inductor de la presente invención montado sobre un tablero 12 de circuito. El inductor 10 incluye un cuerpo 14 de inductor que tiene un primer conductor 16 y un segundo conductor 18 que se extienden a través del mismo y que son enrollados sobre extremos opuestos del cuerpo 14. Los conductores 16, 18 son soldados o de otra forma eléctricamente conectados en el tablero 12 de circuito. Con referencia a la Figura 2, la bobina inductora de la presente invención está designada generalmente por el número 20. Los conductores 16, 18 forman los extremos de la bobina 22. Entre los conductores 16, 18 existe una pluralidad de segmentos 26 de bobina en forma de L que comprenden cada uno una extremidad 28 horizontal y una extremidad 30 vertical. La extremidad 30 vertical termina en un segmento 32 de conexión que está plegado sobre aproximadamente 180° para crear una configuración similar a acordeón para la bobina 20 inductora. los segmentos de bobina en forma de L están conectados juntos para formar una bobina helicoidal que tiene un centro 34 de bobina abierto que se extiende a lo largo de un eje 36 de bobina longitudinal. Las Figuras 6-10 muestran el proceso para hacer la bobina 20. Inicialmente como se muestra en la Figura 6, una placa 50 conductora plana patrón formada de cobre u otro material eléctricamente conductor incluye: primer y segundo extremo 52, 54; un par de superficies 56 planas opuestas; y un par de bordes 58, 60 laterales opuestos. La Figura 7 muestra la primera etapa de la formación de la bobina 20. En esta etapa una pluralidad de ranuras 62, 64 se cortan en bordes 58, 60 opuestos, respectivamente de la placa 50 plana patrón. Varios métodos de corte se pueden utilizar tal como el estampado o el corte actual mediante el rayo láser u otras herramientas de corte conocidas en la técnica. A la terminación de la operación de corte, el patrón 50 es transformado en un cuerpo de forma sinusoidal alargada formado a partir de una pluralidad de segmentos 66 transversales que se extienden transversalmente al eje longitudinal de la placa 50 y una pluralidad de segmentos 67 conectores que se extienden axialmente con respecto al eje longitudinal de la placa 50. Los segmentos 66, 67 forman una configuración de forma sinusoidal continua como se muestra en la Figura 7. La Figura 8 muestra la siguiente etapa en la formación de la bobina 20. El extremo 52 es plegado sobre un ángulo de 180° para formar la flexión 63 de ángulo de 180° en el primer segmento 67 de conexión. La Figura 10 muestra una segunda flexión 65 que está en el siguiente segmento de 67 conexión. Las flexiones 63, 65 están en direcciones opuestas y se repiten hasta que se proporciona una estructura similar a acordeón como la mostrada en la Figura 5. En la Figura 5, la bobina 20 incluye extremos 16, 18 opuestos que están formados a partir de extremos 52, 57 opuestos del patrón 50. Los segmentos 66 transversales del patrón 50 forman las primeras extremidades 28 horizontales de la bobina 20, y los segmentos 67 de conexión del patrón 50 forman las segundas extremidades 30 verticales y los segmentos 32 de conexión de la bobina 20. Un ejemplo de un material preferido para la bobina 20 es una placa plana de cobre hecha a partir del cobre OFHC 102, 99.95% puro. El material de moldeo magnético del cuerpo 14 está comprendido de hierro en polvo, un rellenador, una resina y un lubricante. El material en polvo preferido es fabricado por BASF Corporation, 100 Cherryhill Road, Parsippany, New Jersey bajo la designación comercial Carbonyl Iron, Grade SQ. Este material SQ está aislado con 0.875% en fracción de masa con 75% H3P04. Una resina etoxi se agrega también a la mezcla y la resina preferida para este propósito es fabricada por Morton International, Post Ofice Box 15240, Reading, Pennsylvania bajo la designación comercial Corvel Black, Número 10-7086. Además se agrega un lubricante a la mezcla. El lubrícente es un estearato de zinc fabricado por Witco Corporation, Box 45296, Huston Texas bajo la designación de producto Lubrazinc W. Varias combinaciones de los ingredientes anteriores pueden mezclarse juntas, aunque la mezcla preferida es como sigue : 1,000 gramos de hierro en polvo. 3.3 % en peso de la resina. 0.3 % en peso de lubricante.

Los materiales anteriores (que no son el lubricante) se mezclan juntos y después se agrega acetona para humedecer el material hasta una consistencia similar a fango. Se deja después que el material se seque y se tamiza h'asta un tamaño de partícula de -50 mallas. Se agrega entonces el lubricante para completar el material 82. El material 82 está listo para moldeo a presión. La siguiente etapa en el proceso involucra comprimir el material completamente alrededor de la bobina 20 de manera que tiene una densidad producida por exposición a la presión de 15 a 25 toneladas por pulgada cuadrada. Esto provoca que el material en polvo 82 sea comprimido y moldeado herméticamente por completo alrededor de la bobina para formar el cuerpo 14 de inductor mostrado en la Figura 1 y en las Figuras 11-13. En esta etapa de la producción el ensamble moldeado está en la forma que se muestra en la Figura 11. Después de cocción, los conductores 16, 18 están formados o flexionados como se muestra en las Figuras 12 y 13. Los ensambles moldeados son después cocidos a 325°F durante una hora y cuarenta y cinco minutos para fraguar la resina. Cuando se compara con otros componentes inductivos, el inductor IHLP de la presente invención tienen varios atributos únicos. La bobina conductora, la estructura conductora, el material de núcleo magnético y el recinto protector se moldean como un solo cuerpo de unidad de bajo perfil integral que tiene conductores de terminación adecuados para el montaje de superficie. La construcción permite una máxima utilización del espacio disponible para el rendimiento magnético y es magnéticamente autoprotegida . La construcción unitaria elimina la necesidad de dos mitades de núcleo como era el caso en la técnica con los núcleos E de la técnica anterior u otras formas de núcleo y también eliminan el trabajo de ensamble asociado. El devanado conductor único de la presente invención permite la operación de corriente de alto amperaje y optimiza también los parámetros magnéticos dentro de la huella del inductor. El proceso de manufactura de la presente invención proporciona un paquete de alto rendimiento y bajo costo sin la dependencia sobre materiales de núcleo de estrecha tolerancia costosos y técnicas de devanado especiales. El material de núcleo magnético tiene una alta resistividad (que excede 3 mega oh s) lo que permite que el inductor como es fabricado se desempeña sin una trayectoria conductora entre los conductores de montaje de superficie. El material magnético permite también la operación eficiente de hasta 1 MHz. El rendimiento del paquete inductor produce una resistencia de corriente directa baja para la relación de inductancia de dos milliOhms por microHenry. Una relación de 5 o menos se considera como muy buena. La configuración única de la bobina 20 reduce su costo de fabricación. La bobina 20 puede utilizarse en varias configuraciones de inductor diferentes de los inductores IHLP. En los dibujos y la especificación se ha establecido una modalidad preferida de la invención, y aunque se emplean términos específicos que se usan en un sentido genérico y descriptivo solamente y no para propósitos de limitación. Los cambios en la forma y en la proporción de las partes asi como también en la sustitución de equivalentes están contempladas como circunstancias que pueden sugerir o volverse expeditas sin apartarse del espíritu o alcance de la invención como se definió además en las siguientes reivindicaciones .

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES 1. Un bajo perfil de corriente de alto amperaje caracterizado porque comprende: una bobina conductora que tiene primero y segundo extremos de bobina; la bobina conductora comprende una pluralidad de arrollamientos de bobina que se extiende alrededor de un eje de bobina longitudinal en aproximadamente en una trayectoria helicoidal que avanza axialmente a lo largo del eje de bobina; los arrollamientos de bobina que están formados a partir de una placa plana que tiene primera y segunda superficies planas opuestas, por lo menos una porción de cada una de las superficies planas de dichos arrollamientos de bobina que confrontan en una dirección axial con respecto al eje de bobina .
2. 2. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los arrollamientos de bobina comprende un segmento de bobina y un segmento de conexión, las superficies planas de cada uno de los segmentos de bobina confrontan en la dirección axial.
3. 3. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque cada uno de los segmentos de conexión interconecta pares adyacentes de segmentos de bobina.
4. 4. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los segmentos de bobina es aproximadamente en forma de L.
5. 5. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque cada uno de los segmentos de conexión comprende un segmento de placa plana que se flexiona a 180° .
6. 6. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un cuerpo de inductor comprendido de material magnético que circunda a la bobina.
7. 7. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el material magnético comprende un primer hierro en polvo y un segundo hierro en polvo mezclados uniformemente y comprimidos para estar en contacto con la bobina .
8. 8. El inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el material magnético tiene una densidad formada mediante exposición a fuerzas de compresión desde 15 hasta 25 toneladas por pulgada cuadrada.
9. 9. Un inductor caracterizado porque comprende: una bobina que tiene primero y segundo extremos de bobina, la bobina conductora que está formada a partir de un conductor de placa plana alargado sencillo flexionado en una pluralidad de pliegues de acordeón, cada uno de los pliegues que comprende un segmento de bobina y un segmento de conexión, los segmentos de conexión que interconectan pares adyacentes de segmentos de bobina para formar una bobina de forma aproximadamente helicoidal.
10. 10. El inductor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque cada uno de los segmentos de conexión está formado en una flexión d aproximadamente 180°.
11. 11. El inductor de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque cada uno de los segmentos de bobina está en forma de L.
12. 12. Un método para hacer un inductor de bajo perfil de corriente de alto amperaje caracterizado porque comprende: tomar un conductor de placa alargado que tiene un primer extremo, un segundo extremo, bordes laterales opuestos, superficies planas opuestas y un eje de placa longitudinal, ; cortar una pluralidad de ranuras en cada uno de los bordes laterales opuestos del conductor de placa para formar e conductor de placa en una pluralidad de segmentos transversales que se extienden transversalmente con respect al eje de placa y una pluralidad de segmentos de conexión que se extienden en forma aproximadamente axial con respecta al eje de placa; los segmentos de conexión que conectan los segmentos transversales juntos en un conductor continuo que se extienden en una trayectoria en forma sinuosidal; flexionar los segmentos de conexión a lo largo del eje de flexión que se extiende transversalmente con respecto al eje de placa para formar el conductor de placa en una pluralidad de pliegues de acordeón, cada uno de los cuales comprende uno de los segmentos transversales y una porción de uno de los segmentos de conexión, por lo que los segmentos de transversales y los segmentos de conexión forman una bobina conductora continua formada en una forma helicoidal aproximada y que tiene primero y segundo extremos opuestos.