用於高電流的感應部件以及製造該感應部件的方法
2023-06-15 08:30:51 1
專利名稱：用於高電流的感應部件以及製造該感應部件的方法
技術領域：
本發明涉及一種具有閉合磁芯的感應部件，該感應部件使用在用於高電流的應用中(例如電網濾波器)。
在出版物DE 2850657 C2和CH 290733中公開了一種感應部件。
適於高電流的感應部件具有大橫截面的電流導體。電流導體可以構造為可彎曲的軟接線或者難以彎曲的實心導體(例如母線)。
本發明的任務在於，說明一種適於高電流的感應部件，該感應部件具有高感應係數和小的位置需求。
根據本發明，該任務通過一種具有權利要求1所述特徵的感應部件來解決。本發明的一些有利的擴展方案可從另一些權利要求中得到。
本發明說明了一種適於高電流的具有閉合磁芯和電流導體的感應部件，電流導體至少兩次穿過磁芯的內部並且形成感應部件的繞組。電流導體包括多個由實心導體構成的彼此固定相連的、預彎曲的或者彎折的組件，實心導體具有高的抗彎強度。
兩個彼此相連的電流導體組件例如可以是U形，其中U形件的腿長度可以是不同的。兩個彼此相連的電流導體組件也可以分別構造為L形件。也設置了U形件與L形件的相連。電流導體組件可以彎曲或者彎折至少一次、為了形成U形件則為兩次，在一種變形方案中也可以多於兩次。本質是，相應的導體組件的腿可插穿芯的內孔。
本發明具有這樣的優點，即在為高電流所設計的感應部件中，當結構體積小時也可實現高的感應係數值。在提高感應係數的情況下匝數平方地增加。
使用本發明，可以實現具有高的短路穩定性的感應部件。實心導體相對於由多個電芯線組成的柔性的電流導體具有歐姆損耗小的優點。實心導體具有高的形狀穩定性並因此具有高的機械強度。由實心導體實現的電流導體組件具有這樣的優點，即其在與其它電流導體組件相連時保持預先給定的形狀。
根據本發明的感應部件中的實心導體不同於可彎曲的線纜，特別是不同於可圍繞芯纏繞的線纜。按照應用，實心導體的電流負荷強度可以為例如200A、500A、1000A或者2500A。有利地，難以彎曲的實心導體也可不同於可彎曲的實心導體，該可彎曲的實心導體具有小於150A的電流負荷能力。
優選地，實心導體為具有矩形橫截面的匯流排或者母線。實心導體例如可以是銅軌或者鋁軌。實心導體也可以由其它具有良好導電性的金屬構成。實心導體也可以是由衝裁的金屬例如金屬板構成的扁平導體(Flachleiter)。有利的是，彼此固定相連的導體組件中的至少一個具有兩個相對於彼此在高度上錯開的接觸區域。
導體組件可以是例如U形或者L形的扁平組件，其中導體組件的相互橫向延伸的段位於一個平面中或者位於相互形成一銳角的平面中。
在一種變形方案中，電流導體可以是不帶絕緣套的電導體。在另一種變形方案中，電流導體可以具有絕緣套。絕緣套例如可以通過絕緣漆或者塑料層形成。
電流導體優選由多個部分導體組合而成，這些部分導體例如通過螺栓連接、釺焊或者焊接機械上固定地彼此相連。電流導體的這種構型使在閉合的芯中安裝繞組變得容易。
電流導體的不同組件之間的連接部位優選在磁芯的內部空間外，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。
在一種變形方案中，磁芯可以構造為帶有或者不帶間隙的均勻的閉合環形芯。該間隙可以填充有具有與芯的材料不同的導磁率的材料。在另一變形方案中，磁芯可以由多個組件、例如由兩個U形或者L形組件組合而成。芯也可以由E形或者棒形的芯組件構成，其中構造兩個閉合的磁路。在此所形成的間隙可以填充有具有與芯的材料不同的導磁率的材料。在這些間隙中，也可以設置有粘合劑用於芯組件互相連接。
芯或者芯組件例如可以由鋼、金屬氧化物、陶瓷、塑料、鐵氧體或者其它軟磁性的材料或者它們的合金構成。芯或者芯組件可以由鋼板組合而成。
磁芯可以是多件式的，其中芯組件分別具有閉合磁路並且沿著芯軸相疊地設置。
電流導體的預彎曲的或者彎折的組件可以分別穿過磁芯的內孔並且隨後在芯的內孔外彼此連接。
優選地，預彎曲的導體組合成一體式的磁芯。
在組合好的磁芯中可以首先彎曲電流導體或者將電流導體的組件彼此相連，其中形成繞組的線圈。第一芯組件被電流導體的線圈插穿。接著，第一芯組件機械地與第二芯組件相連。在具有兩個繞組的電抗器中，第二芯組件也被另一電流導體的線圈插穿。這兩個具有繞組的芯組件隨後機械地彼此相連。
電流導體優選這樣地固定在部件中，使得其不碰到芯。芯和電流導體的設置或者裝置的一部分可以例如藉助澆注固定在部件的殼體中。也可以相互獨立地將芯和電流導體固定在殼體上。
電流導體優選形成繞組，該繞組圍繞磁芯纏繞。電流導體的每個線圈分配有一個特有的繞組平面。在連接位置上，可以這樣地彎折電流導體的組件，使得由此從一個繞組平面變化到下一個繞組平面。向下一個繞組平面的過渡也可以通過電流導體的組件之間的彎折的連接件來實現。
本發明例如可以作為補償電流的電抗器使用在適於兩個、三個或者多於三個的電流相位的電網濾波器中。
在一種變形方案中，多於僅兩個的不同的繞組也可以使用在感應部件中，這些繞組例如與多相電網的每一個電流相位電連接。在此，每個繞組基本上如上面描述的第一電流導體那樣來形成。
在一種變形方案(圖3F)中設置了，在第一電流導體組件中U形件的開口朝向芯的第一端面。在與第一組件固定相連的第二電流導體組件中，U形件的開口優選朝向芯的第二端面。兩個U形件的腿具有重疊區域並且在該區域中彼此固定地相連。在一種變形方案中，預彎曲U形件。在另一種變形方案中，U形件可以作為衝裁的平面零件使用。
以下，參照實施例和所屬的附圖更進一步地闡述本發明。這些附圖按照示意性的且並非符合比例的圖示示出了本發明的不同的實施例。相同的或者作用相同的部分標有相同的參考標記。其中
圖1示意性地示出具有殼體的感應部件的橫截面，圖2示意性地示出具有根據本發明的感應部件的電網濾波器的透視圖，
圖3A至3F示意性地示出將電流導體安裝在磁芯上的方法步驟，圖4示意性地示出具有繞組的感應部件的透視圖，該繞組由L形扁平導體組件組合而成。
圖1示出了具有磁芯3和兩個繞組的感應部件，這些繞組通過第一電流導體1和第二電流導體2構成。磁芯3和電流導體1和2的裝置設置在由金屬板構成的殼體4中。第一電流導體1由兩個預彎曲的組件11和12組合而成。第二電流導體2同樣由兩個預彎曲的組件21和22組合而成。相應的電流導體的組件彼此藉助固定元件71和72彼此固定地連接，例如用螺栓擰緊。
第一電流導體1的第一組件11具有兩個用於容納固定元件71的開口、圖2中可見的在第一電流導體1的第一連接端111的區域中的開口11b以及用於容納固定元件73的另一開口。固定元件73用於固定在此未表示的線路段，該線路段在此產生至電路板8的電連接。
第一電流導體1的第一組件11可以根據實施形式具有僅僅一個用於容納固定元件的開口或者多於兩個的這種開口。
第一電流導體1的第二組件12具有兩個用於容納固定元件71的開口、圖2中可見的在第一電流導體1的第二連接端112的區域中的開口12b以及另一用於容納固定元件76(參看圖2)的開口77。固定元件76用於固定在此未示出的線路段，該線路段在圖2中產生至電容器6的電連接。
第一電流導體1兩次穿過閉合磁芯3的內孔31。第二電流導體2同樣兩次穿過磁芯3的內孔31。第二電流導體2與第一電流導體1類似地構造。
電流導體1的組件11和12這樣構建，使得它們可以分別容易地插穿磁芯3。如圖3A中所示，例如可以這樣將電流導體1拆分成零件11和12，使得U形構造的組件11的腿之間的間距a並不小於磁芯的壁厚度b。在插穿芯之後，組件11和12彼此機械地相連並且相對於芯這樣地固定，使得其連接部位在設置有磁芯3的上端面的平面之上。由此，特別是在橫向於磁芯3的軸的方向上可節約位置地構造該裝置。有利的是，零件11和12之間的連接部位背離磁芯3的內孔31。
電流導體1可以按照繞組的預給定的數量拆分成多於僅僅兩個的零件。有利的是，構造具有U形區域的零件，其中不同的U形組件的(優選更短的)腿部分彼此重疊。在U形組件的腿之間可以導入芯。第一電流導體1的零件11和12以及第二電流導體2的零件21和22向外優選這樣地彎折，使得第一部件連接端111和211之間的間距與第二部件連接端112和212之間的間距相同。
優選地，僅僅使用這些零件，這些零件分別對其自身圍繞芯形成小於一個完整的線圈，它們優選形成半個或者四分之三個線圈。
第一電流導體1藉助絕緣的插入物51和53固定在殼體4中並且與殼體電絕緣。第二電流導體2藉助絕緣的插入物52和54固定在殼體4中並且與殼體電絕緣。插入物51至54藉助固定元件74和75固定在殼體中。
磁芯3是具有內孔31的環形芯。在此，磁芯3是三件式的，其中芯組件分別具有閉合的磁路並且沿著芯軸相疊地設置。磁芯3這樣固定在殼體4中，使得磁芯不碰到電流導體1和2的線圈。在另一種變形方案中，如果芯由電絕緣的材料構成或者繞組與芯電絕緣，則線圈可以碰到芯。
殼體4包圍磁芯3、除其連接端111和112之外的第一電流導體1以及除其連接端211和212之外的第二電流導體2。殼體4具有用於容納另一固定元件的開口41，利用這些開口，所有部件例如可以固定在面板上或者固定在板櫃(Blechschrank)中。開口41也可以是用於殼體蓋的鉚釘孔。
圖2示出了具有根據本發明的感應部件的電網濾波器的透視圖。在殼體4中，在感應部件(元件1、2、3)旁邊設置有與其電連接的電容器6和81至83。電容器81至83固定在印刷電路板8上。印刷電路板8與殼體4藉助銅帶84低感應地電連接。
圖3A至3F示出了將電流導體安裝在磁芯上時的方法步驟。
首先，提供閉合磁芯3和第一電流導體1的零件11和12以及第二電流導體2的零件21和22。第一電流導體1和第二電流導體2的零件11、12、21、22構造為具有一個彎折的更長的腿的U形。第一電流導體1的第一組件11和第二電流導體2的第一組件21從下面插穿磁芯3的壁(圖3A、3B、3E)並且這樣對齊，使得保持距磁芯3的間距，並且例如藉助圖2中所示的插入物51和52例如藉助套管固定在此處未示出的部件的殼體中(圖3C、3F)。第一電流導體1的第二組件12以及第二電流導體2的第二組件22從上方插入磁芯3的內孔31中(圖3B、3E)並且相對於芯和零件11和21這樣地對齊(圖3C、3F)，使得零件11和12的開口11a和12a彼此相一致並保持距磁芯3的間距，並且例如藉助圖2中所示的插入物53和54例如藉助套管固定在部件的殼體中(圖3D、3F)。零件11例如藉助固定元件與零件12固定地連接。零件21例如藉助固定元件與零件22固定地連接。零件彼此的連接可以在將零件固定在殼體中之前進行。零件彼此的連接也可以在將零件固定在殼體中之後進行。
在一種變形方案中，磁芯可以在零件11、12、21、22穿插之前固定在殼體中。在另一種變形方案中，磁芯可以在對齊和固定零件11、12、21、22之後才固定在殼體中。
在圖3A至3F中所設想的安裝中，首先安裝第一電流導體1。在安裝第一電流導體1之後，以相同的方式方法安裝第二電流導體2。
但是，第一零件11和21也可以在唯一的步驟中穿插或者安裝，其中在另一步驟中穿插並且安裝第二零件12和22。
原則上可以任意選擇方法步驟的順序。
在圖4中示出了具有繞組的感應部件，繞組由彼此固定相連的L形扁平導體組件11』、12』、13』組成。第一扁平導體組件11』和13』這樣地折彎，使得它們分別具有傾斜延伸的段11b和13b。段11b或者13b連接設置在不同的繞組平面中的段11a和11c或者13a和13c。使用L形件的傾斜延伸的段或者通過具有(連接區域)高度錯位的安裝實現兩個繞組平面之間的過渡。
扁平導體組件11』、12』和13』的相疊設置的區域分配給連接區域101、102、103、104。兩個扁平導體組件的連接區域101和103、102和103、102和104分別沿著對角線設置。扁平導體組件在連接區域中彼此固定地相連，例如焊接、擰緊或者硬釺焊。
第一扁平導體組件11』和13』藉助第二扁平導體組件12』彼此連接。第二扁平導體組件12』不具有彎折並且設置在繞組平面中。但原則上，該扁平導體組件也可如組件11』和13』彎折。
在一種變形方案中，繞組可以包括多於僅兩個的第一組件11』和13』以及僅僅一個第二組件12』。儘管圖4中示出了僅僅一個繞組，但是在N個電流相位的情況下可以繞同樣的芯設置N個繞組用於形成磁耦合的感應線圈，其中N＝2、3、…。
導體組件11』與連接件111固定相連且導體組件13』與連接件112相連。連接件優選分別具有至少一個用於容納固定元件的開口。
在一種變形方案中，圖4中的L形件可以通過U形的扁平導體組件替代，其中例如這樣折彎第一U形組件，使得其連接件傾斜地延伸。第二U形組件可以位於繞組平面中或者也可以折彎。兩個U形件的連接部位優選朝向芯的端面。
圖4中的磁芯是閉合的芯，該芯由兩個彼此相連的U形件組合而成。但是磁芯也可以是一件式的。
本發明並非限於所介紹的例子或者確定的材料。本發明的另一些改進方案例如關於在電流導體的不同的組件之間的連接部位的擴展方案方面或者關於芯和電流導體的裝置的組件的固定方面而設置。
結合預彎曲的導體組件11、12；21、22所闡述的技術教導(圖1至3F)可毫無困難地應用於相應彎折的例如衝裁的扁平導體組件。在此，導體組件11、12；21、22的每個彎曲都通過扁平導體組件的彎折代替。
參考標記表1 第一電流導體2 第二電流導體11 第一電流導體的第一組件12 第一電流導體的第二組件21 第二電流導體的第一組件22 第二電流導體的第二組件11a、11b、12a、12b 開口111第一電流導體的第一連接端112第一電流導體的第二連接端211第二電流導體的第一連接端212第二電流導體的第二連接端3 磁芯31 磁芯3的內孔4 殼體41 用於容納固定元件的開口51至54 絕緣插入物6 電容器71至76 固定元件77 用於容納固定元件76的開口8 印刷電路板81至83 電容器84 銅帶(印刷電路板與殼體4之間的電連接)
權利要求
1.一種感應部件，其具有閉合的磁芯(3)、第一電流導體(1)，所述第一電流導體(1)至少兩次穿過所述磁芯(3)的內部，其中所述第一電流導體(1)是實心導體，其包括多個U形預彎曲的組件(11，12)，這些組件彼此固定地相連。
2.根據權利要求1所述的部件，其中所述U形預彎曲的組件(11，12)分別是扁平導體，其中所述彎曲的扁平導體的扁平段在相互橫向設置的平面中延伸。
3.一種感應部件，其具有閉合的磁芯(3)，第一電流導體(1)，所述第一電流導體(1)至少兩次穿過所述磁芯(3)的內部，其中所述電流導體(1)包括多個由扁平導體構成的L形組件(11』，12』，13』)，這些組件彼此固定地相連。
4.根據權利要求3所述的部件，其中所述互相連接的L形組件具有相疊設置的端，這些端位於不同的繞組平面中。
5.根據權利要求3所述的部件，其中至少第一L形組件(11』)這樣地折彎，使得其具有設置在不同的繞組平面中的扁平的段(11a，11c)和傾斜於這些平面伸展的扁平段(11b)。
6.根據權利要求4所述的部件，其中設置有至少兩個相疊設置的第一L形組件(11』，13』)，所述第一L形組件的對角線相對的端與第二L形組件(12』)的不同的端固定地連接。
7.根據權利要求5所述的部件，其中所述第二組件(12』)和所述第一組件(11』，13』)的與所述第二組件相連的端設置在共同的平面中。
8.根據權利要求4所述的部件，其中衝裁所述L形組件(11』，12』，13』)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)是母線。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)的電流負荷強度為150A或者更大。
11.根據權利要求1至9中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)的電流負荷強度為500A或者更大。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)的組件(11，12)彼此機械地相連。
13.根據權利要求12所述的部件，其中所述連接部位位於通過所述磁芯(3)的端面所處的兩個平面形成邊界的空間外。
14.根據權利要求12或者13所述的部件，其中所述電流導體(1)具有多個分別位於自己的繞組平面中的線圈，其中在兩個繞組平面之間的過渡在連接部位的區域中進行。
15.根據權利要求1至14中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)的不同組件藉助固定元件(71，72)相互固定。
16.根據權利要求1至14中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)的不同組件彼此焊接、釺焊或者鉚接。
17.根據權利要求1至16中任一項所述的部件，其中所述電流導體(1)具有兩個連接端(111，112)，這些連接端向所述磁芯(3)的不同的端面導出。
18.根據權利要求15所述的部件，其中所述電流導體(1)具有用於容納固定元件(71，73，76)的開口。
19.根據權利要求1至18中任一項所述的部件，其具有殼體(4)，所述殼體完全地包圍所述磁芯(3)和除其連接端(111，112)之外的所述電流導體(1)。
20.根據權利要求19所述的部件，其中所述磁芯(3)和所述電流導體(1)通過澆注固定在所述殼體(4)中。
21.根據權利要求1至20中任一項所述的部件，其具有至少一個第二電流導體(2)，所述電流導體至少兩次穿過所述磁芯(3)的內部，其中所述第二電流導體(2)是實心導體，其包括多個彼此固定相連的U形預彎曲的組件或者多個彼此固定相連的L形組件。
22.根據權利要求1至21中任一項所述的部件，其中所述磁芯(3)沿著其中間軸分成兩個U形組件或者兩個E形組件。
23.一種用於製造感應部件的方法，其具有以下步驟A)第一電流導體(1)的U形第一組件(11)通過閉合的磁芯(3)的內孔；B)所述第一電流導體(1)的至少兩次彎折的第二組件(12)通過所述磁芯(3)的內孔；C)所述第一電流導體(1)的所述第一組件和第二組件(11，12)相對於所述磁芯(3)以及互相相對地這樣對齊，使得它們具有彼此重疊的區域；D)所述第一電流導體(1)的所述第一組件和第二組件(11，12)在所述重疊的區域中彼此機械上固定相連。
24.一種用於製造感應部件的方法，其具有以下步驟A)第一電流導體(1)的彎折的或者預彎曲的第一組件(11)通過閉合的磁芯(3)的內孔；B)所述第一電流導體(1)的所述第一組件(11)和彎折的或者預彎曲的第二組件(12)相對於所述磁芯(3)以及互相相對地這樣對齊，使得它們具有彼此重疊的區域；D)所述第一電流導體(1)的所述第一組件和第二組件(11，12)在所述重疊的區域中彼此機械上固定相連。
25.根據權利要求24所述的方法，其中所述第一電流導體(1)的所述彎折的或者預彎曲的第二組件(12)通過所述磁芯(3)的所述內孔。
26.根據權利要求24或者25所述的方法，其中從所述第一組件(11)和第二組件(12)中所選的至少一組件是L形。
27.根據權利要求23至26中任一項所述的方法，其中所述第一電流導體(1)的所述第一和第二組件(11，12)固定在所述部件的殼體(4)中。
28.根據權利要求27所述的方法，其具有以下附加步驟E)第二電流導體(2)的U形第一組件(21)通過閉合磁芯(3)的所述內孔；F)所述第二電流導體(2)的至少兩次彎折的第二組件(22)通過所述磁芯(3)的所述內孔；G)所述第二電流導體(2)的所述第一和第二組件(21，22)相對於所述磁芯(3)以及互相相對地這樣對齊，使得它們具有彼此重疊的區域；H)所述第二電流導體(2)的所述第一組件和第二組件(21，22)在所述重疊的區域中彼此機械上固定相連並且固定在所述殼體(4)中。
29.根據權利要求28所述的方法，其中所述步驟A)和E)同時實施；其中所述步驟B)和F)同時實施；其中所述步驟C)和G)同時實施。
全文摘要
本發明涉及一種適於高電流的具有閉合磁芯(3)和難以彎曲的電流導體(1)的感應部件，該電流導體至少兩次穿過所述磁芯(3)的內部。該電流導體(1)優選由多個組件(11，12)組合而成，這些組件分別可容易地插穿磁芯(3)的內孔。在穿插之後，電流導體的組件(11，12)機械上彼此固定地相連，其中連接部分在磁芯(3)的內部空間外。本發明具有這樣的優點，即在為高電流所設計的感應部件中，可以在結構體積小的情況下實現高的感應係數值。
文檔編號H01F37/00GK1993782SQ200580026778
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月11日 優先權日2004年8月12日
發明者羅曼·布魯內爾, 約瑟夫·費特, 格爾德·裡德爾 申請人:愛普科斯公司