金屬絲芯感應裝置的製作方法
2023-10-19 23:33:37
專利名稱：金屬絲芯感應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及感應裝置領域，更特別地涉及金屬絲芯感應裝置，如變壓器、扼流器、線圈、鎮流器等。
背景技術：
對於低頻應用變壓器和其它感應裝置來講，由包括多個鋼板的磁心構成是很正常和普遍的，這些鋼板被衝切並堆疊而形成所需要的磁心厚度。很多年來，衝壓件的厚度(因而是所需片的數量)一直是通過一組嚴格的約束-渦電流強度對所需片的數量來決定的。為此，在具有所選擇厚度的各片上鍍氧化物、上漆、或者彼此電絕緣，從而減小磁心中的渦電流或使之最小。
變壓器等的磁心一般穿過電繞組的中心，並在其自身上封閉以形成一封閉的磁路。由於磁心隨後支承電繞組，磁心用作變壓器的支承件是很自然的。也就是說，將磁心安裝到一容器或底板上以支承變壓器。
變壓器和其它感應裝置固有地產生熱量，熱量必須發散出去，否則裝置的功率特性將改變。如果變壓器或其它裝置變得過熱，電繞組可能會短路和燒毀。在小裝置中，通常依賴於空氣冷卻，有時用金屬翼片/散熱片等來輔助散熱。在大裝置中，繞組和磁心可通過強制空氣或浸入油或其它流體中而冷卻。然後可使用容器上的翼片、散熱器管，或二者一起使用，從而對流使加熱的流體移動穿過冷卻翼片或管。如果需要進一步冷卻，一般用泵來強制流體運動和/或用風扇使更多的空氣穿過冷卻裝置。
當一疊金屬板用作感應裝置的磁心時，通常提供一個形狀如E，電繞組位於E形的中心支腿上。繞組到位之後，用一通常為I形結構的另外一疊板連接該E形的端部，從而使磁路完整。使用這種技術，應該理解，繞組必須單獨纏繞，並隨後放置在磁心上。因此繞組必須足夠大以滑到磁心上。由於電繞組在磁心上必須略微鬆動，這種結構成為感應裝置的固有噪音的原因之一。因此，當在電繞組上施加交流電壓時，構成磁心的鋼板將隨著交變磁場振動或與分諧波一致地振動。電元件與磁元件之間產生的任何間隙或空間也降低了耦合和動作效率。
變壓器和其它感應裝置還固有地產生電磁場。這種在裝置外部的電磁場降低了效率，並對緊鄰的周邊環境產生了幹擾。儘管這些電磁場的強度隨與變壓器的距離而減小，還是經常需要對電磁場源或受影響的部件進行屏蔽。由於現今電子設備中的元件製得更加靈敏，它們的封裝也更密集，對電磁幹擾的敏感度也顯著增加了。為了確保這些元件的最優性能，必須經常以相當大的成本將雜散的電磁場降到最小。如上所述，將這些磁場降到最小的一種方式是環繞電磁場源提供屏蔽，以包圍電磁場並防止來自外部電磁場源的幹擾。
因此，本發明的一個重要方面是以一高效和低成本方式提供一種金屬絲芯感應裝置，如變壓器或屏蔽變壓器。
本發明概述因此，本發明的一個目的是提供一種用於克服現有技術的局限的方法和裝置，並提供一種具有由多根金屬絲形成的磁心的改進的感應裝置。
本發明的另一個目的是提供一種感應裝置，通過延長環繞電繞組及磁心形成磁心的金屬絲而基本上包圍住由該裝置發出的電磁場。
本發明的另一個目的是提供一種製造感應裝置的方法，用多根金屬絲形成磁心並提供屏蔽。
本發明的另外的目的、優點和其它新特徵部分列在下面的說明書中，部分可由本領域技術人員在審查下列內容後變得清楚或者通過本發明的實踐而學習到。本發明的目的和優點可通過在附屬權利要求中特別指出的手段和組合而認識和獲得。
為了實現上述和其它目的、並根據如下所述的本發明的目的，提供了一種改進的感應裝置，磁心包括多個被綑紮形成磁心的金屬絲。電繞組或者直接纏繞在磁心上，或者單獨纏繞並滑到磁心上。
根據本發明一重要方面，形成磁心的金屬絲的端部被分散並形成在電繞組上，金屬絲的兩端會合以形成一完整的磁路。一卡箍或其它連接裝置將金屬絲的端部固定在一起。有利地，以這種方式形成的金屬絲包圍電繞組和磁心以提供一種屏蔽，該屏蔽基本上密封住了由該裝置發出的電磁場並減少了來自外部源的電磁場的侵入。可通過用一橫向纏繞的金屬絲綑紮形成屏蔽的金屬絲的至少一部分而提供附加的屏蔽。
感應裝置可包括一安裝杆，該安裝杆綑紮在形成磁心的多個金屬絲中並從此處延伸，以可支承地安裝該裝置。安裝杆可按照需要從磁心的一側或兩側延伸。另外，磁心的構成可進行相當大的改變。可使用不同直徑的金屬絲來獲得更大的磁心密度；可環繞磁心分布若干大金屬絲以提供剛度；可在磁心中加入一個或多個管，這些管承載著用於冷卻感應裝置的流體。冷卻管最好由非磁性和非導電材料製成。
在實現本發明方法的過程中，形成磁心的步驟包括由多個金屬絲形成一磁心，沿形成的磁心的長度設置至少一個電繞組，通過在該至少一個電繞組上形成磁心金屬絲來包圍繞組並形成一完整的磁路而屏蔽感應裝置。
從下面的說明書中，本領域技術人員將了解本發明的其它目的，其中簡單地通過圖示適於實現本發明的某些方式而表示和描述了本發明的優選實施例。如將認識到的，本發明可以有其它實施例，在不脫離本發明的前提下，可以在各種明顯方面對其一些細節進行修改。因此，附圖和說明書將被認為實質上是示意性的而不是限制性的。
附圖簡述引入並形成說明書一部分的附圖中示出本發明的幾個方面，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。附圖中
圖1是根據本發明製造的一變壓器的立體圖；圖2是變壓器的剖視圖，示出形成在一金屬絲磁心上的電繞組，金屬絲包圍電繞組和磁心以提供根據本發明的屏蔽；圖3是與圖2相似的剖視圖，但示出在本發明一可替換實施例中並排形成在磁心上的電繞組；圖4a示出通過對從一筒架拉出的多根金屬絲進行聚集形成一捆束、用卡箍固定金屬絲並切斷捆束金屬絲而形成磁心的步驟；圖4b示出在磁心上直接形成電繞組的步驟；圖4c和4d示出一替換方法，用於通過在一心軸上纏繞一個或多根金屬絲，並切斷纏繞的金屬絲而形成磁心；圖4e示出通過在電繞組上形成多個磁心金屬絲以包圍繞組並形成一完整的磁路而屏蔽變壓器的步驟；
圖5是一頂部剖視圖，示出一感應裝置磁心的可替換實施例，它包括多個用於支承該裝置的大直徑金屬絲；及圖6是一頂部剖視圖，示出一感應裝置磁心的可替換實施例，它包括多個用於使流體從其穿過以將熱量從裝置中帶走的管。
現在詳細參照本發明一優選實施例對本發明進行描述，附圖中示出其一個例子。
優選實施例的詳細描述現在參照圖1，圖1中示出一改進的變壓器10，該變壓器10具有將一電源(未示出)連接到變壓器10的初級繞組上的引線11，和將二級繞組連接到一負載(未示出)上的引線12。本領域技術人員將認識到，初級繞組和二級繞組的指定是任意的，可以用引線12連接到初級繞組上，將引線11連接到負載上。因此這裡「初級」和「二級」的指定是為了方便，應該理解繞組是可以換向的。
如圖2中最佳地示出並根據本發明的一個重要方面，變壓器10的磁心16是由多根金屬絲17製成的，而不是常規的鋼板。但如通常一樣，電繞組18和19安裝在磁心16上。
用於形成磁心16的多根金屬絲17從此處向外延伸，並進一步環繞電繞組18和19成形並包圍住電繞組18和19。該多根金屬絲17的端部會合，並由一卡箍15固定在一起，形成一完整磁路。引線11和12在多根金屬絲17之間穿過而分別連接電繞組18和19。
根據本發明的另一重要方面，金屬絲17形成一屏蔽罩13，該屏蔽罩13基本上包圍了由變壓器10發出的電磁場，並減少了包括來自外部源的電磁幹擾和/或磁通量的電磁場的侵入。另外的屏蔽可如圖3所示通過用一橫向纏繞的金屬絲23綑紮形成屏蔽罩13的金屬絲的至少一部分而提供。優選地，金屬絲23是一細的鐵或金屬絲，用於綑紮金屬絲17的端部，從而代替卡箍15或至少一部分屏蔽罩13。
一最好是帶螺紋的安裝杆14從變壓器10的底部伸出，為變壓器10提供一方便的安裝裝置。在磁心16中央，安裝杆14簡單地通過埋入形成磁心16的多根金屬絲17中而固定到位。當然，如圖1和2所示，安裝杆14可從下面支承變壓器10，或者可替換地從變壓器10頂部伸出，變壓器10從安裝杆14懸垂下來。
如圖3所示，根據本發明的變壓器的一可替換實施例20與變壓器10相似，但電繞組21和22並排設置在磁心24上，而不是如變壓器10中彼此疊置。另外，安裝杆25從變壓器20的頂部和底部伸出。必要地，變壓器20可從頂部或底部，或從頂部和底部安裝。
儘管安裝杆的使用提供了一種安裝變壓器的方便的方式，但人們可能希望在一常規設置中使用本發明的變壓器，其中安裝杆是不方便的。常規變壓器一般由它們的磁心結構支承。由於本發明優選實施例的磁心不適於提供類似的支承，可使用安裝杆14或25將變壓器固定到能夠像常規變壓器那樣安裝的一支架上。可替換地，磁心區域可以沒有螺杆，而是僅填充磁心金屬絲，安裝是由其它裝置，如外部綑紮帶固定。
用多根金屬絲形成磁心和電磁屏蔽提供了一種製造感應裝置的有效方法。根據該方法，圖4a示出通過聚集從一筒架拉出的多根金屬絲27形成一捆束28、並以預定長度切斷捆束而形成一磁心29的步驟。形成的磁心29由卡箍30等固定在一起。將認識到，從筒架拉出的多根金屬絲27可全部是相同直徑或者是不同直徑的組合。如上所述，不同直徑金屬絲的使用使得可對磁心29進行更緊密的包紮，從而改進其磁特性。
根據目前的優選方法，至少一個電繞組31靠近磁心29設置。根據現有技術，電繞組可通過纏繞一金屬絲線圈或一心軸S而形成，用於在磁心上滑動。但根據本發明一重要方面，如圖4b中運動箭頭A所示，電繞組31直接纏繞在磁心29上。有利地，將電繞組直接設置在磁心29上通過去掉現有技術製造方法中的步驟而提供了一種更高效、因而更經濟的製造方法。
另一個優點是，通過直接將電繞組31纏繞在磁心29上，電繞組31有助於將形成磁心的金屬絲緊密綑紮在一起，從而提供了若干機械和電學優點。這些優點包括磁電耦合更緊密以及來自磁心的振動噪音減小。
圖4c示出用於形成根據本發明的磁心的一可替換的方法。在該替換方法中，磁心32是通過向一繞線器W輸送一根或多根金屬絲33而形成的。由於這種類型的繞線器W可能速度非常高，最可行的是使用一單根細金屬絲來形成磁心32。但也可以使用具有不同直徑的多種金屬絲，金屬絲的幾何尺寸確定為和設置成緊密包紮。該多根金屬絲33從繞線器W上取下，以一預定長度切割，並如圖4d所示校直。通過在切割前適當地使纏繞金屬絲34變形，端部將基本上是方形。如圖4a中所示優選方法中那樣，卡箍30等將多根金屬絲33固定在一起，從而形成磁心32。
電繞組35在優選磁心29上定位後，優選方法中的下一步驟是通過形成多根金屬絲28而屏蔽該感應裝置，該多根金屬絲28環繞電繞組從磁心29伸出，以包圍繞組並形成一完整的磁路。圖4e示出形成該多根金屬絲28的一種方式，例如通過使用一對圓錐體C將金屬絲基本徑向散開。然後可使用常規裝置完全環繞電繞組35形成金屬絲28，以形成大致如圖1所示的屏蔽罩。
本領域技術人員將認識到，感應裝置的磁心最好形成一完整的磁路。如圖1和2中最佳示出的，環繞電繞組18和19形成多個從磁心16伸出的金屬絲17使金屬絲的端部會合。根據本發明的方法，金屬絲17最好通過清理它們的端部來製備，然後，當金屬絲的端部會合時，它們由卡箍15或其它連接裝置固定在一起。可替換地，卡箍15可與一環繞裝置橫向纏繞的細鐵或金屬絲結合使用或由其代替。
除提供所需的完整磁路之外，將看到整個感應裝置，如變壓器10，因而被形成屏蔽罩13的金屬絲17覆蓋。因此根據本發明方法製造的裝置可用於電幹擾環境，而不會不利地影響周邊元件或者被周邊元件不利地影響。
因此將理解，本發明提供了一種製造感應裝置的高效方法及高效感應裝置。應該注意，本發明的磁心金屬絲可由用於常規磁心的基本相同的矽和其它鋼製造。另外，拉制金屬絲的工藝製造出如目前衝壓板中出現的相同的所需粒狀結構並且是沿合適的方向。本發明的金屬絲將被塗鍍而彼此電絕緣，以減少渦電流，並且將選擇金屬絲的直徑以減少渦電流。
本發明優選實施例的前述說明已經為了圖示和說明的目的而呈現出來。但它並不是窮舉的或將本發明限定在所公開的精確形式。根據本發明的原理可進行明顯修改或變化。例如，圖5示出一環繞有電繞組37的磁心36。磁心36由四個大金屬絲或棒38及多個小金屬絲39製成。可以設想，大金屬絲38用作結構件，整個感應裝置40支承在其上，而小金屬絲39提供了上述優點。
相似地，圖6示出具有磁心41和電繞組42的感應裝置等。該磁心41由多個從其穿過的管43及多個小金屬絲44形成。管43最好由聚合材料製成，但也可由其它非磁性材料製成。根據本發明的一個方面，管43提供了磁心41的直接冷卻，這比二次冷卻技術，如流體流經變壓器的外部更有效。
選擇和描述該優選實施例以提供本發明原理的最佳表示和其實際應用，因而能夠使本領域技術人員適應所設想的特殊應用而利用在各種實施例中顯示的並具有不同改進的本發明。當根據公正、合法和合理授權的範圍進行解釋時，所有這些修改和變化都在由附屬權利要求確定的本
權利要求
1.一種感應裝置，包括一由多根金屬絲形成的磁心，上述金屬絲分別具有第一和第二端部；至少一個環繞上述磁心的電繞組；其中，上述多根金屬絲的上述第一和第二端部環繞上述至少一個電繞組延伸並連接在一起，包圍上述磁心和上述至少一個電繞組，並形成一完整磁路。
2.如權利要求1所述的感應裝置，其特徵在於，形成上述磁心的所述多根金屬絲包括具有不同直徑的金屬絲，以提高上述磁心的密度，並改進該感應裝置的磁特性和整體效率。
3.如權利要求2所述的感應裝置，其特徵在於，還包括一安裝杆，該安裝杆固定在上述多根金屬絲中並從中伸出，用於支承該感應裝置。
4.如權利要求1所述的感應裝置，其特徵在於，還包括一環繞上述多根金屬絲的至少上述第一和第二端部橫向纏繞的金屬絲，以進一步密封由該裝置發出的磁通量並減少來自外部源的電磁幹擾和磁通量的侵入。
5.一種變壓器，包括一由多根金屬絲形成的磁心，上述金屬絲分別具有第一和第二端部；至少兩個環繞上述磁心的電繞組；其中，上述多根金屬絲的上述第一和第二端部環繞上述至少兩個電繞組延伸並連接在一起，包圍上述磁心和上述至少兩個電繞組，並形成一完整磁路。
6.如權利要求5所述的變壓器，其特徵在於，還包括一用於將上述多根金屬絲的上述第一和第二端部固定在一起的卡箍。
7.如權利要求5所述的變壓器，其特徵在於，上述至少兩個電繞組纏繞在上述磁心上，以改進該變壓器的磁特性和整體效率。
8.如權利要求5所述的變壓器，其特徵在於，上述至少兩個電繞組包括初級和二級繞組；上述初級繞組直接纏繞在上述磁心上；及上述二級繞組纏繞在上述初級繞組上。
9.如權利要求5所述的變壓器，其特徵在於，上述至少兩個電繞組包括初級和二級繞組；上述初級繞組直接纏繞在上述磁心上；及上述二級繞組也直接纏繞在上述初級繞組旁邊的上述磁心上。
10.如權利要求7所述的變壓器，其特徵在於，還包括一安裝杆，該安裝杆固定在上述多根金屬絲中並從中伸出，用於支承該變壓器。
11.如權利要求6所述的變壓器，其特徵在於，還包括至少一個非磁性管，非磁性管延伸穿過上述多根金屬絲，用於承載從變壓器中排出熱量的流體。
12.一種用於製造感應裝置的方法，包括下列步驟形成一由多根金屬絲製成的磁心；沿上述磁心的長度設置至少一個電繞組。
13.如權利要求12所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，還包括下列步驟，通過在上述電繞組上形成上述多根金屬絲以包圍上述繞組並形成一完整磁路而屏蔽該感應裝置。
14.如權利要求12所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，形成步驟包括聚集第一組金屬絲；及將上述第一組金屬絲綑紮成由基本平行金屬絲組成的捆束。
15.如權利要求14所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，聚集步驟包括從一筒架中拉出多根金屬絲以形成上述捆束；及從上述筒架上切斷上述多根金屬絲。
16.如權利要求14所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，形成步驟還包括下列步驟，將具有第一直徑A的第二組金屬絲與上述具有不同的第二直徑B的第一組金屬絲進行混合，以提高上述磁心的密度。
17.如權利要求14所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，沿上述磁心長度設置上述至少一個電繞組的步驟包括直接將一第一電繞組纏繞在上述磁心上。
18.如權利要求16所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，沿上述磁心長度設置上述至少一個電繞組的步驟包括將一第二電繞組纏繞在上述第一電繞組上。
19.如權利要求16所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，沿上述磁心長度設置上述至少一個電繞組的步驟包括將一第二電繞組直接纏繞在鄰近上述第一電繞組的上述磁心上。
20.如權利要求13所述的製造感應裝置的方法，其特徵在於，上述屏蔽步驟包括環繞上述形成的多根金屬絲的至少一部分纏繞一金屬絲。
全文摘要
感應裝置(10)的磁心由多根穿過感應裝置(10)延伸並在電繞組(18,19)之外的金屬絲(17)形成。金屬絲(17)的端部環繞電繞組(18,19)形成、會合、並連接在一起,包圍磁心(16)和繞組(18,19)並形成一完整磁路。感應裝置(10)可以是具有兩個或多個繞組的變壓器、只有一個繞組的扼流器、或者其它感應裝置。電繞組(18,19)可直接纏繞在金屬絲磁心(16)上,或者單獨成形然後放置在磁心(16)上。可將一安裝杆(14)等綑紮在磁心(16)中並用作感應裝置(10)的安裝杆;可將冷卻管(43)和/或大棒(38)插入磁心中用於支承。
文檔編號H01F41/00GK1357147SQ99813803
公開日2002年7月3日 申請日期1999年11月29日 優先權日1998年11月30日
發明者哈裡·R·巴斯韋爾 申請人:哈裡·R·巴斯韋爾