專利名稱：金屬絲芯感應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)裝置領(lǐng)域，更特別地涉及金屬絲芯感應(yīng)裝置，如變壓器、扼流器、線圈、鎮(zhèn)流器等。
背景技術(shù)：
對于低頻應(yīng)用變壓器和其它感應(yīng)裝置來講，由包括多個鋼板的磁心構(gòu)成是很正常和普遍的，這些鋼板被沖切并堆疊而形成所需要的磁心厚度。很多年來，沖壓件的厚度(因而是所需片的數(shù)量)一直是通過一組嚴(yán)格的約束-渦電流強(qiáng)度對所需片的數(shù)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，并在其自身上封閉以形成一封閉的磁路。由于磁心隨后支承電繞組，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(yīng)裝置固有地產(chǎn)生熱量，熱量必須發(fā)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，通常依賴于空氣冷卻，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(qiáng)制空氣或浸入油或其它流體中而冷卻。然后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(jìn)一步冷卻，一般用泵來強(qiáng)制流體運(yùn)動和/或用風(fēng)扇使更多的空氣穿過冷卻裝置。
當(dāng)一疊金屬板用作感應(yīng)裝置的磁心時，通常提供一個形狀如E，電繞組位于E形的中心支腿上。繞組到位之后，用一通常為I形結(jié)構(gòu)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(shù)，應(yīng)該理解，繞組必須單獨纏繞，并隨后放置在磁心上。因此繞組必須足夠大以滑到磁心上。由于電繞組在磁心上必須略微松動，這種結(jié)構(gòu)成為感應(yīng)裝置的固有噪音的原因之一。因此，當(dāng)在電繞組上施加交流電壓時，構(gòu)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(chǎn)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(yīng)裝置還固有地產(chǎn)生電磁場。這種在裝置外部的電磁場降低了效率，并對緊鄰的周邊環(huán)境產(chǎn)生了干擾。盡管這些電磁場的強(qiáng)度隨與變壓器的距離而減小，還是經(jīng)常需要對電磁場源或受影響的部件進(jìn)行屏蔽。由于現(xiàn)今電子設(shè)備中的元件制得更加靈敏，它們的封裝也更密集，對電磁干擾的敏感度也顯著增加了。為了確保這些元件的最優(yōu)性能，必須經(jīng)常以相當(dāng)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(huán)繞電磁場源提供屏蔽，以包圍電磁場并防止來自外部電磁場源的干擾。
因此，本發(fā)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(yīng)裝置，如變壓器或屏蔽變壓器。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于克服現(xiàn)有技術(shù)的局限的方法和裝置，并提供一種具有由多根金屬絲形成的磁心的改進(jìn)的感應(yīng)裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種感應(yīng)裝置，通過延長環(huán)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(fā)出的電磁場。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造感應(yīng)裝置的方法，用多根金屬絲形成磁心并提供屏蔽。
本發(fā)明的另外的目的、優(yōu)點和其它新特征部分列在下面的說明書中，部分可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在審查下列內(nèi)容后變得清楚或者通過本發(fā)明的實踐而學(xué)習(xí)到。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可通過在附屬權(quán)利要求中特別指出的手段和組合而認(rèn)識和獲得。
為了實現(xiàn)上述和其它目的、并根據(jù)如下所述的本發(fā)明的目的，提供了一種改進(jìn)的感應(yīng)裝置，磁心包括多個被捆扎形成磁心的金屬絲。電繞組或者直接纏繞在磁心上，或者單獨纏繞并滑到磁心上。
根據(jù)本發(fā)明一重要方面，形成磁心的金屬絲的端部被分散并形成在電繞組上，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(fā)出的電磁場并減少了來自外部源的電磁場的侵入?？赏ㄟ^用一橫向纏繞的金屬絲捆扎形成屏蔽的金屬絲的至少一部分而提供附加的屏蔽。
感應(yīng)裝置可包括一安裝桿，該安裝桿捆扎在形成磁心的多個金屬絲中并從此處延伸，以可支承地安裝該裝置。安裝桿可按照需要從磁心的一側(cè)或兩側(cè)延伸。另外，磁心的構(gòu)成可進(jìn)行相當(dāng)大的改變?？墒褂貌煌睆降慕饘俳z來獲得更大的磁心密度；可環(huán)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，這些管承載著用于冷卻感應(yīng)裝置的流體。冷卻管最好由非磁性和非導(dǎo)電材料制成。
在實現(xiàn)本發(fā)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(shè)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并形成一完整的磁路而屏蔽感應(yīng)裝置。
從下面的說明書中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解本發(fā)明的其它目的，其中簡單地通過圖示適于實現(xiàn)本發(fā)明的某些方式而表示和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。如將認(rèn)識到的，本發(fā)明可以有其它實施例，在不脫離本發(fā)明的前提下，可以在各種明顯方面對其一些細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。因此，附圖和說明書將被認(rèn)為實質(zhì)上是示意性的而不是限制性的。
附圖簡述引入并形成說明書一部分的附圖中示出本發(fā)明的幾個方面，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明制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(jù)本發(fā)明的屏蔽；圖3是與圖2相似的剖視圖，但示出在本發(fā)明一可替換實施例中并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(jìn)行聚集形成一捆束、用卡箍固定金屬絲并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，用于通過在一心軸上纏繞一個或多根金屬絲，并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并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(yīng)裝置磁心的可替換實施例，它包括多個用于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(yīng)裝置磁心的可替換實施例，它包括多個用于使流體從其穿過以將熱量從裝置中帶走的管。
現(xiàn)在詳細(xì)參照本發(fā)明一優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，附圖中示出其一個例子。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參照圖1，圖1中示出一改進(jìn)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(fù)載(未示出)上的引線12。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)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(fù)載上。因此這里“初級”和“二級”的指定是為了方便，應(yīng)該理解繞組是可以換向的。
如圖2中最佳地示出并根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，變壓器10的磁心16是由多根金屬絲17制成的，而不是常規(guī)的鋼板。但如通常一樣，電繞組18和19安裝在磁心16上。
用于形成磁心16的多根金屬絲17從此處向外延伸，并進(jìn)一步環(huán)繞電繞組18和19成形并包圍住電繞組18和19。該多根金屬絲17的端部會合，并由一卡箍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(jù)本發(fā)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(fā)出的電磁場，并減少了包括來自外部源的電磁干擾和/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捆扎形成屏蔽罩13的金屬絲的至少一部分而提供。優(yōu)選地，金屬絲23是一細(xì)的鐵或金屬絲，用于捆扎金屬絲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桿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，安裝桿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(dāng)然，如圖1和2所示，安裝桿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從安裝桿14懸垂下來。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)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并排設(shè)置在磁心24上，而不是如變壓器10中彼此疊置。另外，安裝桿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。
盡管安裝桿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(guī)設(shè)置中使用本發(fā)明的變壓器，其中安裝桿是不方便的。常規(guī)變壓器一般由它們的磁心結(jié)構(gòu)支承。由于本發(fā)明優(yōu)選實施例的磁心不適于提供類似的支承，可使用安裝桿14或25將變壓器固定到能夠像常規(guī)變壓器那樣安裝的一支架上。可替換地，磁心區(qū)域可以沒有螺桿，而是僅填充磁心金屬絲，安裝是由其它裝置，如外部捆扎帶固定。
用多根金屬絲形成磁心和電磁屏蔽提供了一種制造感應(yīng)裝置的有效方法。根據(jù)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、并以預(yù)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(rèn)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(jìn)行更緊密的包扎，從而改進(jìn)其磁特性。
根據(jù)目前的優(yōu)選方法，至少一個電繞組31靠近磁心29設(shè)置。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，電繞組可通過纏繞一金屬絲線圈或一心軸S而形成，用于在磁心上滑動。但根據(jù)本發(fā)明一重要方面，如圖4b中運(yùn)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(shè)置在磁心29上通過去掉現(xiàn)有技術(shù)制造方法中的步驟而提供了一種更高效、因而更經(jīng)濟(jì)的制造方法。
另一個優(yōu)點是，通過直接將電繞組31纏繞在磁心29上，電繞組31有助于將形成磁心的金屬絲緊密捆扎在一起，從而提供了若干機(jī)械和電學(xué)優(yōu)點。這些優(yōu)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示出用于形成根據(jù)本發(fā)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。由于這種類型的繞線器W可能速度非常高，最可行的是使用一單根細(xì)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(shè)置成緊密包扎。該多根金屬絲33從繞線器W上取下，以一預(yù)定長度切割，并如圖4d所示校直。通過在切割前適當(dāng)?shù)厥估p繞金屬絲34變形，端部將基本上是方形。如圖4a中所示優(yōu)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(yōu)選磁心29上定位后，優(yōu)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(yīng)裝置，該多根金屬絲28環(huán)繞電繞組從磁心29伸出，以包圍繞組并形成一完整的磁路。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。然后可使用常規(guī)裝置完全環(huán)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(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，感應(yīng)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(huán)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(jù)本發(fā)明的方法，金屬絲17最好通過清理它們的端部來制備，然后，當(dāng)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(huán)繞裝置橫向纏繞的細(xì)鐵或金屬絲結(jié)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(yīng)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(jù)本發(fā)明方法制造的裝置可用于電干擾環(huán)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(fā)明提供了一種制造感應(yīng)裝置的高效方法及高效感應(yīng)裝置。應(yīng)該注意，本發(fā)明的磁心金屬絲可由用于常規(guī)磁心的基本相同的硅和其它鋼制造。另外，拉制金屬絲的工藝制造出如目前沖壓板中出現(xiàn)的相同的所需粒狀結(jié)構(gòu)并且是沿合適的方向。本發(fā)明的金屬絲將被涂鍍而彼此電絕緣，以減少渦電流，并且將選擇金屬絲的直徑以減少渦電流。
本發(fā)明優(yōu)選實施例的前述說明已經(jīng)為了圖示和說明的目的而呈現(xiàn)出來。但它并不是窮舉的或?qū)⒈景l(fā)明限定在所公開的精確形式。根據(jù)本發(fā)明的原理可進(jìn)行明顯修改或變化。例如，圖5示出一環(huán)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制成?？梢栽O(shè)想，大金屬絲38用作結(jié)構(gòu)件，整個感應(yīng)裝置40支承在其上，而小金屬絲39提供了上述優(yōu)點。
相似地，圖6示出具有磁心41和電繞組42的感應(yīng)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最好由聚合材料制成，但也可由其它非磁性材料制成。根據(jù)本發(fā)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(shù)，如流體流經(jīng)變壓器的外部更有效。
選擇和描述該優(yōu)選實施例以提供本發(fā)明原理的最佳表示和其實際應(yīng)用，因而能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員適應(yīng)所設(shè)想的特殊應(yīng)用而利用在各種實施例中顯示的并具有不同改進(jìn)的本發(fā)明。當(dāng)根據(jù)公正、合法和合理授權(quán)的范圍進(jìn)行解釋時，所有這些修改和變化都在由附屬權(quán)利要求確定的本
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)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(huán)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(huán)繞上述至少一個電繞組延伸并連接在一起，包圍上述磁心和上述至少一個電繞組，并形成一完整磁路。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)裝置，其特征在于，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，并改進(jìn)該感應(yīng)裝置的磁特性和整體效率。
3.如權(quán)利要求2所述的感應(yīng)裝置，其特征在于，還包括一安裝桿，該安裝桿固定在上述多根金屬絲中并從中伸出，用于支承該感應(yīng)裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)裝置，其特征在于，還包括一環(huán)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(jìn)一步密封由該裝置發(fā)出的磁通量并減少來自外部源的電磁干擾和磁通量的侵入。
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(huán)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(huán)繞上述至少兩個電繞組延伸并連接在一起，包圍上述磁心和上述至少兩個電繞組，并形成一完整磁路。
6.如權(quán)利要求5所述的變壓器，其特征在于，還包括一用于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(quán)利要求5所述的變壓器，其特征在于，上述至少兩個電繞組纏繞在上述磁心上，以改進(jìn)該變壓器的磁特性和整體效率。
8.如權(quán)利要求5所述的變壓器，其特征在于，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(quán)利要求5所述的變壓器，其特征在于，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(quán)利要求7所述的變壓器，其特征在于，還包括一安裝桿，該安裝桿固定在上述多根金屬絲中并從中伸出，用于支承該變壓器。
11.如權(quán)利要求6所述的變壓器，其特征在于，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，用于承載從變壓器中排出熱量的流體。
12.一種用于制造感應(yīng)裝置的方法，包括下列步驟形成一由多根金屬絲制成的磁心；沿上述磁心的長度設(shè)置至少一個電繞組。
13.如權(quán)利要求12所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，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并形成一完整磁路而屏蔽該感應(yīng)裝置。
14.如權(quán)利要求12所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，形成步驟包括聚集第一組金屬絲；及將上述第一組金屬絲捆扎成由基本平行金屬絲組成的捆束。
15.如權(quán)利要求14所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，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(quán)利要求14所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，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(jìn)行混合，以提高上述磁心的密度。
17.如權(quán)利要求14所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，沿上述磁心長度設(shè)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(quán)利要求16所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，沿上述磁心長度設(shè)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(quán)利要求16所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，沿上述磁心長度設(shè)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(quán)利要求13所述的制造感應(yīng)裝置的方法，其特征在于，上述屏蔽步驟包括環(huán)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(yīng)裝置(10)的磁心由多根穿過感應(yīng)裝置(10)延伸并在電繞組(18,19)之外的金屬絲(17)形成。金屬絲(17)的端部環(huán)繞電繞組(18,19)形成、會合、并連接在一起,包圍磁心(16)和繞組(18,19)并形成一完整磁路。感應(yīng)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(yīng)裝置。電繞組(18,19)可直接纏繞在金屬絲磁心(16)上,或者單獨成形然后放置在磁心(16)上?？蓪⒁话惭b桿(14)等捆扎在磁心(16)中并用作感應(yīng)裝置(10)的安裝桿;可將冷卻管(43)和/或大棒(38)插入磁心中用于支承。
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(yōu)先權(quán)日1998年11月30日
發(fā)明者哈里·R·巴斯韋爾 申請人:哈里·R·巴斯韋爾