專(zhuān)利名稱(chēng)：線(xiàn)圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線(xiàn)圈。說(shuō)得更具體些，本發(fā)明涉及用于變壓器、扼流圈線(xiàn)圈、等等的那些線(xiàn)圈，它們包括一個(gè)環(huán)形鐵心和一個(gè)置于其面上的條形鐵心，并且具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中，條形鐵心上纏繞有導(dǎo)電材料，從而線(xiàn)圈只帶來(lái)很小的鐵耗，并且易于制造。
背景技術(shù)：
生產(chǎn)用于電力或電子線(xiàn)路的線(xiàn)圈的傳統(tǒng)做法是在條形、管形或環(huán)形磁性材料上纏繞諸如銅線(xiàn)等導(dǎo)電材料。除了這些線(xiàn)圈之外，近年來(lái)對(duì)于諸如高頻電路等應(yīng)用廣泛使用了在環(huán)形磁性材料上纏繞銅線(xiàn)的環(huán)形線(xiàn)圈。此外，也廣泛使用了那些使用卷繞鐵心的線(xiàn)圈，把磁性材料的薄帶相互卷繞和層疊在一起形成矩形環(huán)而得到卷繞鐵心。一般，把銅線(xiàn)纏繞在形狀為首尾銜接的鐵心(諸如環(huán)形線(xiàn)圈)上的工作很復(fù)雜，因而不能容易地使之自動(dòng)化。此外，如果鐵心的形狀和纏繞線(xiàn)圈變化很大，則難于有效地生產(chǎn)環(huán)形線(xiàn)圈，因而在提高成批生產(chǎn)率方面有限制。
此外，作這不直接把銅線(xiàn)纏繞在環(huán)形鐵心或卷繞鐵心上的一種方法可采用另一種方法，其中，把纏繞在線(xiàn)圈架上的銅線(xiàn)插入分裂成兩個(gè)部分的切割鐵心的切割部分，或者插入E形和倒E形鐵心的組合的每一端。這種方法也很復(fù)雜，因而顯示不出良好的可加工性。此外，由于這些類(lèi)型的線(xiàn)圈受線(xiàn)圈架和線(xiàn)圈的尺寸誤差的影響，因此難于把線(xiàn)圈的尺寸做得較小和使其密度較高。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了這樣的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)，它們能解決這些問(wèn)題并且可以用簡(jiǎn)單的步驟來(lái)制造線(xiàn)圈，同時(shí)還顯示出優(yōu)良的成批生產(chǎn)率、良好的經(jīng)濟(jì)性以及很小的鐵耗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可以制造出這樣的線(xiàn)圈，它能夠以高的生產(chǎn)率生產(chǎn)，并且與傳統(tǒng)的線(xiàn)圈(把銅線(xiàn)纏繞在卷繞鐵心上做成)相比，它的鐵耗很小，所用的方法是把導(dǎo)電材料纏繞在條形鐵心上，同時(shí)采用這樣的結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)環(huán)形鐵心和一個(gè)放在環(huán)形鐵心面上的條形鐵心。這導(dǎo)致了本發(fā)明。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種線(xiàn)圈，它包括一個(gè)由非晶或微晶金屬做成的環(huán)形鐵心以及在其表面上放置和固定至少一個(gè)條形鐵心，條形鐵心的長(zhǎng)度比上述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng)，在上述條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料。最佳結(jié)構(gòu)是這樣的線(xiàn)圈，它包括至少兩個(gè)上述環(huán)形鐵心，在它們的表面之間插入并固定至少一個(gè)條形鐵心，條形鐵心的長(zhǎng)度比上述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng)，導(dǎo)電材料纏繞在上述條形鐵心上。
附圖概述

圖1是本發(fā)明的線(xiàn)圈的示意圖的一個(gè)例子。
圖2是本發(fā)明的線(xiàn)圈的另一個(gè)例子的示意圖。
圖3示出本發(fā)明的線(xiàn)圈以及傳統(tǒng)的切割鐵心的磁通密度-鐵耗曲線(xiàn)。
圖4示出本發(fā)明的線(xiàn)圈的疊加電流-電感曲線(xiàn)。
1 線(xiàn)圈2 環(huán)形鐵心3 矩形環(huán)形鐵心的長(zhǎng)邊4 矩形環(huán)形鐵心的短邊5 條形鐵心6 銅線(xiàn)7 環(huán)形鐵心的非晶金屬或微晶金屬帶8 條形鐵心的磁性材料帶9 環(huán)形鐵心和條形鐵心之間的接觸區(qū)域10 空隙A 本發(fā)明的線(xiàn)圈的磁通密度-鐵耗曲線(xiàn)B 傳統(tǒng)的切割鐵心線(xiàn)圈的磁通密度-鐵耗曲線(xiàn)a 本發(fā)明的切割鐵心的疊加電流-電感曲線(xiàn)b 傳統(tǒng)的環(huán)形線(xiàn)圈的疊加電流-電感曲線(xiàn)本發(fā)明的較佳實(shí)施例下面是通過(guò)使用附圖給出的本發(fā)明的描述。圖1是本發(fā)明的線(xiàn)圈的示意圖的一個(gè)例子。在圖1中，線(xiàn)圈1包括兩個(gè)環(huán)形鐵心2、2和條形鐵心5，條形鐵心5插入并固定在上述一組環(huán)形鐵心之間，銅線(xiàn)6纏繞在條形鐵心5上。
線(xiàn)圈的環(huán)形鐵心由非晶或微晶金屬做成。以環(huán)形的形狀卷繞金屬帶7，并且層層相疊，從而形成鐵心。在本發(fā)明中，采用非晶或微晶金屬作為環(huán)形鐵心的材料。這樣做可以得到顯示出鐵耗很小的線(xiàn)圈。
非晶金屬是沒(méi)有晶格結(jié)構(gòu)的金屬，使熔化金屬驟冷可以獲得非晶金屬。作為本發(fā)明的線(xiàn)圈的卷繞鐵心的材料，最好是具有下述成分的合金，它包含作為其主要金屬成分的從Fe、Co或Ni中選出的過(guò)渡金屬，特別是Fe，以及作為其非金屬成分的B、C、P或Si，這是由于該合金的鐵耗很小而飽和磁通密度很高。
微晶金屬是軟性的微晶磁性合金材料。它的構(gòu)成方法如下。通過(guò)把包含作為基本成分的Fe、Si或B和諸如Cu、Nb、Ta、Mo和Zr等少量元素的合金熔化和驟冷，制備無(wú)晶格結(jié)構(gòu)的金屬帶，然后對(duì)該金屬帶進(jìn)行熱處理，使之形成結(jié)晶，以構(gòu)成10nm數(shù)量級(jí)的超微晶。
通常，環(huán)形鐵心的形狀是矩形環(huán)形狀，它包括長(zhǎng)邊3和短邊4，如圖1所示，但鐵心形狀也可以是圓環(huán)形狀的或橢圓形的。鐵心是用下述方法生產(chǎn)的，其中，把非晶或微晶金屬的長(zhǎng)帶卷繞在芯子上并且層層相疊。
在本發(fā)明中，線(xiàn)圈是用這樣的方法構(gòu)成的，把一個(gè)條形鐵心放在至少一個(gè)環(huán)形鐵心上，并且把導(dǎo)電材料纏繞在條形鐵心上，但是可把一個(gè)(或幾個(gè))條形鐵心插在不少于兩個(gè)環(huán)形鐵心的面之間。如圖1所示，一個(gè)條形鐵心5夾在兩個(gè)形狀相同的環(huán)形鐵心2之間，采用所述的結(jié)構(gòu)，對(duì)于給定的電流值能夠得到較大的電感。由于這個(gè)原因，這種結(jié)構(gòu)在電磁性能方面和易于制造方面是有利的。另一方面，對(duì)于線(xiàn)圈，當(dāng)電流增大時(shí)電感減小。然而，如圖2所示，由條形鐵心以層的形式放置在一個(gè)環(huán)形鐵心上獲得的那些線(xiàn)圈，在較強(qiáng)的電流下，具有電感顯示出很小的減小趨勢(shì)和保持很大的電感的效果。由于這個(gè)原因，可以合適地選擇這種結(jié)構(gòu)以滿(mǎn)足使用要求。
放置在環(huán)形鐵心上的條形鐵心的數(shù)目通常是1，但該數(shù)目也可以不小于2。
對(duì)于用作條形鐵心的磁性材料沒(méi)有特別的限制，因而用于環(huán)形鐵心的鐵氧體、坡莫合金等等以及非晶金屬、微晶金屬和硅鋼可用作上述磁性材料。
條形鐵心相對(duì)于環(huán)形鐵心的位置沒(méi)有限制，只要能夠把條形鐵心放置在環(huán)形鐵心的面上。然而，如果環(huán)形鐵心具有矩形環(huán)的形狀，則最好把條形鐵心放置在環(huán)形鐵心的中心部分，與一個(gè)環(huán)形鐵心(尤其是它的長(zhǎng)邊)平行。此外，條形鐵心的長(zhǎng)度必須比環(huán)形鐵心的內(nèi)緣長(zhǎng)度更長(zhǎng)，從而能夠把條形鐵心放置在環(huán)形鐵心上。一般，條形鐵心的長(zhǎng)度等于或略小于環(huán)形鐵心的外緣的長(zhǎng)度。
條形鐵心的形狀可以是任何不確定的形狀，但最好是矩形，并且具有與環(huán)形鐵心的有效截面積相等的有效截面積。
取決于材料的類(lèi)型，把薄板或薄塊的疊層用作條形鐵心的形式。在薄帶形式的材料(諸如非晶或微晶金屬和硅鋼)的情形中，把大量的形狀相同的薄板層疊起來(lái)?？梢园驯“寰砝@成柱形。在用層疊薄板做成條形鐵心的情形中，如果有需要，也可以把樹(shù)脂(諸如環(huán)氧樹(shù)脂)注入，以固定薄板。在鐵氧體的情形中，使用塊形鐵心。
在使用由非晶或微晶金屬做成的磁帶8的疊層構(gòu)成條形鐵心的情形中，最好通過(guò)以這樣的方式層疊磁帶以構(gòu)成條形鐵心，帶的寬度方向與環(huán)形鐵心的環(huán)面方向成直角，如圖1所示(在圖1中，帶8的寬度方向沿朝上和朝下的方向，并且與沿水平位置放置的環(huán)形鐵心的面相交。)使用這樣的環(huán)形鐵心提供了一個(gè)好處，由于不產(chǎn)生渦流，因而鐵耗很小，因?yàn)樵诃h(huán)形鐵心的邊(圖1中的長(zhǎng)邊3)處，帶8的層疊面與帶7的層疊面平行，環(huán)形鐵心的長(zhǎng)邊與條形鐵心平行，此外，構(gòu)成環(huán)形鐵心的磁帶的面不與構(gòu)成條形鐵心的磁帶接觸。
把條形鐵心放置和固定在環(huán)形鐵心的面上或者插入并固定在兩個(gè)環(huán)形鐵心的面之間。然而，在條形鐵心和環(huán)形鐵心之間的接觸區(qū)域9或者相互接觸地固定，或者在它們之間有空隙，取決于線(xiàn)圈的使用。在變壓器的情形中，使條形鐵心的面和環(huán)形鐵心的面如此接觸，例如通過(guò)把上述的面磨光而使得它們之間的空隙盡可能的小。然而，在扼流線(xiàn)圈的情形中，如圖2所示提供特定的空隙。在條形鐵心夾在兩個(gè)環(huán)形鐵心的面之間，為線(xiàn)圈設(shè)置空隙的情形中，可以把空隙設(shè)置在條形鐵心和兩個(gè)環(huán)形鐵心之間，在條形鐵心和環(huán)形鐵心相互接觸的兩端。
用導(dǎo)電材料纏繞條形鐵心，從而形成線(xiàn)圈。銅線(xiàn)是最常用的導(dǎo)電材料。按照應(yīng)用可任意地選擇匝數(shù)?？梢园褜?dǎo)電材料直接纏繞成條形鐵心的形狀。然而，條形鐵心也可以用纏繞在線(xiàn)圈架等等之上的導(dǎo)電材料來(lái)覆蓋。在本發(fā)明的任何一種情形中，由于銅線(xiàn)纏繞在條形鐵心上，能夠很容易地完成工作。此外，在本發(fā)明中，由于在條形鐵心上纏繞銅線(xiàn)而形成線(xiàn)圈，線(xiàn)圈照樣可以使用，但是，如果需要的話(huà)，也可在環(huán)形鐵心上纏繞銅線(xiàn)。
通過(guò)把環(huán)形卷繞鐵心和在其上卷繞了導(dǎo)電材料的條形鐵心加以組合，就能夠簡(jiǎn)便地制造本發(fā)明的線(xiàn)圈。由于這個(gè)原因，用本發(fā)明可以生產(chǎn)任何可選尺寸的線(xiàn)圈，并且按照所用的材料、應(yīng)用和性能要求，可以適當(dāng)?shù)剡x擇尺寸。
本發(fā)明的線(xiàn)圈不僅能容易地和經(jīng)濟(jì)地制造，并且還有鐵耗較小和能耗較低的優(yōu)點(diǎn)。
此外，對(duì)于本發(fā)明的線(xiàn)圈，在條形鐵心上纏繞銅線(xiàn)，條形鐵心放置在周?chē)沫h(huán)形鐵心框架內(nèi)。因此，線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)緊湊，因而能夠縮小包括該線(xiàn)圈的設(shè)備的尺寸。
由于具有這些特性，本發(fā)明的線(xiàn)圈可用于諸如變壓器和扼流線(xiàn)圈等應(yīng)用。當(dāng)線(xiàn)圈用作扼流器線(xiàn)圈時(shí)，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)在條形鐵心和環(huán)形鐵心之間的接觸區(qū)域處的空隙而使用它。例子例1通過(guò)把非晶金屬帶(它可從Nippon Amorphous Metals Co.，Ltd.購(gòu)得，成分為Fe(主要成分)、Ni、Si和B)在矩形的芯子上卷繞和層層相疊而制備兩個(gè)矩形的環(huán)形鐵心，其矩形內(nèi)框尺寸為60×55mm，其外框尺寸為75×70mm，高度為10mm。此外，通過(guò)層疊上述非晶金屬帶(10mm寬)制備條形鐵心，其長(zhǎng)度為80mm，寬度為30mm(沿帶的層疊方向)，高度為10mm(沿帶的寬度方向)，用銅線(xiàn)在條形鐵心上纏繞50匝，并且把這個(gè)經(jīng)卷繞的條形鐵心夾在上述兩個(gè)矩形的環(huán)形鐵心之間，其結(jié)果是形成了如圖1所示的線(xiàn)圈。
在1kHz的頻率下，用數(shù)字功率計(jì)2532(從Yokogawa Electric corporation購(gòu)得)對(duì)上述線(xiàn)圈測(cè)量鐵耗-磁通密度的關(guān)系。測(cè)量結(jié)果示于圖3的A。比較例1通過(guò)切割矩形環(huán)形鐵心的中心部分制備一個(gè)切割鐵心，矩形內(nèi)框尺寸為70×20mm，外框尺寸為105×52mm，而高度為25mm，該鐵心是通過(guò)把在例1中相同的非晶金屬帶在矩形芯子上卷繞和層疊而成。在這個(gè)鐵心上纏繞50匝銅線(xiàn)，結(jié)果制備了一個(gè)切割鐵心線(xiàn)圈。
以例1中描述的相似方式，使用切割鐵心線(xiàn)圈，測(cè)量鐵耗-磁通密度的關(guān)系。測(cè)量的結(jié)果示于圖3中的B。
從圖3能夠看出，與在切割鐵心上纏繞銅線(xiàn)得到的傳統(tǒng)的切割鐵心線(xiàn)圈相比，本發(fā)明的線(xiàn)圈顯示出較小的鐵耗和能耗。例2通過(guò)把條形鐵心放置在用于例1的矩形環(huán)形鐵心上，并且在矩形環(huán)形鐵心和條形鐵心之間的兩個(gè)接觸區(qū)域設(shè)置3mm的空隙而形成扼流器線(xiàn)圈，如圖2所示。在1kHz的頻率下，測(cè)量了該線(xiàn)圈的疊加電流和電感之間的關(guān)系，從而估算了直流疊加性質(zhì)。結(jié)果示于圖4的a。比較例2制備了一個(gè)圓形的環(huán)形鐵心，其外直徑為60mm，內(nèi)直徑為35mm，寬度為25mm，空隙為3mm，該鐵心的重量與例1制備的線(xiàn)圈的鐵心的重量大致相等。在上述圓形的環(huán)形鐵心上纏繞47匝銅線(xiàn)做成環(huán)形線(xiàn)圈，并且在1kHz的頻率下測(cè)量該線(xiàn)圈的疊加電流與電感之間的關(guān)系，從而估算其直流疊加性質(zhì)。結(jié)果示于圖4的b。
從圖4可以看出，與傳統(tǒng)的環(huán)形線(xiàn)圈相比，由于電流的增大，本發(fā)明的線(xiàn)圈的電感顯示出較小的減少。
工業(yè)應(yīng)用的可能性在本發(fā)明中，只要簡(jiǎn)便地把在其上纏繞有導(dǎo)電材料的條形鐵心插入環(huán)形卷繞鐵心，就能得到線(xiàn)圈，于是與通過(guò)在環(huán)形鐵心上纏繞銅線(xiàn)的傳統(tǒng)的線(xiàn)圈相比，本發(fā)明提供了非常容易的線(xiàn)圈制造方法。
此外，與使用傳統(tǒng)的切割鐵心相比，本發(fā)明的線(xiàn)圈顯示出較小的鐵耗，因而提供了能夠節(jié)能和由于電流增大而造成較小的電感減少的優(yōu)點(diǎn)。由于這個(gè)原因，本發(fā)明的線(xiàn)圈能夠在諸如變壓器和扼流器線(xiàn)圈等很寬的應(yīng)用范圍中使用。
權(quán)利要求書(shū)按照條約第19條的修改1.一種線(xiàn)圈，其特征在于，包括一個(gè)由非晶或微晶金屬做成的環(huán)形鐵心，在所述環(huán)形鐵心的面上放置和固定至少一個(gè)由非晶或微晶金屬做成的條形鐵心，所述條形鐵心的長(zhǎng)度比所述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng)，在所述條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料。
2.如權(quán)利要求1所述的線(xiàn)圈，其特征在于，所述條形鐵心由如此層層相疊的磁帶構(gòu)成，即，所述磁帶的寬度方向與所述環(huán)形鐵心的面方向垂直。
3.如權(quán)利要求1至2任何一條所述的線(xiàn)圈，其特征在于，所述環(huán)形鐵心是矩形的環(huán)形鐵心，所述條形鐵心的長(zhǎng)度比所述矩形環(huán)形鐵心的長(zhǎng)邊的內(nèi)緣長(zhǎng)，把所述條形鐵心放置在所述矩形環(huán)形鐵心的兩條長(zhǎng)邊的中間附近，并與所述長(zhǎng)邊平行。
4.如權(quán)利要求1至3任何一條所述的線(xiàn)圈，其特征在于，在所述環(huán)形鐵心的面和所述條形鐵心之間設(shè)置空隙。
5.一種變壓器，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1至4任何一條所述的線(xiàn)圈。
6.一種扼流線(xiàn)圈，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1至4任何一條所述的線(xiàn)圈。
權(quán)利要求
1.一種線(xiàn)圈，其特征在于，包括由非晶或微晶金屬做成的環(huán)形鐵心，在所述環(huán)形鐵心的面上放置和固定至少一個(gè)條形鐵心，所述條形鐵心的長(zhǎng)度比所述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng)，在所述條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料。
2.一種線(xiàn)圈，其特征在于，包括至少兩個(gè)由非晶或微晶金屬做成的環(huán)形鐵心，在它們的表面之間插入并固定至少一個(gè)條形鐵心，所述條形鐵心的長(zhǎng)度比所述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng)，在所述條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的線(xiàn)圈，其特征在于，所述條形鐵心由如此層層相疊的磁帶構(gòu)成，即，所述磁帶的寬度方向與所述環(huán)形鐵心的面方向垂直。
4.如權(quán)利要求1至3任何一條所述的線(xiàn)圈，其特征在于，所述環(huán)形鐵心是矩形的環(huán)形鐵心，所述條形鐵心的長(zhǎng)度比所述矩形環(huán)形鐵心的長(zhǎng)邊的內(nèi)緣長(zhǎng)，把所述條形鐵心放置在所述矩形環(huán)形鐵心的兩條長(zhǎng)邊的中間附近，并與所述長(zhǎng)邊平行。
5.如權(quán)利要求1至4任何一條所述的線(xiàn)圈，其特征在于，在所述環(huán)形鐵心的面和所述條形鐵心之間設(shè)置空隙。
6.一種變壓器，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1至5任何一條所述的線(xiàn)圈。
7.一種扼流線(xiàn)圈，其特征在于，它使用如權(quán)利要求1至5任何一條所述的線(xiàn)圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及能夠用于變壓和扼流器線(xiàn)圈的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是得到這樣的線(xiàn)圈,它顯示出較小的鐵耗,并且由于電流增大而造成的電感的減少較小。其結(jié)構(gòu)為一個(gè)線(xiàn)圈,它包括由非晶或微晶金屬做成的環(huán)形鐵心(2),如圖1所示,在環(huán)形鐵心的表面上放置和固定至少一個(gè)條形鐵心(5),條形鐵心的長(zhǎng)度比所述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng),在所述條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料(6)。特別地,其結(jié)構(gòu)為一個(gè)線(xiàn)圈,它包括至少兩個(gè)環(huán)形鐵心(2、2),在它們的表面之間插入并固定至少一個(gè)條形鐵心(3),條形鐵心的長(zhǎng)度比所述環(huán)形鐵心的內(nèi)直徑長(zhǎng),在所述的條形鐵心上纏繞導(dǎo)電材料(5)。此外,與在環(huán)形鐵心上纏繞銅線(xiàn)的傳統(tǒng)的線(xiàn)圈(諸如環(huán)形線(xiàn)圈)相比,能夠以容易得多的方法制造本發(fā)明的線(xiàn)圈。與使用切割鐵心和環(huán)形鐵心的傳統(tǒng)的線(xiàn)圈相比,本發(fā)明的線(xiàn)圈還顯示出較小的鐵耗,因此提供了能夠節(jié)能和顯示出由于電流增大而造成的電感減小較少的優(yōu)點(diǎn)。由于這個(gè)原因,本發(fā)明的線(xiàn)圈能夠在諸如變壓器和扼流器線(xiàn)圈等很寬的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。
文檔編號(hào)H01F5/00GK1231057SQ98800951
公開(kāi)日1999年10月6日 申請(qǐng)日期1998年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月11日
發(fā)明者吉森平 申請(qǐng)人:Sht有限公司