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用于磁感應(yīng)裝置的三相磁芯及其制造方法

文檔序號:7037366閱讀:138來源:國知局
用于磁感應(yīng)裝置的三相磁芯及其制造方法
【專利摘要】公開了用于磁感應(yīng)裝置(例如,變壓器、線圈、扼流圈)的三相磁芯,和用于制造它們的方法。所述磁芯通常由三個(gè)總體矩形狀磁芯構(gòu)造,磁芯具有沿所述框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造。所述框架被設(shè)置成形成三角棱柱結(jié)構(gòu),以使局部相鄰框架的側(cè)部均勻地接合,以形成可以放置三相磁感應(yīng)裝置的線圈的三個(gè)磁芯柱。
【專利說明】用于磁感應(yīng)裝置的三相磁芯及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及三相磁感應(yīng)裝置,在這種裝置中使用的磁路芯,以及用于制造它們的 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁感應(yīng)裝置(例如,電力變壓器、扼流圈等)被設(shè)計(jì)成,基于互感效應(yīng)而在感應(yīng)耦 合的纏繞導(dǎo)體(線圈)之間傳遞電能。例如,在電力變壓器中,提供給感應(yīng)耦合至變壓器鐵 芯的一次繞組的交流電流在該鐵芯中產(chǎn)生磁通量,其在耦合至該變壓器鐵芯的二次繞組中 感應(yīng)出電動力(EMF)或電壓。
[0003] 三相變壓器通常包括磁芯回路和感應(yīng)耦合至該磁芯回路的三個(gè)線圈模塊。每一個(gè) 線圈模塊通常由一次繞組和二次繞組構(gòu)造。目前發(fā)展水平的三相電力變壓器通常利用所謂 的"E+1"磁芯構(gòu)造(其中,將線圈安裝在磁芯的"E"狀框架的三個(gè)芯柱上,此后,用該磁芯 的"1"狀軛部封閉)。該"E+1"磁芯構(gòu)造提供了一種平坦磁芯結(jié)構(gòu),其包括按單一平面以幾 何方式設(shè)置幾個(gè)互連磁芯軛和柱狀部件。
[0004] 例如,美國專利No. 6668444公開了一種具有由非晶態(tài)金屬帶制成的平坦磁芯構(gòu) 造的三相變壓器。該平坦磁芯構(gòu)造利用"階梯狀"接頭,其被設(shè)計(jì)成易于開啟該磁芯柱以將 線圈放置在其上,此后將該接頭封閉,由此封閉磁芯回路。然而,該制造技術(shù)提供了這樣一 種平坦磁芯結(jié)構(gòu),即,其對于磁通量分配來說效率不高、需要技術(shù)復(fù)雜的磁路封閉,而且導(dǎo) 致重量相當(dāng)大的磁芯。具體來說,無法解決這些平坦變壓器構(gòu)造的這種平坦磁芯結(jié)構(gòu)中的 不對稱磁通量分布問題。
[0005] 針對平坦三相變壓器構(gòu)造的可能另選例是,三角型磁芯磁系統(tǒng)。例如,美國專利 No. 6683524公開了一種具有三角(德爾塔,delta)結(jié)構(gòu)的三相變壓器。在該解決方案中, 變壓器鐵芯由三個(gè)框架制成,每個(gè)框架包括由寬度恒定的磁性材料帶纏繞的幾個(gè)環(huán)。這些 框架被裝配成磁芯,以使形成具有在角部之間延伸的垂直芯柱的兩個(gè)三角形軛狀結(jié)構(gòu),其 中,該芯柱由一個(gè)相對于另一個(gè)滑動、偏移或傾斜的纏繞環(huán)形成。這種構(gòu)造提供了具有多邊 形截面形狀的變壓器芯柱,然而,其在制造上非常復(fù)雜,而且其結(jié)構(gòu)性構(gòu)造增加了磁損耗。
[0006] 美國專利公報(bào)No. 2010/0194515描述了一種由三個(gè)框架構(gòu)造的三角形三相變壓 器,這些框架被裝配以構(gòu)造六角形芯柱(還已知為"hexaformer"),其采用利用偏移纏繞技 術(shù)獲得的錐狀環(huán)結(jié)構(gòu)。在該申請中,提出了制造部分由纏繞非晶態(tài)帶且部分由鐵芯硅鋼制 成的磁芯,其因這些材料具有不同厚度、不同機(jī)械強(qiáng)度并且在纏繞期間需要不同的工作張 力而極其困難。因此,這樣構(gòu)造的框架不提供高的繞組密度,而這是磁系統(tǒng)的主要參數(shù)之 一。而且,與非晶態(tài)材料相比,使用這種混合磁芯框架因鐵芯硅鋼中的增加的磁損耗而增加 了負(fù)載損耗。該公報(bào)還提出了以機(jī)械方式蝕刻磁芯框架,這是非常有問題的,因?yàn)樗韫ぷ?量根據(jù)框架中使用的鐵芯硅鋼的量來確定。而且,非晶態(tài)帶和鐵芯硅鋼因這些力而同時(shí)位 移趨于使非晶態(tài)金屬帶斷裂,而其將導(dǎo)致非負(fù)載電流增加。
[0007] 歐洲專利公報(bào)No.EP 2395521公開了一種用于制造由非晶態(tài)金屬帶制成的三角 形變壓器鐵芯的方法,其中,由磁芯制成的芯柱按三角形構(gòu)造設(shè)置,其中,該磁芯柱的截面 具有圓形或多邊形形狀。為了獲得該芯柱的所需截面形狀,磁芯框架由連續(xù)纏繞帶層構(gòu)造, 其中,借助于激光切割根據(jù)磁芯柱的相應(yīng)層來調(diào)節(jié)該帶的寬度。然而,典型地在這樣激光切 割非晶態(tài)帶期間形成的熔化材料導(dǎo)致沿切割邊緣形成帶材料的僵硬熔滴,其在纏繞期間造 成磁性帶層之間的間隙。另外,這種僵硬溶滴還在磁系統(tǒng)操作期間創(chuàng)建了發(fā)生短路的條件。 應(yīng)注意到,這種制造具有可變截面的磁芯的方法實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜且有問題。
[0008]美國專利No· 680%2〇公開了具有由三個(gè)框架裝配的三角籠鐵芯結(jié)構(gòu)的三相變壓 器。該三框架裝配件形成了由三個(gè)芯柱連接了角部的三角形軛狀結(jié)構(gòu),其中,該磁芯框架由 多個(gè)帶纏繞成,每個(gè)帶相對于相鄰帶偏移,以獲得該框架的長斜方形截面。該磁芯由交錯(cuò)環(huán) 結(jié)構(gòu)制成,該交錯(cuò)環(huán)結(jié)構(gòu)由磁性材料線或帶制成,其中,每個(gè)環(huán)組成兩個(gè)芯柱的一部分。然 而,該專利中提出的交錯(cuò)環(huán)結(jié)構(gòu)需要非常復(fù)雜的生產(chǎn)技術(shù),特別是制造電力變壓器時(shí)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明總體上涉及用于磁感應(yīng)裝置(例如,變壓器、扼流圈)的三相磁芯,其包括 三個(gè)總體矩形磁芯框架,即,具有側(cè)部和軛部。該框架按大致三角棱柱(五面體)構(gòu)造設(shè)置, 每個(gè)框架沿側(cè)部的內(nèi)表面和外表面中的任一個(gè)或兩個(gè)具有階梯狀構(gòu)造。兩個(gè)局部相鄰框架 的側(cè)部接合以形成其上可以放置線圈的芯柱。由此,整個(gè)磁芯具有由均勻接合的相鄰框架 形成的三個(gè)芯柱,其上可以放置三相磁感應(yīng)裝置的三個(gè)線圈。
[0010] 該磁芯框架通常具有空間形狀。如上所示,該框架的側(cè)部的內(nèi)表面和外表面中的 任一個(gè)可以具有形成相應(yīng)突出面(例如,內(nèi)面)的階梯狀構(gòu)造,而另一表面可以具有類似構(gòu) 造(外面),或者可以是平坦或彎曲的,或者按照設(shè)計(jì)需求的任何其它合適形狀。該磁芯通 常由一個(gè)緊接著另一個(gè)(g卩,局部相鄰)相鄰定位的三個(gè)這種磁芯框架裝配而成,以使局部 相鄰框架的階梯狀側(cè)部均勻接合,以形成該磁芯柱。
[0011]限定沿框架側(cè)部的階梯狀突出面的上述構(gòu)造在相鄰框架之間提供了緊密且均勻 的接合(即,沿磁芯的柱部)。該構(gòu)造還提供了芯柱的外表面(由框架的接合側(cè)部限定的) 的幾何結(jié)構(gòu)/形狀(例如,圓形或多邊形)與要放置在磁芯柱上的對應(yīng)線圈的內(nèi)表面的幾 何結(jié)構(gòu)/形狀之間的最佳匹配。這提供了柱部的磁性材料沿其承載/面對線圈的區(qū)域的最 佳(最大)截面占用率,由此,改進(jìn)了效率和各種磁芯特性,如減小幾何尺寸,和減少磁芯材 料量和重量等。
[0012] 例如,在一些實(shí)施方式中,階梯狀構(gòu)造利用具有大約30°的斜度的梯階布置/排 列,并且框架相對于彼此以60°角取向,由此形成多邊形形狀(例如,三角棱柱五面體), 即,其中,通過軛部限定上/下底座的等邊三角形幾何結(jié)構(gòu)。
[0013] 這些磁芯框架中的一個(gè)或更多個(gè)可以由用磁性帶制成的多個(gè)多層環(huán)來制造。該磁 芯框架可以由寬度不同的多個(gè)磁性帶形成,每個(gè)帶被纏繞以形成多層環(huán),其中,該纏繞環(huán)以 一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞,以形成階梯狀面。另選的是,該多層環(huán)可以單獨(dú)地制備,每個(gè) 由纏繞磁性帶制成,并且該磁芯框架可以通過一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置這些 環(huán)來制備,以形成磁芯框架的希望的階梯狀構(gòu)造。
[0014] 在一些實(shí)施方式中,該磁芯框架通過連續(xù)纏繞磁性材料帶,以形成以一個(gè)在另一 個(gè)上的方式設(shè)置的多層環(huán)來構(gòu)造,針對連續(xù)多層環(huán)來說,利用具有連續(xù)減少或增加寬度的 磁性材料帶。例如,每個(gè)多層環(huán)可以通過纏繞具有預(yù)定長度和寬度的磁性帶來制備,并且每 個(gè)帶的帶匝以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式大致對準(zhǔn),由此,形成階梯狀構(gòu)造的單一梯階,所 述梯階具有根據(jù)帶匝的數(shù)量限定的梯階厚度。這樣,這些環(huán)的磁性帶可以按它們的厚度的 降序以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞,由此獲得該框架的至少內(nèi)面的希望的階梯狀構(gòu)造。因 此,在這個(gè)示例中,最內(nèi)側(cè)多層環(huán)由具有最大寬度的帶纏繞,而最外側(cè)多層環(huán)由具有最小寬 度的帶纏繞。
[0015] 在一些實(shí)施方式中,該磁芯框架通過按帶寬度的升序,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式 連續(xù)纏繞至少一些磁性材料帶,并接著按它們的寬度的降序,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式在 其上纏繞至少一些其它磁性材料帶來構(gòu)造。這樣,磁芯框架的柱部可以被設(shè)置成在該框架 的一個(gè)面(內(nèi)面)上采取階梯狀構(gòu)造,而在該框架的另一面(外面)上采用彎曲截面形狀。 該框架的柱部的這種構(gòu)造提供了一種通過接合框架的階梯狀側(cè)部而獲得的磁芯柱的彎曲 截面形狀(例如,限定磁芯柱的截面的曲線在形狀上為圓形),以構(gòu)造三角棱柱磁芯結(jié)構(gòu)。
[0016] 另選的是,一個(gè)或更多個(gè)磁芯框架可以由多個(gè)多層環(huán)裝配,這些環(huán)中的每個(gè)由分 離纏繞的磁性材料帶制造,以生成具有預(yù)定環(huán)寬度(例如,根據(jù)該環(huán)中的匝數(shù)限定)和預(yù)定 中心開孔的多層環(huán)。每個(gè)多層環(huán)可以由具有預(yù)定長度和寬度的磁性帶制備,其中,該環(huán)(梯 階)的厚度根據(jù)帶寬度限定,并且每個(gè)環(huán)的匝以一個(gè)在另一個(gè)上的方式對準(zhǔn),由此獲得大 致平坦的環(huán)面。在這種實(shí)現(xiàn)中,這些多層環(huán)相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的 方式同軸地疊置(即,在鄰接關(guān)系上具有相鄰環(huán)的平坦面),由此獲得該框架的至少一個(gè)面 (內(nèi)面)的希望的階梯狀構(gòu)造,同時(shí)根據(jù)所疊置環(huán)的中心開孔的同軸布置限定中心窗口。這 些框架的中心開孔的尺寸可以被調(diào)節(jié)成,容納三相磁感應(yīng)裝置的線圈,其要被放置在通過 該框架構(gòu)造的磁芯的芯柱上。
[0017] 例如,在可能實(shí)施方式中,這些多層環(huán)可以按它們的環(huán)寬度的降序以一個(gè)在另一 個(gè)頂部上的方式疊置,由此獲得沿該框架的內(nèi)面的希望的階梯狀構(gòu)造。在這種情況下,最下 側(cè)多層環(huán)(例如,處于框架的外面處)是具有最大環(huán)寬度的環(huán),而最上側(cè)環(huán)是具有最小環(huán)寬 度的環(huán)(例如,處于框架的內(nèi)面)。
[0018] 該磁性材料帶被優(yōu)選地纏繞以形成矩形環(huán)狀結(jié)構(gòu),使得在每個(gè)多層環(huán)中形成中心 開孔,并且每個(gè)框架的環(huán)被這樣設(shè)置,以使同軸地對準(zhǔn)環(huán)的中心開孔,由此在該框架中形成 中心矩形窗口。該磁芯框架的中心窗口被設(shè)置成,容納磁感應(yīng)裝置的線圈部件,其在該工序 的稍后階段被放置在由局部相鄰定位的磁芯框架的接合側(cè)柱部所形成的磁芯柱上。
[0019] 在可能實(shí)施方式中,這些環(huán)中的至少一些可以具有不同尺寸的中心開孔,其可以 被采用以設(shè)計(jì)具有彎曲截面形狀的磁芯框架。例如,這些多層環(huán)可以環(huán)針對它們的中心開 孔的尺寸,按它們的環(huán)寬度的升序,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置,而其它一些 多層環(huán)可以環(huán)針對它們的中心開孔的尺寸,按它們的環(huán)寬度的降序,在其上(也是以一個(gè) 在另一個(gè)頂部上的方式)同軸地疊置,由此獲得該框架的內(nèi)部的階梯狀構(gòu)造,和該框架的 柱部的外側(cè)和/或中間側(cè)的彎曲截面形狀。
[0020] 在可能應(yīng)用中,該磁芯框架可以通過組合上述環(huán)繞組和疊置技術(shù)來構(gòu)造。例如,一 個(gè)或更多個(gè)磁芯框架可以通過以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞這些多層環(huán)中的一些,并 接著在其上同軸地疊置一個(gè)或更多個(gè)分離制備的多層環(huán)(g卩,在纏繞環(huán)的頂部上)來制造。
[0021] 在一些可能實(shí)施方式中,該磁芯回路的磁芯框架由非晶態(tài)金屬帶制成,例如,由軟 鐵磁體非晶態(tài)合金,或者由納米晶合金制成(例如,用于高頻變壓器)。另選的是,該磁芯框 架由薄硅鋼帶制成。 ^022]在=些實(shí)施方式中,該線圈部件通過以下步驟放置在該磁芯柱上,即,橫向切割磁 芯框架的一部分,以獲得每個(gè)框架的上和下框架部分,裝配該下框架部分,以通過接合它們 的階梯狀柱部來形成三角形結(jié)構(gòu)(即,軛部的三角形結(jié)構(gòu)),由此,形成磁芯柱的下部部分, 在磁芯柱的下部上放置線圈,并且此后將該框架的上部接合至它們的相應(yīng)下部部分的頂部 上,以恢復(fù)該框架的矩形結(jié)構(gòu)。 '
[0023]根據(jù)可能實(shí)施方式,該多相磁感應(yīng)裝置可以制造如下:
[0024] ?制備磁芯框架,每個(gè)框架由多個(gè)多層環(huán)組成,該多層環(huán)由纏繞的磁性材料帶制成 (例如,具有軟鐵磁體特性),這些多層環(huán)被設(shè)置成,在磁芯框架的至少一個(gè)面中形成階梯 狀構(gòu)造;
[0025] ?如果該框架由非晶態(tài)帶制成,則可選地向該磁芯框架施加熱處理(例如,按大約 36〇°C至400°C的溫度退火,接著是在退火爐中緩慢逐步冷卻該框架);
[0026] ?將該框架浸漬在有機(jī)粘合材料中(例如,有機(jī)硅漆或環(huán)氧清漆),接著是干燥該 框架;
[0027] ?將該框架橫向切割成上部和下部;
[0028] ?通過按三角形式以一個(gè)與另一個(gè)相鄰的方式放置所述部分,將該框架的下部部 分垂直安裝在該裝置的底座上(例如,由電絕緣材料制成),以使該框架的下部部分的芯柱 的階梯狀側(cè)部變得接合;
[0029] ?將線圈模塊安裝在下部框架部分的每一對接合柱部上;
[0030] ?垂直安裝磁芯框架的三個(gè)對應(yīng)上部,以恢復(fù)該框架的矩形形狀;
[0031] ?在該框架的接合柱部之間涂敷電絕緣材料;
[0032] ?安裝上壓板(例如,由電絕緣材料制成);以及
[0033] ?電連接引出線,并且用雙頭螺栓固定該裝置。
[0034] 本申請的技術(shù)提供了多種優(yōu)點(diǎn)。例如,采用多層矩形環(huán)的磁芯框架的階梯狀構(gòu)造 可以被有效地設(shè)計(jì)成,采取每一相的磁芯柱的希望截面形狀(例如,圓周形狀或多邊形形 狀),并且允許達(dá)到最小非負(fù)載損耗。另外,該裝置的磁芯的模制結(jié)構(gòu)簡化了其裝配和拆卸, 由此,允許容易制造和維護(hù)該裝置。將該磁芯柱設(shè)置成采取希望截面形狀向被線圈與該芯 柱的磁性材料包圍的磁芯的截面積提供有效填充,由此,減少了線圈的直徑和重量,而且對 應(yīng)地,減少了線圈的電氣損耗。
[0035] 在此公開的磁感應(yīng)裝置設(shè)計(jì)需要更少的帶材料來制造、提供更輕的變壓器磁芯, 并且改進(jìn)該裝置的效率。具體來說,采用本發(fā)明技術(shù)的磁感應(yīng)裝置受益地具有:
[0036] ?更高的效率系數(shù)(例如,將電力變壓器的效率增加直達(dá)"· 2% );
[0037] ?更小的磁芯重量(例如,比常規(guī)三相變壓器結(jié)構(gòu)少大約30%至40% );
[0038] ?每單位電功率更小的材料量(例如,大約30%至40% );以及
[0039] ?與常規(guī)三相三角形變壓器相比的改進(jìn)可維護(hù)性。
[0040] 由此,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種用于三相磁感應(yīng)裝置的磁芯,該磁芯包 括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)磁芯框架具有內(nèi)面和外面,其中,至少每個(gè)框架的內(nèi)面具有沿所述框 架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們的內(nèi)面彼此面對, 由此形成三角棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框架的階梯狀側(cè)部接 合,由此形成所述磁芯的、用于在其上安裝所述裝置的線圈的三個(gè)磁芯柱。例如,所述框架 的內(nèi)面的階梯狀構(gòu)造可以被構(gòu)造成形成截階式棱維(frusto-stepped-pyramid)結(jié)構(gòu)。
[0041] 根據(jù)一些實(shí)施方式,所述階梯狀構(gòu)造具有大約30。的斜度,并且所述框架相對于 彼此以60°取向。
[0042] 所述磁芯框架可以包括多個(gè)多層環(huán),每個(gè)多層環(huán)由纏繞的磁性材料帶制成(例 如,由非晶態(tài)金屬、硅鋼、納米晶合金,或任何其它合適材料制成),并且與所述階梯狀構(gòu)造 的特定梯階相關(guān)聯(lián)。例如,在一些實(shí)施方式中,所述多個(gè)多層環(huán)中的每一個(gè)多層環(huán)由具有預(yù) 定帶寬度的磁性材料帶制成,所述多個(gè)多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)由具有不同帶寬度的帶 制成,并且其中,所述帶相對于它們的帶寬度以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞,由此形成 所述階梯狀構(gòu)造。可選的是,至少一些所述帶按它們的寬度的降序以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式纏繞。這樣,所述磁芯柱可以被構(gòu)造成具有多邊形截面形狀。
[0043] 在一些實(shí)施方式中,至少一些所述帶按它們的寬度的升序以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式纏繞。因此,可以通過將一些內(nèi)側(cè)多層環(huán)按它們的帶寬度的升序以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式纏繞,而在其上將一些外側(cè)多層環(huán)按它們的寬度的降序以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞, 來制造所述框架,以獲得所述磁芯柱的圓形截面周邊(即,通過接合局部相鄰框架的階梯 狀側(cè)部所獲得的)。
[0044] 在一些可能實(shí)施方式中,所述多層環(huán)由具有相同帶寬度的磁性材料帶纏繞,以向 所述多層環(huán)中的每個(gè)多層環(huán)提供預(yù)定環(huán)寬度和預(yù)定中心開孔,其中,所述多層環(huán)中的至少 一些多層環(huán)具有不同環(huán)寬度,并且所述框架通過以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置 所述多層環(huán)來構(gòu)造,由此形成希望的階梯狀構(gòu)造。例如,所述階梯狀構(gòu)造可以通過將所述 多層環(huán)中的至少一些按它們的寬度的降序,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置來獲 得。
[0045] 在一些可能實(shí)施方式中,所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)的中心環(huán)開孔的幾何尺 寸不同。由此,所述磁芯柱的圓形截面周邊可以通過將所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)針 對它們的中心開孔的幾何尺寸,按它們的寬度的升序,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸 地疊置,并且將所述多層環(huán)中的至少其它一些環(huán)針對它們的中心開孔的幾何尺寸,按它們 的寬度的降序,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置來獲得(即,在接合局部相鄰框 架的階梯狀側(cè)部之后)。
[0046] 在另一方面,提供了一種三相磁感應(yīng)裝置,該三相磁感應(yīng)裝置包括:磁芯,該磁芯 包括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)所述框架具有內(nèi)面和外面,其中,至少所述內(nèi)面被整形成,形成沿 所述框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們的內(nèi)面彼 此面對,由此形成三角棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框架的階梯 狀側(cè)部接合,由此形成三個(gè)磁芯柱。所述裝置還包括三個(gè)線圈模塊,每個(gè)所述線圈模塊安裝 在所述三個(gè)磁芯柱中的一個(gè)磁芯柱上。
[0047] 所述裝置的至少一個(gè)所述磁芯框架可以包括多個(gè)多層環(huán),該多層環(huán)由纏繞磁性材 料帶制成(例如,由非晶態(tài)金屬、硅鋼,或任何其它合適材料制成),所述多個(gè)多層環(huán)中的每 個(gè)多層環(huán)可以由具有預(yù)定帶寬度的磁性材料帶制成。因此,所述階梯狀構(gòu)造可以通過將所 述多層環(huán)的磁性材料帶相對于它們的帶寬度以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞,或者通過 將多層環(huán)相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置來獲得。這樣,所 述框架可以被設(shè)計(jì)成提供所述磁芯柱的希望截面形狀。例如,在一些實(shí)施方式中,所述框架 可以被設(shè)計(jì)成獲得具有多邊形截面形狀的磁芯柱,或者在一些其它可能實(shí)施方式中,具有 圓形截面周邊(即,所述磁芯柱的圓形邊界/外邊界)。
[0048] 在一些應(yīng)用中,提供了一種三相磁感應(yīng)裝置,該三相磁感應(yīng)裝置包括:磁芯,該磁 芯包括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)磁芯框架具有內(nèi)面和外面,和由纏繞的非晶態(tài)金屬帶制成的多 個(gè)多層環(huán),所述環(huán)相對于它們的帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞,或者相對于它 們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置,由此形成沿所述框架的側(cè)部延伸 的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們的內(nèi)面彼此面對,由此形成三角 棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框架的階梯狀側(cè)部接合,由此形成 三個(gè)磁芯柱。所述裝置還包括三個(gè)線圈模塊,每個(gè)所述線圈模塊安裝在所述三個(gè)磁芯柱中 的一個(gè)磁芯柱上。
[0049] 根據(jù)又一方面,提供了一種構(gòu)造用于三相磁感應(yīng)裝置的磁芯的方法,該方法包括 以下步驟:制備包括多個(gè)多層環(huán)的三個(gè)磁芯框架,所述框架具有沿所述框架的側(cè)部延伸的 希望的階梯狀構(gòu)造,所述多個(gè)多層環(huán)中的每個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定帶寬度的磁性材料帶纏繞 成,并且通過放置所述框架,以通過接合局部相鄰框架的所述階梯狀側(cè)部,形成三角棱柱結(jié) 構(gòu)來構(gòu)造所述磁芯。這樣,局部相鄰框架的所述接合階梯狀側(cè)部形成三個(gè)磁芯柱,這三個(gè)磁 芯柱被設(shè)置成,被所述三相磁感應(yīng)裝置的線圈緊密包圍。所述多個(gè)框架中的一個(gè)或更多個(gè) (或全部)可以通過針對所述帶的帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式,連續(xù)纏繞多個(gè)磁性材 料帶來制備。另選的是,所述框架可以通過單獨(dú)地纏繞由磁性材料帶制成的多個(gè)多層環(huán)來 制備,所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)具有不同環(huán)寬度,并且相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè) 在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置所述多層環(huán)。這些框架制備技術(shù)可以單獨(dú)地或者組合使 用(例如,通過將所述分離纏繞環(huán)中的一些環(huán)疊置在以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞帶的所 述多層環(huán)的頂部上),以獲得沿所述框架的側(cè)部延伸的希望的階梯狀構(gòu)造。
[0050]根據(jù)一些可能實(shí)施方式,制備所述框架的步驟包括退火步驟。所述方法還可以包 括以下步驟:將所述框架浸漬在粘合材料中。所述構(gòu)造所述磁芯的步驟還可以包括以下步 驟:在所述局部相鄰框架的所述接合階梯狀區(qū)域之間應(yīng)用由電絕緣材料制成的一個(gè)或更多 個(gè)層。
[0051]在再一方面,提供了一種制備三相磁感應(yīng)裝置的方法,該方法包括以下步驟:制備 包括多個(gè)多層環(huán)的三個(gè)磁芯框架,所述多個(gè)多層環(huán)中的每個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定帶寬度的磁 性材料帶纏繞成,其中,所述環(huán)被設(shè)置在所述框架中,以形成沿所述框架的側(cè)部延伸的階梯 狀構(gòu)造,將每個(gè)所述框架橫向切割成上部和下部,設(shè)置所述框架的所述下部,以形成三角棱 柱結(jié)構(gòu),并且接合所述框架的局部相鄰下部的所述階梯狀側(cè)部,以形成所述磁芯的三個(gè)下 柱部,在每個(gè)所述下柱部上放置線圈,以及將所述框架的所述上部附接在它們的相應(yīng)下部 上。
[0052]所述制備所述框架步驟可以包括以下步驟:針對所述帶的寬度,以一個(gè)在另一個(gè) 上的方式,連續(xù)纏繞磁性材料帶,以形成所述多個(gè)多層環(huán)。另選的是,所述制備步驟可以包 括以下步驟:單獨(dú)地纏繞由磁性材料帶制成的多個(gè)多層環(huán),所述多層環(huán)中的至少一些多層 環(huán)具有不同環(huán)寬度,并且相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置 所述多層環(huán)。可選的是,這些框架構(gòu)造技術(shù)例如可以通過將所述分離纏繞環(huán)中的一些環(huán)疊 置在以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞帶的所述多層環(huán)的頂部上來組合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]為了理解本發(fā)明并且為了看到其可以怎樣在實(shí)際中實(shí)現(xiàn),下面,參照附圖,僅通過 非限制例的方式對實(shí)施方式進(jìn)行描述,其中,相同附圖標(biāo)記被用于指示對應(yīng)部分,并且其 中:
[0054]圖1A和圖1B示意性地例示了根據(jù)一些實(shí)施方式的三相磁感應(yīng)裝置,其中圖丨八示 出了立體圖,而圖1B示出了該裝置的俯視圖;
[0055]圖2A至圖2C示意性地例示了根據(jù)一些實(shí)施方式的三相變壓器,其中圖2A示出了 變壓器的側(cè)視圖和其磁芯柱的縱向截面圖,圖2B示出了變壓器的俯視圖和其磁芯柱的截 面圖,而圖2C示出了沿圖2A所示線A-A截取的變壓器截面圖,其示出了該裝置的截面; [00 56]圖3A至圖冗示意性地示出了具有階梯狀構(gòu)造的多層矩形框架,其中圖3A是該框 架的正視圖,圖3B是該框架的側(cè)視圖,而圖3C示出了沿圖3A所示線B-B截取的框架截面 圖;
[0057]圖4A至圖4E示意性地例示了根據(jù)一些實(shí)施方式的三相磁感應(yīng)裝置,其中,該磁芯 的框架被設(shè)置成提供具有圓形截面周邊的磁芯柱,其中,圖4A示出了該裝置的側(cè)視圖,和 磁芯柱的縱向截面圖,圖4B示出了沿圖4A所示線A-A截取的裝置截面圖,圖4C示出了該 裝置的磁芯框架的立體截面圖,圖4D示出了該框架的正視圖,而圖4E示出了該框架的側(cè)視 圖及其上和下截切面;
[0058]圖5A至圖5C示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的磁感應(yīng)裝置,其中,該裝置的磁 芯由疊置的磁芯環(huán)構(gòu)造,其中,圖5A示出了該磁感應(yīng)裝置的截面圖,圖5B示出了該裝置中 可用的磁芯框架的正視圖,而圖 5C示出了磁芯框架的俯視圖及其柱部的截面圖;
[0059]圖6是根據(jù)一些可能實(shí)施方式的、展示用于制造三相磁感應(yīng)裝置的可能工序的流 程圖;以及
[0060]圖7A至圖7D不意性地例示了根據(jù)一些可能實(shí)施方式的磁芯框架結(jié)構(gòu),其中,圖 7A 示出了由可在構(gòu)造磁芯框架中使用的纏繞帶制成的一個(gè)矩形多層環(huán)的立體圖,圖冗和7C 分別舉例了磁芯框架在上部位置和中心位置的切面,而圖7D示出了圖7C所示磁芯框架的 下部部分在切割之后的立體圖。
[0061]應(yīng)注意到,這些圖中舉例的實(shí)施方式不是旨在按比例和按圖示來幫助容易理解和 描述。

【具體實(shí)施方式】
[006 2]本申請總體上致力于用于二相磁感應(yīng)裝置的磁芯回路,如但不限于,三相扼流圈 和三相變壓器。本發(fā)明的三相磁芯回路由具有階梯狀構(gòu)造的磁芯框架構(gòu)造,該階梯狀構(gòu)造 形成在框架的至少一個(gè)面上并且沿它們的側(cè)部延伸。該磁芯回路通過將框架以一個(gè)緊挨著 另一個(gè)的方式局部相鄰地放置以形成三角形(三角棱柱)結(jié)構(gòu)來構(gòu)造,其中,每個(gè)框架的階 梯狀側(cè)部均勻地接合相鄰定位框架的階梯狀側(cè)部。這些框架的均勻接合側(cè)部形成要將磁感 應(yīng)裝置的線圈模塊放置在其上的磁芯柱。 U
[0063] 如根據(jù)下列公開應(yīng)當(dāng)清楚的是,這種磁芯設(shè)計(jì)改進(jìn)了磁芯回路中的磁通量的分 布,并且減少了通常在磁芯中發(fā)生的電磁損耗。另外,磁芯的這種構(gòu)造需要減少量的磁性材 料來制造、提供較輕的變壓器磁芯,并且改進(jìn)該磁感應(yīng)裝置的效率。
[0064] 圖1A和圖1B示出了根據(jù)一些可能實(shí)施方式的三相磁感應(yīng)裝置60。在該示例中, 裝置60的磁芯回路1由三個(gè)總體矩形多層磁芯框架2a、2b以及2c (在此統(tǒng)稱為框架2)構(gòu) 造,其中,框架2的內(nèi)面112被設(shè)置成形成沿框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造。如在圖1B中 最佳地看到,局部相鄰框架2的階梯狀側(cè)部均勻接合,以形成磁芯1的磁芯柱4ab、4bc以及 4ca (在此統(tǒng)稱為磁芯柱4),其上分別放置了線圈模塊13ab、13bc以及13ca(在此統(tǒng)稱為線 圈模塊13)。
[0065] 一般來說,磁芯框架中的每一個(gè)包括:由框架的側(cè)部限定的兩個(gè)橫向柱部L12(圖 2A所示)、由框架的頂部和底部限定的兩個(gè)軛部γ12,以及由柱部和軛部包圍的矩形中心窗 口 W12。該框架及其中心窗口 W12可以具有圓角。每一個(gè)框架2包括外面Ε12和內(nèi)面112, 其中,框架2的至少內(nèi)面包括階梯狀構(gòu)造。
[0066] 例如,磁芯回路1可以通過設(shè)置磁芯框架2以使它們的輒部形成等邊三角形結(jié)構(gòu) 來構(gòu)造。在這種構(gòu)造中,三角棱柱(五面體)結(jié)構(gòu)可以通過一個(gè)相對于另一個(gè)按60。角定 位磁芯框架2,由此通過接合(配合)相鄰定位的磁芯框架的階梯狀部分來獲得。磁芯1的 這種三角形結(jié)構(gòu)通常包括上和下三角形軛狀結(jié)構(gòu),其中,該三角形軛狀結(jié)構(gòu)的角通過磁芯 柱4連接。因此,三角形磁芯的每個(gè)芯柱由相鄰定位的磁芯框架2的兩個(gè)接合階梯狀柱部 L12構(gòu)造。
[0067]如圖1Α和圖1Β舉例的,柱部L12的幾何尺寸被設(shè)置成提供適于放置線圈模塊13 的磁芯柱4的截面形狀。另外,設(shè)置在框架2中的中心窗口 W12的尺寸應(yīng)當(dāng)這樣設(shè)置成,使 得其容納安裝在磁芯柱4上的線圈模塊,其間包圍了窗口 W12。
[0068]圖2A至圖2C示意性地例示了根據(jù)一些可能實(shí)施方式的三相變壓器10。變壓器 10的磁芯回路11包括三個(gè)多層矩形磁芯框架12a、12b以及12c (在此統(tǒng)稱為框架12)。如 上舉例的,磁芯框架12被設(shè)置成,使得每個(gè)框架一個(gè)相對于另一個(gè)按60。角定位,并且相 鄰磁芯框架I 2的柱部L12的階梯狀區(qū)接合,以形成磁芯柱i4ab、14bC以及14ca(在此統(tǒng)稱 為磁芯柱14),其上安裝線圈模塊13。
[0069]圖2C示出了磁芯回路11和放置在其磁芯柱14上的線圈模塊13的截面圖。如所 看到的,三個(gè)線圈模塊13ab、13bc以及13ca被安裝在對應(yīng)磁芯柱14ab、14bc、14ca上,每個(gè) 線圈彳吳塊與二相變壓器10的電氣相相關(guān)聯(lián)。例如,與變壓器的第一相相關(guān)聯(lián)的線圈模塊 l:3ab放置在通過配合磁芯框架1?和1?的柱部而形成的磁芯柱Mab上,與變壓器的第 二相相關(guān)聯(lián)的線圈模塊l:Bbc放置在通過配合磁芯框架12b和12c的柱部而形成的磁芯柱 14bc上,而與變壓器的第三相相關(guān)聯(lián)的線圈模塊 13ca放置在通過配合磁芯框架12c和12& 的柱部而形成的磁芯柱14ca上。
[0070]如圖2A至圖2C所示,每個(gè)線圈模塊l3ab、l3bc以及13ca包括相應(yīng)一次線圈繞組 15ab、15bc以及15ca(在此統(tǒng)稱為一次線圈繞組!5),和相應(yīng)的一次線圈繞組16ab、 16bc以 及l(fā)6ca(在此統(tǒng)稱為二次線圈繞組1β)。在一些實(shí)施方式中,二次線圈繞組16被一次線圈 繞組15同軸地包圍。
[0071]在一些實(shí)施方式中,相鄰定位的磁芯框架1如、12b,以及12c的接合的柱部L12通 過設(shè)置在其間的、柱部L12的階梯狀區(qū)上方的一個(gè)或更多個(gè)電絕緣材料層17(例如,玻璃纖 維或速率)而彼此電絕緣。因此,三相變壓器10的每個(gè)電氣相通過具有放置在其上的對應(yīng) 線圈模塊13ab、13bc以及13ca的相應(yīng)磁芯柱14ab、14bc或14ca來形成。
[0072] 返回參照圖2A,三相變壓器1〇可以包括上面安裝三相變壓器10的底座18。該底 座18可以包括用于將變壓器1〇從一個(gè)位置移動至另一位置的輪子19。變壓器1〇還可以 包括頂壓板20,其由電絕緣材料(例如,Pregnit GGBE,Catalog KREMPLER)制成,并且其中 可以設(shè)置二次繞組(16)的引出線21。
[0073] 在操作中,電流經(jīng)過線圈13的一次繞組15,從而產(chǎn)生響應(yīng)磁通量,其沿對應(yīng)磁芯 柱14傳播。在每個(gè)芯柱14中傳播的磁通量由連接至相應(yīng)框架12的接合柱部的相應(yīng)軛部 Y12劃分。例如,在圖2B和圖4B中,在磁芯柱14ca中發(fā)展的磁通量27被劃分成分別經(jīng)過 磁芯框架12c和12a的軛部Y12的兩個(gè)均等磁通量。按類似方式,在磁芯柱14ab和14bc 中發(fā)展的磁通量均等劃分,以通過相應(yīng)磁芯框架(12a、12b)和(12b、12c)的相應(yīng)軛部Y12。 [0074]參照圖3A至圖3C,在一些實(shí)施方式中,磁芯框架12由多個(gè)總體矩形多層環(huán)構(gòu)造, 其中,每一個(gè)環(huán)由纏繞磁性材料帶制成。在這個(gè)示例中,多層環(huán)的帶以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式纏繞,以形成框架12的至少內(nèi)面112上的階梯狀構(gòu)造。這樣,該階梯狀設(shè)計(jì)被形成在框 架的芯柱和軛部這兩者上,并且在框架12的內(nèi)面112上形成截階式棱錐構(gòu)造。例如,通過 將磁性材料帶按它們的寬度的降序以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞,由此形成框架的階 梯狀構(gòu)造,該多層環(huán)可以由具有不同帶寬度的磁性材料帶制造。因此,每個(gè)環(huán)中的匝數(shù)限定 了環(huán)/梯階的厚度,其優(yōu)選地等于全部環(huán)/梯階。
[0075] 該多層環(huán)總體為矩形環(huán),并且它們通常以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞,以使在框 架12中獲得矩形中心窗口 W12。因此,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞環(huán)在框架的至少 一個(gè)面上形成了截階式棱錐結(jié)構(gòu)(例如,在底座與棱錐的每一側(cè)之間具有30°角),由此提 供的中心窗口 W12適于容納放置在中心窗口 W12的側(cè)部處的芯柱14上的線圈13。
[0076] 在該示例中,框架12的階梯狀面112包括八個(gè)梯階,在圖3A-圖3C中用標(biāo)號巧 至r 8指示,其中,最內(nèi)側(cè)纏繞帶梯階Γι具有最大寬度,而最外側(cè)纏繞帶梯階r8具有最小寬 度。每個(gè)梯階/環(huán)巧(其中,i是正整數(shù),例如,l<i<8)的厚度33(T)根據(jù)該梯階/環(huán) 中的磁性材料帶的匝數(shù)來確定,其可以與全部環(huán)相同,以向全部梯階/環(huán)提供相同厚度,例 如,大約20mm。
[0077] 更具體地說,每個(gè)隨后梯階ri+1的寬度wi+1離散地減小,由此形成希望的階梯狀構(gòu) 造。例如,在一些實(shí)施方式中,該階梯狀構(gòu)造的每個(gè)連續(xù)梯階r i+1 (其中,第一階&是最內(nèi)側(cè) 梯階)的帶寬度wi+1按量T,tg(30° )減小,其中,T是梯階巧至!^的厚度33。因此,在 該30°斜度階梯狀構(gòu)造中,每個(gè)連續(xù)梯階ri+1的厚度可以計(jì)算如下:
[0078] (l)wi+1 = · tg30° = w「0· 577 · T
[0079] 因此,如果每個(gè)梯階&的厚度為20mm,則每個(gè)連續(xù)梯階ri+1的厚度wi+1在該 30°階梯狀構(gòu)造中為w i+1 = Wi-11· 54mm。在圖3A-圖3C中舉例的實(shí)施方式中,最外側(cè)梯 階¥8(即,具有最小寬度的梯階)不遵循方程(1),而是其寬度實(shí)際上進(jìn)一步減少(g卩,w 8 < w7-T · tg30。),以獲得磁芯柱14的較小的外側(cè)表面。
[0080] 利用這種階梯狀構(gòu)造,框架I2的外面112獲得芯柱(L12)的直角梯形截面芯柱和 具有60°銳角的軛部(Y12)。因此,當(dāng)裝配框架12以構(gòu)造磁芯11時(shí),通過接合相鄰定位 框架12的每一對柱部而獲得的磁芯柱14的截面形狀由兩個(gè)反射對稱多邊形(例如,具有 60°銳角的矩形狀梯形)構(gòu)造,由此,獲得磁芯柱14的五邊形截面形狀。
[0081]參照圖3C,在一些示例性實(shí)施方式中,磁芯框架12的纏繞工序通過利用具有預(yù)定 長度和最大寬度23 (A)的軟鐵磁體帶纏繞最內(nèi)側(cè)多層梯階ri而開始。梯階ri的纏繞繼續(xù) 進(jìn)行,直到獲得所需厚度33 (T)(例如,大約20mm)為止。此后,下一個(gè)多層環(huán):^利用具有預(yù) 定長度和小于用于第一環(huán)的帶寬度的寬度(wXwJ的另一軟鐵磁體帶在其上纏繞,以形成 下一多層梯階r 2,纏繞其直到獲得希望梯階厚度33 (T)為止。該工序針對多層環(huán)/梯階r3 至r8類似地繼續(xù)進(jìn)行。纏繞帶的最后層可以例如通過焊接而固定到相鄰層。
[0082]用于形成磁芯的階梯狀設(shè)計(jì)的單一梯階&的層的量,和每個(gè)這種梯階中的層的幾 何尺寸依賴于設(shè)計(jì)三相變壓器10的工作功率。
[0083]在纏繞磁芯框架12之后,該多層環(huán)框架12可以經(jīng)歷退火工序,其參數(shù)(例如,溫 度和持續(xù)時(shí)間)基于制成框架I2的纏繞帶的合金的類型。該磁芯框架12可以利用仍插入 其中的芯軸來退火。這種退火可以在向磁芯框架施加外部磁場或未施加外部磁場的情況下 執(zhí)行。在一些實(shí)施方式中,將退火磁芯框架在真空室中或者在超聲波浴下浸漬有機(jī)粘合材 料(例如,環(huán)氧樹脂)。在浸漬之后,將磁芯框架12放置在溫度控制環(huán)境中。接下來,將芯 軸從磁芯框架12中去除。
[0084]參照圖2C,在一些實(shí)施方式中,通過一個(gè)或更多個(gè)電絕緣層17,將局部相鄰磁芯 框架的接合柱部L12 -個(gè)與另一個(gè)分離。利用這種階梯狀構(gòu)造,放置在磁芯1的磁芯柱14 上的線圈模塊13可以采取五邊形形狀,以緊密地配合磁芯柱丨4的五邊形截面形狀。例如, 線圈模塊I3可以利用任何合適的繞線技術(shù)(例如,利用木芯軸)來制備。
[0085]圖4A至圖4E舉例了根據(jù)一些可能實(shí)施方式的三相變壓器59,其中,磁芯柱 14具 有圓形截面周邊形狀。在該示例中,磁芯11的磁芯框架12由每個(gè)由纏繞磁性材料帶構(gòu)造 的多層環(huán)構(gòu)造,其被設(shè)置成,提供框架的內(nèi)面112的階梯狀構(gòu)造,和該框架的外面的彎曲截 面形狀。更具體地說,在該示例中,每個(gè)框架12的內(nèi)面112按具有中心窗口 W12的截階式 棱錐形狀來設(shè)置(例如,在底座與面之間具有3〇°角),而框架12的柱部L12的外側(cè)被設(shè) 置成限定彎曲截面形狀,以使相鄰框架12的相鄰定位柱部L12的接合的芯柱形成磁芯柱12 的圓形截面周邊形狀。如在圖4B中最佳地看到,利用該構(gòu)造,裝置59的每個(gè)電氣相的磁芯 柱提供被放置在具有框架12的磁芯材料的磁芯柱14上的線圈13(例如,具有圓形內(nèi)徑) 所包圍的空間的最大占用率。在這種情況下,每個(gè)梯階/環(huán)h的厚度T應(yīng)當(dāng)最小,其中,該 厚度T可以基于變壓器的功率(例如,變壓器功率)的具體特性來確定。
[0086] 例如,為了獲得磁芯柱14的這種圓形截面形狀,在一些實(shí)施方式中,將框架12的 至少一些內(nèi)環(huán)(例如,tl至t5)按它們的厚度的升序,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞,而將 框架12的至少一些外環(huán)(例如,t6至til)按它們的厚度的降序,以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式纏繞。
[0087] 在一些實(shí)施方式中,該磁芯框架由纏繞磁性材料帶的幾個(gè)矩形多層環(huán)制造,每一 個(gè)環(huán)由具有相同寬度的帶制造,并且具有不同中心開孔和不同匝數(shù)。在該構(gòu)造中,帶的寬度 限定了多層環(huán)的厚度(T),以使利用具有相同寬度的磁性材料帶,生成具有相同厚度的多層 環(huán),并且其寬度根據(jù)每個(gè)環(huán)中的匝數(shù)來限定,如圖7C展示的。利用該技術(shù),磁芯框架可以通 過將多個(gè)矩形多層環(huán)相對于它們的寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置(重疊 在一起),以形成具有希望截面形狀的磁芯框架來構(gòu)造。
[0088]已知的是,該磁感應(yīng)裝置的磁芯的特性確定了該裝置的各種特性,如感應(yīng)線圈的 大小和形狀。例如,在三相變壓器中,變壓器的設(shè)計(jì)、變壓器線圈的大小和形狀,以及變壓器 的總體大小基于變壓器鐵芯的幾何特性和結(jié)構(gòu)特性來確定。
[0089]因此,本申請的磁感應(yīng)裝置的各種特性可以有利地基于磁芯柱(圖1A-1B中的4, 和圖2B-圖2C和圖4B中的14)的直徑D()ut和構(gòu)造它們的框架的柱部的階梯狀構(gòu)造來確定。 如上文參照圖4A-圖4E舉例的,框架的階梯狀構(gòu)造可以被調(diào)節(jié)以獲得具有圓形截面周邊形 狀的磁芯柱。
[0090]在一些可能實(shí)施方式中,限定該裝置的磁芯柱的圓圈的直徑Dmit(圖4B所示)被 確定如下:

【權(quán)利要求】
1. 一種用于二相磁感應(yīng)裝置的磁芯,該磁芯包括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)磁芯框架具有內(nèi) 面和外面,其中,至少每個(gè)框架的內(nèi)面具有沿所述框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯 框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們的內(nèi)面彼此面對以由此形成三角棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框 架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框架的階梯狀側(cè)部接合由此形成所述磁芯的、用于在其上 安裝所述裝置的線圈的三個(gè)磁芯柱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁芯,其中,所述框架的內(nèi)面的階梯狀構(gòu)造形成截階式棱錐 結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁芯,其中,所述階梯狀構(gòu)造具有大約30°的斜度,并且 所述框架相對于彼此以60°取向。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的磁芯,其中,每一個(gè)所述磁芯框架包括多個(gè)多 層環(huán),每個(gè)多層環(huán)由纏繞的磁性材料帶制成,并且與所述階梯狀構(gòu)造的特定梯階相關(guān)聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁芯,其中,所述多個(gè)多層環(huán)中的每個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定帶 寬度的磁性材料帶制成,所述多個(gè)多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)由具有不同帶寬度的帶制 成,并且其中,所述帶相對于它們的帶寬度以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞,由此形成所 述階梯狀構(gòu)造。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁芯,其中,所述帶中的至少一些按它們的寬度的降序以一 個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁芯,其中,所述磁芯柱具有多邊形截面形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁芯,其中,至少一些所述帶按它們的寬度的升序以一個(gè)在 另一個(gè)上的方式纏繞。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6和8所述的磁芯,其中,一些內(nèi)側(cè)多層環(huán)按它們的帶寬度的升序以一 個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞,而一些外側(cè)多層環(huán)按它們的寬度的降序以一個(gè)在另一個(gè)上的方 式在其上纏繞,以因此形成通過接合局部相鄰框架的所述階梯狀側(cè)部而獲得的所述磁芯柱 的圓形截面周邊形狀。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁芯,其中,所述多層環(huán)由具有相同帶寬度的磁性材料帶纏 繞,以向所述多層環(huán)中的每一個(gè)多層環(huán)提供預(yù)定環(huán)寬度和預(yù)定中心開孔,所述環(huán)中的至少 一些環(huán)具有不同環(huán)寬度,并且其中,所述框架通過以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊 置所述多層環(huán)來構(gòu)造,由此形成希望的階梯狀構(gòu)造。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁芯,其中,所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)按它們的寬 度的降序以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁芯,其中,所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)的中心環(huán)開 孔的幾何尺寸不同,并且其中,所述多層環(huán)中的至少一些多層環(huán)針對它們的中心開孔的幾 何尺寸,按它們的寬度的升序,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式疊置,并且,所述多層環(huán)中的 至少一些多層環(huán)針對它們的中心開孔的幾何尺寸,按它們的寬度的降序,以一個(gè)在另一個(gè) 頂部上的方式疊置,以因此形成通過接合局部相鄰框架的所述階梯狀側(cè)部而獲得的所述磁 芯柱的圓形截面周邊形狀。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4至12中的任一項(xiàng)所述的磁芯,其中,所述帶由非晶態(tài)金屬或合金制 成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4至12中的任一項(xiàng)所述的磁芯,其中,所述帶由硅鋼制成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4至12中的任一項(xiàng)所述的磁芯,其中,所述帶由納米晶合金制成。
16. -種三相磁感應(yīng)裝置,該三相磁感應(yīng)裝置包括: 磁芯,該磁芯包括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)磁芯框架具有內(nèi)面和外面,至少所述內(nèi)面被整形 以形成沿所述框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們 的內(nèi)面彼此面對以由此形成三角棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框 架的階梯狀側(cè)部接合由此形成三個(gè)磁芯柱;和 三個(gè)線圈模塊,每一個(gè)所述線圈模塊安裝在所述磁芯柱中的一個(gè)上。
17·根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置,其中,所述磁芯框架中的至少一個(gè)包括由纏繞的磁 性材料帶制成的多個(gè)多層環(huán),所述多個(gè)多層環(huán)中的每一個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定帶寬度的磁性 材料帶制成,并且其中,所述環(huán)相對于它們的帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞, 或者相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置,其中,所述磁芯柱具有多邊形截面形狀。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置,其中,所述磁芯柱具有圓形截面周邊形狀。
20. -種三相磁感應(yīng)裝置,該三相磁感應(yīng)裝置包括: 磁芯,該磁芯包括三個(gè)磁芯框架,每個(gè)磁芯框架具有內(nèi)面和外面,和由纏繞的非晶態(tài)金 屬帶制成的多個(gè)多層環(huán),所述環(huán)相對于它們的帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞, 或者相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置,由此形成沿所述框 架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造,所述磁芯框架設(shè)置在所述磁芯中,并且它們的內(nèi)面彼此面對 由此形成三角棱柱結(jié)構(gòu),使得每個(gè)框架的階梯狀側(cè)部變得與局部相鄰框架的階梯狀側(cè)部接 合由此形成三個(gè)磁芯柱;和 三個(gè)線圈模塊,每一個(gè)所述線圈模塊安裝在所述磁芯柱中的一個(gè)上。
21· -種構(gòu)造用于三相磁感應(yīng)裝置的磁芯的方法,該方法包括以下步驟: 制備包括多個(gè)多層環(huán)的三個(gè)磁芯框架,所述多個(gè)多層環(huán)中的每一個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定 帶寬度的磁性材料帶纏繞而成,所述框架利用下列技術(shù)中的至少一項(xiàng)來制備: 相對于所述帶的帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式,連續(xù)纏繞多個(gè)磁性材料帶,以及 單獨(dú)地纏繞由磁性材料帶制成的多個(gè)多層環(huán),所述環(huán)中的至少一些環(huán)具有不同環(huán)寬 度,并且相對于它們的環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置所述多層環(huán), 由此獲得沿所述框架的側(cè)部延伸的階梯狀構(gòu)造; 通過放置所述框架以形成三角棱柱結(jié)構(gòu)來構(gòu)造所述磁芯,并且接合局部相鄰框架的所 述階梯狀側(cè)部以形成三個(gè)磁芯柱,該磁芯柱被設(shè)置成被所述三相磁感應(yīng)裝置的線圈緊密包 圍。
22·根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法,其中,所述制備所述框架的步驟包括退火步驟。
23·根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的方法,其中,所述制備所述框架的步驟還包括將所述 框架浸漬在粘合材料中的步驟。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21至23中的任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述構(gòu)造所述磁芯的步驟包 括以下步驟:在所述局部相鄰框架的所述接合階梯狀部分之間施加由電絕緣材料制成的一 個(gè)或更多個(gè)層。
25. -種制備三相磁感應(yīng)裝置的方法,該方法包括以下步驟: 制備包括多個(gè)多層環(huán)的三個(gè)磁芯框架,所述多個(gè)多層環(huán)中的每一個(gè)多層環(huán)由具有預(yù)定 帶寬度的磁性材料帶纏繞而成,所述環(huán)被設(shè)置在所述框架中,以形成沿所述框架的側(cè)部延 伸的階梯狀構(gòu)造; 將每一個(gè)所述框架橫向切割成上部和下部; 設(shè)置所述框架的所述下部以形成三角棱柱結(jié)構(gòu),并且接合所述框架的局部相鄰下部的 所述階梯狀側(cè)部以形成所述磁芯的三個(gè)下柱部; 在每一個(gè)所述下柱部上放置線圈;以及 將所述框架的所述上部附接在它們的相應(yīng)下部上。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法,其中,所述制備步驟包括以下步驟:相對于所述帶的 帶寬度,以一個(gè)在另一個(gè)上的方式連續(xù)纏繞磁性材料帶,以形成所述多個(gè)多層環(huán)。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法,其中,所述制備步驟包括以下步驟:單獨(dú)地纏繞由磁 性材料帶制成的多個(gè)多層環(huán),所述環(huán)中的至少一些環(huán)具有不同環(huán)寬度,并且相對于它們的 環(huán)寬度,以一個(gè)在另一個(gè)頂部上的方式同軸地疊置所述多層環(huán)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的方法,其中,所述制備步驟包括以下步驟:將所述分 離纏繞環(huán)中的一些環(huán)疊置在以一個(gè)在另一個(gè)上的方式纏繞帶的所述多層環(huán)的頂部上。
【文檔編號】H01F41/02GK104221105SQ201380014861
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】埃列塞爾·阿達(dá)爾, Y·波羅京斯基 申請人:U.T.T.獨(dú)特變壓器科技股份有限公司
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