專利名稱：用于變壓器等的磁性組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及例如用于變壓器或其它電氣設備的疊片磁性組件。
發明的
背景技術：
眾所周知，鐵類材料片制成的疊片用于各種電氣設備，提供磁路。變壓器中，疊片提供圍繞繞組或其它電導體流動的電流的磁路。
在某些使用中，當疊片組件用做過載繼電器的電傳感器磁心時，要求在低電流下線性響應，在整個期望的電流范圍內持續線性輸出，同時具有足夠高的飽和電平，疊片組件需要大的截面積和最小的氣隙。通常，這是通過使用相對薄的鐵類材料片的疊片來實現的，其構形一般是“U”或“D”的形式。通過依次層疊“U-U”或“D-U”疊片制成疊片。這種類型的結構一般需要在疊片端部有額外的寬度用于補償疊片組之間的留下的氣隙。而且一般來講，疊片鉚接在一起或者采用清漆或環氧樹脂粘結組合，或者甚至采用彈簧卡夾在一起。如果由于特定用途的特殊需要而不能存在額外的寬度，則每層采用兩個疊片以使氣隙最小。但是，當取消了額外寬度并且組件較窄時，則采用鉚接把疊片固定在一起變得極為困難。而且，當組件較厚時，彈簧卡喪失了其有效性，使用清漆和/或環氧樹脂來粘結會造成凌亂并且耗時。結果，用于變壓器等的疊片制成的磁性組件或是笨重，亦即不希望地大，其所用于的設備體積隨之增大，或是如果適當的尺寸滿足了特定用途所需磁性效率，則制造成本變得不希望的昂貴。
本發明旨在提供一種可以用于變壓器并且可以經濟地制造的小型磁性組件。
發明概述本發明的目的在于提供一種用于變壓器等的新型改進的磁性組件。更具體地講，本發明的目的在于提供一種可以經濟地制造并且體積小的組件，以便減少其在電氣設備的一定部分中所占的空間。
本發明的示例性實施例實現了上述目的，用于變壓器等的磁性組件包括第一組基本相同的疊片，每個疊片由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼。第一組疊片包括與隔開的相對第一表面側面相接的第一開口區域。第一固定裝置按組合關系固定第一組疊片。提供第二組基本相同的疊片，每個疊片由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼。第二固定裝置按組合關系固定第二組疊片。第二組疊片構成為與第一組疊片組合，由此限定鐵類材料的閉合回路。第二組疊片具有隔開的相對第二表面，構成為與第一表面對應之一互補并與其緊貼。在第一疊片與第二組疊片組合之前，第一表面之間的距離稍大于或稍小于第二表面之間的距離，以便通過第一組和第二組彼此的組合，在第一和第二組的第一和第二表面之間產生壓配合，按組合關系固定第一和第二組疊片。電氣繞組位于第一和第二組疊片的至少之一周圍，至少部分占據開口區域。
在優選實施例中，第一表面彼此面對，而第二表面朝向彼此相反。
在優選實施例中，第一和第二表面之一是凹面，第一和第二表面的另一個是凸面。
在另一個優選實施例中，第一和第二表面相互平行。
更為優選的實施例包括第三組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼。第三組疊片包括與隔開的相對第三表面側面相接的第二開口區域。還有第四組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼。第四組疊片構成為與第三組疊片組合，由此限定鐵類材料的閉合回路。第四組疊片具有隔開的相對表面，構成為與第三表面對應之一互補并與其緊貼。在第三疊片與第四組疊片組合之前，第三表面之間的距離稍大于或稍小于第四表面之間的距離，以便通過第三組和第四組相互的組合，在第三和第四組的第三和第四表面之間產生壓配合，按組合關系固定第三和第四組疊片。提供按緊貼關系固定第三組疊片的裝置和按緊貼關系固定第四組疊片的裝置。第三組疊片具有不同于第一組疊片的構型，而第二組疊片具有不同于第四組疊片的構型。采用裝置使第一和第二組與已組合的第三和第四組進行組合，使第一和第二開口區域對準。電氣繞組至少部分地占據兩個開口區域，以使磁性組件包含兩個鐵類材料的閉合回路，兩組疊片中的每一個均以一個回路疊片與另一個回路疊片搭接，實現要求的磁性效率。
在一個實施例中，第一和第四組疊片具有相同的構型，第二和第三組疊片具有相同的構型。在本發明的此實施例中，第一和第三組按緊貼關系組合，第二和第四組按緊貼關系組合，使明顯存在的氣隙最小化。
本發明的其它目的和優點將在以下的說明中給出、部分從說明中將可顯而易見，或者通過本發明的實施將可了解。通過在權利要求書中特別指出的介紹和組合，可以實現和獲得本發明的目的和優點。
附圖構成本說明書的一部分，展示了本發明的優選實施例，與以上給出的概述和以下給出的優選實施例的具體說明一起用于解釋本發明的原理。
圖1是體現本發明的傳感變壓器的透視圖。
圖2是去掉其線圈的傳感鐵心的分解圖。
圖3是用于把疊片固定在一起的所謂“局部沖孔(perfing)”或樁桿鎖扣結構的放大、局部剖面圖。
圖4是圖1實施例所用的第一和第二組疊片的側視圖。
圖5是圖1實施例所用的第三和第四組疊片的側視圖。
圖6是本發明另一實施例的透視圖。
圖7是圖6所示實施例的分解圖。
圖8是圖6和7所示實施例中使用的兩個疊片組件的視圖。
圖9是圖6實施例中使用的一個疊片構型的側視圖。
圖10是圖6實施例中使用的另一個疊片構型的側視圖。
圖11是圖9和10的疊片的一種組件構型的側視圖。
圖12是圖9和10的疊片的另一種組件構型的側視圖。
優選實施例的說明一種磁性組件的示例性實施例如圖1、2、4和5所示，其例如用于過載繼電器中的傳感鐵心變壓器。如圖可見包括概括表示為10的第一疊片組件，概括表示為12的第二疊片組件并與疊片組件10的一側緊貼，概括表示為14的安裝其上的電氣線圈組件。眾所周知，在傳感鐵心變壓器中，通常也使用另一種導體，例如按傳統方式穿過疊片組件10和12延伸而設置的傳統匯流條(未示出)。
線圈組件14是傳統的，包括由傳統絕緣材料例如塑料制成的線圈架16。電導體18圍繞線圈架卷繞，形成電氣線圈。
如圖4可見，疊片組件10由一組U形疊片20制成，其具有相對的一般是平行的腿22和24并且被回路段26連接。由此限定了中央開口區域28。如圖所示，開口區域28具有稍微擴大的上端30。正如從圖1可見，線圈架16釘住在腿24上，除了擴大區域30之外基本添滿了中央區域28。區域30留給上述匯流條(未示出)。
腿22分別終止于加工凹面32和34。腿22和24的端部還設置有用于開啟的槽口36。
在凹面32和34之間延伸的是第二組疊片38，與第一組20一起限定鐵類材料的閉合環路。疊片38終止于相反指向的凹面40和42，其與表面32和34互補及嵌合，從圖4清晰可見。
如圖5清晰可見，第二疊片組件12還包括一組通常是U形的疊片50，其具有的開口中央區域28如前所述具有擴大的開口端30。開口區域28可以被橋接疊片50的腿54、56的第四組疊片52封閉，再次形成鐵類材料的閉合環路。
重要的是應注意疊片組件10的加工表面32和34之間的距離，稍微小于疊片28的相對反向指向的表面40、42之間的距離。一般，距離之差在0.020英寸的數量級。這樣提供了一種措施，從而當表面32緊貼于表面40，表面34緊貼于表面42時，壓配合將把疊片38固定于疊片20。
為了按組合對準的關系固定各個疊片20，一般用公知的局部沖孔(perfing)或樁桿鎖扣的結構保持。樁桿鎖扣的一個例子如圖3所示，樁桿的最末端的疊片60包括開口62。鄰接的疊片64、66、68和70全部具有位移進入鄰接疊片的各自沖孔。于是，疊片64具有位移進入開口62的沖孔72，而疊片66包括位移進入沖孔72的沖孔74。疊片68包括位移進入沖孔74的沖孔76，而疊片70包括位移進入沖孔76的沖孔78。這種類型的結構在已有技術中是公知的，這里不再說明。形成局部沖孔或樁桿固定結構的設備可以例如從SwanbroCorporation of Elk Grove Village，lllinois or L.H.Carbide ofFort Wayne，Indiana獲得。
如圖2可見，構成部分第二疊片組件12的疊片50與構成部分第一疊片組件10的疊片20組裝在一起，利用正如在80處所示的那類鎖扣裝置全部固定在位。如80所示的類似結構可以用于把疊片52彼此并且與疊片38緊固。
在圖1-5所示實施例中，可以通過在槽口36放置工具并且對其施加張力，使第一疊片組件10的腿22和24稍微張開。這樣可使疊片38構成的疊片組件10部分和疊片52構成的疊片組件12部分橫向插入到位，當然這是在繞組組件14穿在疊片組件上之后。施加在槽口36的張力釋放之后形成壓配合。
在本發明的此實施例中可以特別看出，疊片20的構型不同于疊片50，同樣也不同于疊片38，不同于疊片52。組裝時，通常疊片38與疊片52對準，而疊片20與疊片50對準。但是，由于它們的構型存在差異，所以將考慮有搭接，防止產生影響組件磁性效率的任何單一連續的氣隙。通過適當地選擇每個組件10和12中的疊片數量，可以調節存在的氣隙，使系統設定在使用鐵心的設備特定部分所要求的電流強度范圍。
而且，更為優選的實施例如圖6-12所示。在此實施例中，也使用線圈組件14并且包括線圈架16，電氣繞組18繞于其上。在本發明的此實施例中使用兩個疊片組件，概括地表示為100和102。每個組件都是由多個疊片104和多個疊片106構成，兩種疊片壓配合成為組合關系。如圖所示，每個組件100和102中采用的疊片數量是相同的，全部疊片均是由鐵類材料、一般是鋼的薄片構成。但是，在某些情況，可以使用疊片數量不同和/或厚度不同的組件100和102，提高特定的磁性能。
每個組件100和102依次由一組疊片104和一組疊片106構成。疊片104的構型如圖9所示，基本是淺U形，具有與腿112和114側面相接的中央回路段110。腿112和114分別具有通常是平行的相互面對的表面116和118。
腿112和114之間的空間限定了中央開口區域120，如圖11所示，可以通過疊片106與疊片104的組合來封閉，如圖11所示，形成磁性材料的閉合回路。而且，開口區域120具有擴大的上端122，用于容納匯流條等，而開口區域120的其余部分容納線圈架16的一部分。
每個疊片106也是類似U形的，但是在此例中，兩個腿124的位置比腿112相互更為靠近，選取其尺寸以使其嵌套在腿112和114之內。按此方式，腿124和126具有一般是平行的相互面對的表面128和130，與組件104的腿112和114上的表面116和118壓配合。最好表面128和130比表面116和118更為遠離大約0.020英寸，以便實現要求的壓配合。
每個疊片106的回路段132延伸稍微超過腿124和26，提供伸出部分134和136，與腿112和114的外表面一起形成矩形外周形狀，如圖11和12所示。
圖11展示了如何配置疊片104和106，提供第一疊片組件100，而圖12展示了形成第二疊片組件102的疊片104和106的配置。
腿124和126的最外棱角可以如140處所示稍成倒角。類似倒角142可以位于腿112和114的內棱角，幫助組合，以使腿112、114被腿124和126稍微彎曲偏離，從而在表面116和128與表面118和130之間實現要求的壓配合。
一般來講，樁桿固定結構如144所示，一般如結合第一實施例所述的用做固定裝置。它們不僅用于固定疊片104和疊片106相互緊貼，而且還可以用于在組件100和102的界面使它們固定組合。
在僅需要兩種不同疊片構型的情形，亦即僅需要疊片104和106的疊片形狀的情形，如圖6-12所示的實施例是優選的。相反，對于圖1-5的實施例需要四種不同的疊片形狀，因而意味著其加工較為昂貴。
在圖6-12所示實施例中，通過使疊片104和106具有不同構型，然后使它們側對側地顛倒配置，使組件100與組件102緊貼堆疊，可以簡單地實現搭接從而控制氣隙損耗，如圖所示。
從上述可知，根據本發明的用于變壓器等的鐵心可以相當小的尺寸制成。為了通過鉚接來組裝疊片所需要的疊片寬部分得以避免。采用樁桿裝置使一定組的各個疊片彼此組裝，也提供了一種消除以前采用的其它固定方法例如彈簧卡或粘結劑的措施。同時，使用壓配合使疊片部分相互固定，限定至少局部被線圈占據的鐵類材料的閉合回路，提供了又一種避免傳統緊固方法的措施。最終，采用獨特的結構和方法使得傳感線圈結構經濟化，體積縮小，從而可以容易和有利地裝配在要求小尺寸的電氣設備中。
此外，不同構型疊片的獨特配置，可以根據傳感鐵心的最終用途，控制總體組件中的氣隙，實現要求的磁性效率。
其它優點和改進對于本領域技術人員來說是顯而易見的。因此，本發明應做較寬的理解，并不限于這里展示和介紹的具體細節和代表性裝置。所以，在不脫離由權利要求書及其等同物限定的本發明一般概念的精髓和范圍的條件下，可以做出各種改進。
權利要求
1.一種磁性組件，包括第一組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；所述第一組疊片包括與隔開的相對第一表面側面相接的第一開口區域；第一樁桿鎖扣，按組合關系固定所述第一組；第二組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；第二樁桿鎖扣，按組合關系固定所述第二組；所述第二組疊片構成為與所述第一組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第二組疊片具有隔開的朝向相反的第二表面，構成為與所述第一表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第一組疊片與所述第二組疊片組合之前，所述第一和第二表面中的一個之間的距離稍小于所述第一和第二表面中另一個之間的距離，以便通過所述第一組和第二組彼此的組合，在所述第一和第二組的所述第一和第二表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第一和第二組疊片；電氣繞組位于所述第一和第二組疊片的至少之一周圍，至少部分占據所述開口區域。
2.根據權利要求1的磁性組件，其中，所述第一和第二表面之一是凹面，所述第一和第二表面另一個是凸面。
3.根據權利要求1的磁性組件，其中，所述第一和第二表面一般相互平行。
4.根據權利要求1的磁性組件，還包括第三組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼；所述第三組疊片包括與隔開的相對第三表面側面相接的第二開口區域；第四組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按時準關系相互緊貼；所述第四組疊片構成為與所述第三組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第四組疊片具有隔開的朝向相反的第四表面，構成為與所述第三表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第三組疊片與所述第四組疊片組合之前，所述第三和第四表面中的一個之間的距離稍小于所述第三和第四表面中另一個之間的距離，以便通過所述第三組和第四組相互的組合，在所述第三和第四組的所述第三和第四表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第三和第四組疊片；按緊貼關系固定所述第三組疊片的裝置；按緊貼關系固定所述第四組疊片的裝置；所述第三組疊片具有不同于所述第一組疊片的構型；所述第二組疊片具有不同于所述第四組疊片的構型；使已組合的第一和第二組與已組合的第三和第四組進行組合的裝置，使所述第一和第二開口區域對準；所述電氣繞組至少部分地占據兩個所述開口區域；由此，所述磁性組件包含兩個鐵類材料的閉合回路，兩組疊片中的每一個均以一個回路疊片與另一個回路疊片搭接，實現要求的磁性效率。
5.根據權利要求4的磁性組件，其中，所述第一和第四組疊片具有相同的構型，所述第二和第三組疊片具有相同的構型，其中所述組合裝置按緊貼關系組合所述第一和第三組，按緊貼關系組合所述第二和第四組。
6.一種磁性組件，包括第一組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；所述第一組疊片包括與隔開的相對第一表面側面相接的第一開口區域；第一固定裝置，按組合關系固定所述第一組；第二組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；第二固定裝置，按組合關系固定所述第二組；所述第二組疊片構成為與所述第一組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第二組疊片具有隔開的相對第二表面，構成為與所述第一表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第一組疊片與所述第二組疊片組合之前，所述第一和第二表面中的一個之間的距離稍小于所述第一和第二表面中另一個之間的距離，以便通過所述第一組和第二組彼此的組合，在所述第一和第二組的所述第一和第二表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第一和第二組疊片；電氣繞組位于所述第一和第二組疊片的至少之一周圍，至少部分占據所述開口區域。
7.一種磁性組件，包括第一組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；所述第一組疊片包括與隔開的對置面對第一表面側面相接的第一開口區域；第一裝置，按組合關系固定所述第一組；第二組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；第二裝置，按組合關系固定所述第二組；所述第二組疊片構成為與所述第一組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第二組疊片具有隔開的朝向相反的第二表面，構成為與所述第一表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第一組疊片與所述第二組疊片組合之前，所述第一和第二表面中的一個之間的距離稍小于所述第一和第二表面中另一個之間的距離，以便通過所述第一組和第二組彼此的組合，在所述第一和第二組的所述第一和第二表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第一和第二組疊片；第三組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼；所述第三組疊片包括與隔開的、對置面對的第三表面側面相接的第二開口區域；第四組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼；所述第四組疊片構成為與所述第三組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第四組疊片具有隔開的朝向相反的第四表面，構成為與所述第三表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第三組疊片與所述第四組疊片組合之前，所述第三和第四表面中的一個之間的距離稍小于所述第三和第四表面中另一個之間的距離，以便通過所述第三組和第四組相互的組合，在所述第三和第四組的所述第三和第四表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第三和第四組疊片；按緊貼關系固定所述第三組疊片的裝置；按緊貼關系固定所述第四組疊片的裝置；所述第三組疊片具有不同于所述第一組疊片的構型；所述第二組疊片具有不同于所述第四組疊片的構型；使已組合的第一和第二組與已組合的第三和第四組進行組合的裝置，使所述第一和第二開口區域對準；電氣繞組位于所述第一和第二組疊片的至少之一周圍，至少部分占據所述開口區域；由此，所述磁性組件包含兩個鐵類材料的閉合回路，兩組疊片中的每一個均以一個回路疊片與另一個回路疊片搭接，實現要求的磁性效率。
8.根據權利要求7的磁性組件，其中，所述表面中互補表面是平行的。
9.一種磁性組件，包括第一組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；所述第一組疊片包括與隔開的、對置面對的第一表面側面相接的第一開口區域；第一裝置，按組合關系固定所述第一組；第二組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成，按對準關系相互緊貼；第二裝置，按組合關系固定所述第二組；所述第二組疊片構成為與所述第一組疊片組合，由此限定所述鐵類材料的閉合回路；所述第二組疊片具有隔開的朝向相反的第二表面，構成為與所述第一表面對應之一互補并與其緊貼；在所述第一組疊片與所述第二組疊片組合之前，所述第一和第二表面中的一個之間的距離稍小于所述第一和第二表面中另一個之間的距離，以便通過所述第一組和第二組彼此的組合，在所述第一和第二組的所述第一和第二表面之間產生壓配合，按組合關系固定所述第一和第二組疊片；第三組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼；所述第三組疊片包括與隔開的、對置面對的第三表面側面相接的第二開口區域；第四組基本相同的疊片，每個由鐵類材料薄片制成并且按對準關系相互緊貼；按緊貼關系固定所述第四組疊片的裝置；所述第三組疊片具有不同于所述第一組疊片的構型；所述第二組疊片具有不同于所述第四組疊片的構型；使已組合的第一和第二組與已組合的第三和第四組進行組合的裝置，使所述第一和第二開口區域對準；電氣繞組位于所述第一和第二組疊片的至少之一周圍，至少部分占據所述開口區域；由此，所述磁性組件包含兩個鐵類材料的閉合回路，兩組疊片中的每一個均以一個回路疊片與另一個回路疊片搭接，實現要求的磁性效率。
10.根據權利要求9的磁性組件，其中，全部所述組的疊片具有不同的構型。
11.根據權利要求10的磁性組件，其中，所述第一表面是凹面，所述第二表面是凸面并與所述第一表面拼合，所述第一和第三組的所述疊片一般是C狀，所述第一表面延伸超過所述第三表面，所述第二組疊片短于所述第四組疊片。
全文摘要
傳感鐵心變壓器的疊片鉚接對尺寸帶來限制,在傳感鐵心的疊片組合中使用粘結劑并且使用額外的緊固裝置,對該變壓器的成本帶來限制,通過使用在互補表面(32、34、40、42、116、118、128、130)壓配合的兩種疊片組件(10、12、100、102)。形成線圈組件(14)裝配其上的一組疊片組件,可以消除上述問題。利用樁桿固定結構(80、144)可以把各個疊片(20、38、50、52、104、106)固定在一起。
文檔編號H01F27/245GK1252159SQ98804104
公開日2000年5月3日 申請日期1998年3月30日 優先權日1997年4月11日
發明者T·L·馬夸特 申請人:西門子能量及自動化公司