СЕРДЕЧНИК КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ, КОНСТРУКЦИЯ ПРЕССА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
INDUCTOR CORE, ARRANGEMENT FOR PRESS AND MANUFACTURING METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Идея настоящего изобретения относится к сердечнику катушки индуктивности, конструкции пресса и способу изготовления.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Катушки индуктивности имеют широкий спектр применений, таких как обработка сигналов, фильтрация шумов, преобразование энергии, системы электропередач и т.д. Для обеспечения более компактных и более эффективных катушек индуктивности электропроводящая обмотка катушки может быть установлена в магнитопроводящий сердечник, то есть в сердечник катушки индуктивности.
Сердечники катушек индуктивности могут изготавливаться прессованием магнитомягкого порошкового материала, например, порошкового железа. Порошок может помещаться в полость, где порошок прессуется. В некоторых случаях может быть желательно спрессовать магнитомягкий порошковый материал до высокой плотности, чтобы, например, увеличить магнитное насыщение готового сердечника катушки индуктивности и т.д. В процессе изготовления этого можно достичь, увеличивая давление, оказываемое пуансонами. Максимально возможное давление ограничено, в частности, емкостью пресса, размером сердечника катушки индуктивности и типом прессуемого порошкового материала.
Сердечники катушек индуктивности могут изготавливаться в различных конструкциях. Фиг. 1a и 1b иллюстрируют сердечник 10 катушки индуктивности предшествующего уровня техники. На предшествующем уровне техники такую конструкцию иногда называют броневым сердечником. Сердечник 10 катушки индуктивности включает в себя опорный участок 11 сердечника, от которого в аксиальном направлении продолжаются внешний участок 12 сердечника и внутренний участок 13 сердечника. Обмотка (не показана для простоты) может наматываться вокруг внутреннего участка 13 сердечника. Опорный участок 11 сердечника может иметь выемку 14, и внешний участок 12 сердечника может иметь аксиально продолжающуюся щель 15. Выемка 14 предназначена для образования участка соединения обмотки, например, для соединения обмотки с электрическими компонентами вне сердечника 10 катушки индуктивности. Щель 15 предназначена для обеспечения прямого вывода участка соединения обмотки во внешний участок 12 сердечника. Благодаря выемке 14 участок соединения не займет значительного пространства обмотки внутри сердечника 10 катушки индуктивности, в котором может достигаться высокий коэффициент заполнения обмотки.
Основная геометрия сердечника катушки индуктивности, то есть без какой-либо выемки 14 и какой-либо щели 15, может быть изготовлена сравнительно быстро и эффективно за одну операцию прессования. Было бы желательно, чтобы сердечник 10 катушки индуктивности можно было также сформировать за одну операцию прессования. Однако наличие выемки 14 и щели 15 усложняет геометрию и структуру сердечника 10 катушки индуктивности и влияет на процесс изготовления. Более конкретно, авторы изобретения отмечают, что пуансон, ответственный за прессование опорного участка 11 сердечника и выемки 14, смещается во время прессования, при котором пуансон изгибается вдоль щели 15 и прижимается к стенке штампа. Кроме того отмечается, что эта проблема становится все более серьезной с увеличением усилия прессования и с увеличением размера сердечника катушки индуктивности.
Одним способом решения этой проблемы является формирование выемки 14 в опорном участке 11 сердечника и щели 15 во внешнем участке 12 сердечника фрезерованием после того, как сердечник катушки индуктивности, имеющий описанную выше основную геометрию, был спрессован. Однако отдельный процесс фрезерования увеличивает полное время изготовления и также требует, помимо прессовых инструментов, дополнительных инструментов для завершения изготовления броневого сердечника. Более того, в зависимости от геометрии сердечника катушки индуктивности и выбора материала, в некоторых случаях может быть практически неосуществимо фрезерование выемки 14 и щели 15 желаемой формы.
Другим способом решения этой проблемы является формирование сердечника 10 катушки индуктивности в таком прессе, который, дополнительно к первому набору пуансонов, формирующих общую структуру сердечника 10 катушки индуктивности, также включает в себя дополнительный пуансон для формирования выемки 14 и щели 15, причем дополнительный пуансон управляется независимо от первого набора пуансонов. Однако это приводит к гораздо более сложному и дорогому прессованию и оснащению.
Таким образом, в уровне техники существует потребность в сердечнике катушки индуктивности с выемкой и щелью, которые более рентабельны и могут изготавливаться с большей производительностью.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В свете вышесказанного целью идеи настоящего изобретения является удовлетворение этой необходимости в уровне техники. Согласно первому объекту идеи настоящего изобретения, эта и другие цели достигаются изготовлением сердечника катушки индуктивности из прессованного магнитного порошкового материала. Сердечник катушки индуктивности содержит: опорный участок сердечника, имеющий первую поверхность и противоположную вторую поверхность; внутренний участок сердечника, продолжающийся от первой поверхности в направлении, поперечном первой поверхности; внешний участок сердечника, продолжающийся, в направлении, поперечном первой поверхности, от первой поверхности до торцевой поверхности внешнего участка сердечника, причем внешний участок сердечника по меньшей мере частично окружает внутренний участок сердечника, таким образом формируя пространство вокруг внутреннего участка сердечника для размещения обмотки; в котором первая поверхность содержит выемку для размещения соединительного участка обмотки, причем упомянутая выемка продолжается по меньшей мере на часть расстояния между внутренним участком сердечника и внешним участком сердечника, и в котором внешний участок сердечника имеет щель, продолжающуюся от упомянутой торцевой поверхности к выемке, и в котором вторая поверхность содержит первый выступ, расположенный напротив выемки.
Такая конструкция изобретения позволяет получить легкий и компактный сердечник катушки индуктивности выгодным и сравнительно простым способом. Посредством выемки и щели соединительный участок обмотки может удобно проходить через щель и выемку, не занимая какого-либо значительного пространства обмотки внутри сердечника катушки индуктивности.
Кроме того, первый выступ, расположенный напротив выемки, позволяет производить сердечник катушки индуктивности, имеющий выемку и щель, за единственную операцию прессования, то есть не требуя какой-либо последующей обработки (такой, как отдельный процесс фрезерования). Кроме того, этого можно достигнуть, используя сравнительно простой пресс, например, не требующий упомянутого выше дополнительного независимо управляемого пуансона.
Установлено, что первый выступ, таким образом, позволяет сформировать опорный участок, а также выемку и щель, за единственную операцию, используя единственный пуансон (например, имеющего выступ для формирования выемки на первой поверхности опорного участка сердечника) и соответствующий встречный пуансон (например, имеющий углубление для формирования первого выступа на второй поверхности опорного участка сердечника). Первый выступ добавляет второй поверхности по меньшей мере часть объема, занимаемого выемкой, то есть взятого из опорного участка сердечника для формирования выемки, и таким образом делает возможным формирование опорного участка сердечника, уменьшая какое-либо смещение пуансона, которое в любом случае будет вызвано наличием выемки. Следовательно, сердечник катушки индуктивности может быть изготовлен выгодным и оперативным способом с использованием сравнительно простого пресса.
При попытке сформировать опорный участок сердечника, имеющий выемку, без какого-либо соответствующего первого выступа с использованием единственного пуансона и встречного пуансона, порошок вблизи выемки окажется спрессован больше, чем порошок, образующий другие части опорного участка. При больших усилиях прессования это может привести к большей неоднородности плотности в опорном участке сердечника, что может вызвать локальную перепрессовку и растрескивание. Учитывая это, с помощью первого выступа достигается такой дополнительный эффект, что неоднородность плотности в опорном участке сердечника может быть предпочтительно ограничена, тогда как в процессе изготовления можно применять большие усилия прессования при сниженном риске растрескивания.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, первый выступ имеет одинаковую протяженность по меньшей мере с частью выемки, поскольку продолжается вдоль по меньшей мере части выемки. Таким образом, можно получить такой сердечник катушки индуктивности, в котором выемка в передней поверхности скомпенсирована соответствующим первым выступом на второй поверхности. Таким образом, становится возможным изготовить опорный участок сердечника катушки индуктивности с более однородной плотностью материала, в то же время минимизировав при изготовлении какое-либо смещение пуансона, формирующего опорный участок сердечника.
Согласно одному варианту осуществления, первый выступ продолжается до внешнего края второй поверхности опорного участка сердечника.
Согласно одному варианту осуществления, выемка продолжается от внутреннего участка сердечника.
Согласно одному варианту осуществления, выемка имеет увеличивающуюся глубину вдоль направления от внутреннего участка сердечника. Таким образом, выемка может быть выполнена с сохранением потока, проходящего через площадь сечения опорного участка сердечника рядом с внутренним участком сердечника, где доступное сечение токопроводящей поверхности обычно является наименьшим.
Согласно одному варианту осуществления, выемка продолжается до внешнего края первой поверхности опорного участка сердечника. Таким образом, объем пространства обмотки, занятого соединительным участком обмотки, может быть предпочтительно уменьшен.
Согласно одному варианту осуществления, щель продолжается до выемки так, что щель соединяется с выемкой там, где выемка образует дно щели.
Таким образом, объем пространства обмотки, занятого соединительным участком обмотки, может быть предпочтительно уменьшен.
Согласно одному варианту осуществления, ширина щели больше или равна ширине выемки на внешнем крае первой поверхности опорного участка сердечника.
Согласно одному варианту осуществления, ширина первого выступа больше или равна ширине выемки.
Согласно одному варианту осуществления, участки стенки внешнего участка сердечника, ограничивающие щель, продолжаются параллельно направлению, поперечному первой поверхности. Это может упростить изготовление сердечника катушки индуктивности и позволяет использовать пуансоны с простой геометрией.
Согласно альтернативному варианту осуществления, ширина щели уменьшается по направлению к выемке.
Согласно одному варианту осуществления, вторая поверхность дополнительно содержит центральный выступ, расположенный прямо напротив внутреннего участка сердечника. Центральный выступ может позволить прочное крепление сердечника катушки индуктивности, поскольку область контакта второй поверхности с опорной поверхностью может быть увеличена. Это может также позволить увеличить теплоотдачу от сердечника катушки индуктивности к монтажной поверхности.
Согласно одному варианту осуществления, центральный выступ имеет в плоскости второй поверхности размер, равный или больший размера внутреннего участка сердечника в направлении, поперечном первой поверхности.
Согласно одному варианту осуществления, первый выступ продолжается между центральным выступом и внешним краем второй поверхности опорного участка сердечника, причем упомянутый первый выступ таким образом соединяется с центральным выступом.
Согласно одному варианту осуществления, протяженность упомянутого первого выступа в направлении, поперечном второй поверхности, соответствует или превышает протяженность центрального выступа в направлении, поперечном второй поверхности.
Согласно одному варианту осуществления, вторая поверхность дополнительно содержит периферический выступ, продолжающийся вдоль внешнего края второй поверхности опорного участка сердечника. Так же, как и центральный выступ, периферический выступ может позволить прочное крепление сердечника катушки индуктивности к монтажной поверхности, поскольку таким образом можно увеличить площадь контакта между второй поверхностью и монтажной поверхностью. Это также может позволить увеличить теплоотдачу от сердечника катушки индуктивности.
Согласно одному варианту осуществления, протяженность периферического выступа в направлении, поперечном второй поверхности, больше или равна протяженности первого выступа в направлении, поперечном второй поверхности.
Согласно одному варианту осуществления, первая поверхность содержит по меньшей мере две выемки, причем упомянутые по меньшей мере две выемки продолжаются по меньшей мере на часть расстояния между внутренним участком сердечника и внешним участком сердечника, и причем вторая поверхность, для каждой из упомянутых по меньшей мере двух выемок, содержит выступ, расположенный напротив соответствующей выемки. Так же, как центральный выступ и периферический выступ, добавление дополнительных пар выемок и выступов может позволить более прочное крепление сердечника катушки индуктивности, поскольку площадь контакта второй поверхности и монтажной поверхности таким образом может быть увеличена. Это может также позволить увеличить теплоотдачу от сердечника катушки индуктивности.
Согласно одному варианту осуществления, по меньшей мере две выемки и соответствующие выступы имеют симметричное угловое распределение на первой и второй поверхностях. Это может дополнительно улучшить стабильность при креплении сердечника катушки индуктивности на монтажную поверхность.
Согласно одному варианту осуществления, плотность в первой части опорного участка сердечника, включающего любую из упомянутых выше выемок, отличается от плотности во второй части опорного участка сердечника, не включающего какой-либо выемки, на 10% или менее, и более предпочтительно на 5% или менее, и наиболее предпочтительно на 2,5% или менее. Как упомянуто выше, первый выступ добавляет ко второй поверхности по меньшей мере некоторый вещественный объем опорного участка сердечника, занятый выемкой, то есть взятый для формирования выемки. Чем больше соответствие между выемкой и первым выступом тем меньшая неоднородность плотности может быть достигнута.
Согласно одному варианту осуществления, размер внешнего участка сердечника в направлении, поперечном первой поверхности, превосходит размер внутреннего участка сердечника в направлении, поперечном первой поверхности. Согласно дополнительному объекту, дается комбинация сердечника катушки индуктивности, содержащая два таких сердечника катушки индуктивности, в которой торцевая поверхность внешнего участка сердечника первого сердечника катушки индуктивности зацепляется с торцевой поверхностью внешнего участка сердечника второго сердечника катушки индуктивности, и в которой внутренние участки сердечников вместе образуют удлиненный внутренний участок сердечника, имеющий воздушный зазор. В некоторых применениях может быть желательным использовать сердечник катушки индуктивности, имеющий воздушный зазор, поскольку правильно расположенный воздушный зазор, среди прочего, может уменьшить чувствительность катушки к колебаниям тока.
Согласно одному варианту осуществления, спрессованный магнитомягкий порошковый материал включает по меньшей мере 80% железа по весу, более предпочтительно по меньшей мере 90% железа по весу и наиболее предпочтительно по меньшей мере 95% железа по весу. Увеличенное процентное содержание железа может улучшить прессуемость порошка. Сердечник катушки индуктивности по настоящему изобретению может быть легко сформован сравнительно простой операцией прессования, как обсуждалось выше, из порошка с высокой прессуемостью, тогда как формирование сердечника катушки индуктивности предыдущего уровня техники из порошка с высокой прессуемостью приведет к увеличению смещения пуансона.
Согласно дополнительному объекту дается конструкция пресса для изготовления сердечника катушки индуктивности из магнитомягкого порошкового материала, причем конструкция содержит:
- внутренний пуансон, выполненный с возможностью приложения первого усилия прессования в первом направлении прессования,
- средний пуансон, выполненный с возможностью приложения второго усилия прессования в первом направлении прессования, причем средний пуансон имеет пространство, продолжающееся в первом направлении прессования и выполненное с возможностью приема по меньшей мере участка внутреннего пуансона, причем средний пуансон дополнительно имеет первый участок, выступающий в первом направлении прессования, и второй участок, выступающий во внешнем направлении, поперечном первому направлению прессования, и продолжающийся вдоль первого направления прессования,
- внешний пуансон, выполненный с возможностью приложения третьего усилия прессования в первом направлении прессования, причем внешний пуансон включает пространство, продолжающееся в первом направлении прессования и выполненное с возможностью приема по меньшей мере участка среднего пуансона, причем внешний пуансон дополнительно имеет щель, продолжающуюся в первом направлении прессования, и ведущую в упомянутое пространство, и предназначенную для приема по меньшей мере участка второго выступа,
- встречный пуансон, выполненный с возможностью выравнивания с внутренним пуансоном, средним пуансоном и внешним пуансоном вдоль первого направления прессования, причем встречный пуансон дополнительно предназначен для приложения четвертого усилия прессования во втором направлении прессования, противоположном первому направлению прессования, для образования встречного усилия к первому, второму и третьему усилиям прессования, причем встречный пуансон дополнительно имеет углубление, причем общий пуансон расположен так, что углубление выровнено с первым участком среднего пуансона, и
- штамп, имеющий пространство, выполненное с возможностью приема по меньшей мере участка внешнего пуансона, среднего пуансона, внутреннего пуансона и встречного пуансона.
Внутренний пуансон, средний пуансон, внешний пуансон и встречный пуансон могут управляться независимо.
Конструкция по изобретению может использоваться для формирования сердечника катушки индуктивности согласно первому объекту единственной операцией прессования. Посредством встречного пуансона, имеющего углубление, расположенного так, что углубление выровнено с первым выступающим участком второго пуансона, сердечник катушки индуктивности, включающий опорный участок с выемкой, может быть сформирован с уменьшенным риском смещения среднего пуансона. Кроме того, второй выступающий участок вместе с щелью внешнего пуансона позволяет сформировать внешний участок сердечника, имеющий щель, единственной операцией прессования.
Согласно дополнительному объекту дается способ изготовления сердечника катушки индуктивности, содержащий:
- помещение магнитомягкого порошкового композита в полость, включающую в себя первый парциальный объем для формирования внутреннего участка сердечника, второй парциальный объем для формирования внешнего участка сердечника, имеющего щель, и третий парциальный объем для формирования опорного участка сердечника, имеющего выемку на первой стороне опорного участка сердечника, и
- одновременное прессование порошка в первом, втором и третьем парциальных объемах вдоль общей оси для формирования сердечника катушки индуктивности с использованием пуансона, выполненного с возможностью формирования выступа на второй стороне опорного участка сердечника, со второй стороной, расположенной напротив первой стороны, причем выступ формируется прямо напротив выемки.
Преимущества данного объекта соответствуют преимуществам объекта изобретения, относящегося к сердечнику катушки индуктивности и объекта, относящегося к конструкции, при этом следует сослаться на приведенное выше обсуждение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Описанные выше, а также дополнительные объекты, признаки и преимущества идеи настоящего изобретения будут более понятны посредством следующего иллюстративного и неограничивающего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящей идеи изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых одинаковые ссылочные позиции соответствуют одинаковым элементам, в котором:
Фиг. 1a и 1b представляют собой виды в перспективе, иллюстрирующие сердечник катушки индуктивности предыдущего уровня техники.
Фиг. 2a и 2b представляют собой виды в перспективе, иллюстрирующие вариант осуществления сердечника катушки индуктивности согласно идее настоящего изобретения.
Фиг. 3 показывает сечение сердечника катушки индуктивности согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 4 схематически иллюстрирует комбинацию сердечника катушки индуктивности согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 5a и 5b представляют собой, соответственно, вид сверху и вид сбоку сердечника катушки индуктивности согласно дополнительному варианту осуществления.
Фиг. 6 схематически иллюстрирует сердечник катушки индуктивности согласно дополнительному варианту осуществления.
Фиг. 7 представляет собой вид с пространственным разделением деталей конструкции пресса согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 8 и 9 схематически иллюстрируют конструкцию пресса в конфигурации заполнения.
Фиг. 10 схематически иллюстрирует конструкцию пресса в конфигурации прессования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Вариант осуществления сердечника 20 катушки индуктивности согласно идее настоящего изобретения теперь будет описан со ссылками на фиг. 2a и 2b.
Сердечник 20 катушки индуктивности может быть выполнен из спрессованного магнитомягкого порошкового материала. Порошковый материал может быть ферритовым порошком, железным порошком высокой чистоты, Fe-Si порошком, другими порошками сплавов кремния, сплавом железа с фосфором или некоторыми другими порошковыми материалами со схожими свойствами. В некоторых случаях материал может быть магнитомягким композитным порошковым материалом, содержащим магнитомягкий порошок (например, железа), имеющим электроизолирующий слой. Примерами композитных материалов, которые могут использоваться, являются Somaloy 110i, Somaloy 130i, Somaloy 500, Somaloy 700 и Somaloy 1000, которые выпускает Hцganдs AB, S-263 83, Hцganдs, Швеция.
Сердечник 20 катушки индуктивности содержит опорный участок 21 в форме диска, продолжающийся в радиальном направлении. Опорный участок 21 сердечника включает в себя первую поверхность 21a и вторую поверхность 21b, противоположную первой поверхности 21a. Сердечник 20 катушки индуктивности дополнительно содержит внутренний участок 23, продолжающийся перпендикулярно от первой поверхности 21a, таким образом определяя продольное направление, то есть аксиальное направление. Внутренний участок 23 сердечника имеет круглое сечение. Сердечник 20 катушки индуктивности дополнительно содержит внешний участок 22, продолжающийся в аксиальном направлении от первой поверхности 21a к торцевой поверхности 26 внешнего участка 22 сердечника.
Внутренний участок 23 сердечника продолжается от центральной части опорного участка 21 сердечника. Внешний участок 22 сердечника продолжается от радиально внешней части опорного участка 21 сердечника. Внешний участок 22 сердечника образует периферическую оболочку сердечника 20 катушки индуктивности.
Как показано на фиг. 2a и 2b, внутренний участок 23 сердечника может иметь отверстие, продолжающееся в аксиальном направлении. Отверстие может быть сквозным отверстием. Отверстие может быть предназначено для присоединения крепежных средств, таких как болт и т.п., для крепления сердечника 20 катушки индуктивности к внешней структуре.
Как показано на фиг. 2a и 2b, внешний участок 22 сердечника по меньшей мере частично окружает внутренний участок 23 сердечника в радиальном направлении. Таким образом формируется кольцевое пространство, проходящее радиально и аксиально между внутренним участком 23 сердечника и внешним участком 22 сердечника. В это пространство может быть установлена обмотка. Например, одна или более обмоток могут быть намотаны вокруг внутреннего участка 23 сердечника несколько раз.
Внешний участок 22 сердечника имеет щель 25. Щель 25 продолжается от торцевой поверхности 26 к первой поверхности 21a. Щель 25 проходит через всю радиальную толщину внешнего участка 22 сердечника и таким образом продолжается в пространство обмотки. Участки стенок внешнего участка 22 сердечника, ограничивающие щель 25, продолжаются параллельно аксиальному направлению.
Первая поверхность 21a имеет единственную выемку 24, продолжающуюся в радиальном направлении от внутреннего участка 23 сердечника к щели 25, таким образом соединяясь с щелью 25 там, где выемка 24 образует дно щели 25. В радиальном положении, где выемка 24 соединяется с щелью 25, выемка 24 и щель 25 имеют примерно равную ширину, то есть равные угловые размеры.
Выемка 24 предназначена для размещения одного или более соединительных участков одной или более обмоток, установленных вокруг внутреннего участка 23 сердечника. В особенности соединительный участок внутреннего оборота обмотки может быть установлен в выемку 24. Щель 25 предназначена для обеспечения прямого вывода соединительного участка во внешний участок 22 сердечника. Соединительные участки обмоток могут, таким образом, проходить через щель 25 и вдоль первой поверхности 21a опорного участка 21 сердечника к внутреннему участку 23 сердечника, занимая при этом минимальный объем пространства обмотки.
Вторая поверхность 21b содержит выступ 27. Выступ 27 выступает в аксиальном направлении. Выступ 27 продолжается в радиальном направлении от центральной части второй поверхности 21b к внешнему радиальному краю второй поверхности 21b. Выступ 27 имеет одинаковую протяженность с выемкой 24, поскольку проходит вдоль и параллельно выемке 24.
Фиг. 3 показывает вид в разрезе сердечника 20 катушки индуктивности, выполненном перпендикулярно радиальной протяженности выемки 24 и выступа 27. Как видно, выемка 24 и выступ 27 расположены прямо напротив друг друга. Выемка 24 имеет поперечный профиль вдоль поверхности сечения. Выступ 27 имеет соответствующий поперечный профиль вдоль поверхности сечения. Профиль выемки 24 и профиль выступа 27 вместе определяют толщину материала в той части опорного участка 21 сердечника, где имеются выемка 24 и выступ 27.
Относительная толщина материала опорного участка 21 сердечника в области выемки может меняться в зависимости от конкретного выбора порошкового материала и плотности готового сердечника катушки индуктивности. При любом отношении выступ 27 добавляет второй поверхности 21b по меньшей мере некоторую толщину материала, взятого с первой поверхности 21a для образования выемки 24.
1
2
В дальнейшем ρ обозначает плотность в первой части опорного участка 21 сердечника между выемкой 24 и выступом 27, и ρ обозначает плотность во второй части опорного участка 21 сердечника, не имеющего какой-либо выемки, то есть вне какой-либо выемки. Первая и вторая части опорного участка 21 сердечника представляют собой часть, расположенную между внутренним участком 23 сердечника и внешним участком 22 сердечника. В терминах цилиндрической геометрии сердечника 20 катушки индуктивности 20, первая и вторая части опорного участка 21 сердечника могут быть частями сегмента круглой формы опорного участка 21 сердечника, расположенного радиально между внутренним участком 23 сердечника и внешним участком 22 сердечника.
1
1
2
2
ρ может быть средней плотностью первой части опорного участка 21 сердечника. Альтернативно, ρ может быть максимальной плотностью первой части опорного участка 21 сердечника. Аналогично, ρ может быть средней плотностью второй части опорного участка 21 сердечника. Альтернативно, ρ может быть максимальной плотностью второй части опорного участка 21 сердечника.
1
2
1
2
2
1
2
1
2
1
2
Для сердечника катушки индуктивности, сформированного единичной операцией прессования, ρ может, отчасти из-за выемки 24, до некоторой степени отличаться от ρ. Другими словами, Δρ=(ρ-ρ)/ρ может быть больше 0. За счет комбинации выемки 24 и выступа 27, разницу плотностей Δρ можно преимущественно ограничить. Согласно одному примеру, Δρ может составлять 10% или менее, например, разница плотностей Δρ может быть по существу от 0% до 10%. Другими словами, ρ/ρ может быть от 1 до 1,1. Согласно другому примеру, разница плотностей Δρ может быть 5% или менее, например, по существу от 0% до 5%. Другими словами, ρ/ρ может быть от 1 до 1,05. Согласно другому примеру, разница плотностей Δρ может быть 2,5% или менее, например, по существу от 0% до 2,5% Другими словами, ρ/ρ может быть от 1 до 1,025. Согласно еще одному дополнительному примеру, первая часть и вторая часть опорного участка 21 сердечника могут иметь одинаковые плотности. Другими словами, сегмент опорного участка 21 сердечника, проходящий между внутренним участком 23 сердечника и внешним участком 22 сердечника может иметь по существу однородную плотность.
Возвращаясь к варианту осуществления, показанному на фиг. 3, края выемки 24 скруглены. Выемка 24 таким образом имеет ширину, которая уменьшается в аксиальном направлении, от уровня первой поверхности 21a до уровня дна выемка 24. Скругление выемки 24 может уменьшить риск повреждения любой изоляции соединительного участка обмотки. Хотя это и не показано на фиг. 3, края выступа 27 могут быть также скруглены. Выступ 27 может поэтому иметь ширину, которая уменьшается в аксиальном направлении от уровня второй поверхности 21b до уровня верхней поверхности выступа 27. Такие небольшие переходы могут упростить изготовление сердечника 20 катушки индуктивности, снизив риск растрескивания опорного участка 21 сердечника из-за неровных или острых краев.
Как показано на фиг. 2b, вторая поверхность 21b имеет расположенный по центру круговой выступ 28. Центральный выступ 28 выступает в направлении, поперечном второй поверхности 21b. Центральный выступ 28 расположен прямо напротив внутреннего участка 23 сердечника. Центральный выступ 28 имеет расширение в плоскости второй поверхности 21b, причем это расширение по существу равно радиальной протяженности внутреннего участка 23 сердечника. В терминах цилиндрической геометрии сердечника 20 катушки индуктивности, радиус центрального выступа 28 поэтому приблизительно равен радиусу внутреннего участка 23 сердечника. Выступ 27 продолжается от центрального выступа 28 и поэтому соединяется с центральным выступом 28 на его внешнем крае.
Согласно альтернативной конструкции, центральный выступ 28 может иметь вместо этого форму кольца. Больший радиус может быть по существу равен, или быть больше, радиальной протяженности внутреннего участка 23 сердечника. Меньший радиус может быть по существу равен, или быть меньше, радиальной протяженности внутреннего участка 23 сердечника. Центральный выступ в форме кольца может обеспечить устойчивую монтажную поверхность, при этом используя меньше материала, чем круговой выступ.
Возвращаясь к фиг. 2b, вторая поверхность 21b дополнительно имеет периферический выступ 29, продолжающийся вдоль внешнего края второй поверхности опорного участка 21 сердечника. Периферический выступ 29 выступает в направлении, поперечном второй поверхности 21b. Периферический выступ 29 расположен прямо напротив внешнего участка 22 сердечника. Периферический выступ 29 имеет в радиальном направлении толщину, по существу равную радиальной толщине внешнего участка 22 сердечника. Альтернативно, толщина периферического выступа 29 может быть меньше или больше толщины внешнего участка 22 сердечника.
Периферический выступ 29 продолжается от первой стороны выступа 29, вдоль окружности второй поверхности 21b, до второй стороны выступа 29, противоположной первой стороне выступа 29. Периферический выступ 29 таким образом соединяется с выступом 27 на его внешней части.
Выступ 27 продолжается от центрального выступа 28 до внешнего края второй поверхности 21b. Выступ 27, центральный выступ 28 и периферический выступ 29 вместе образуют общую выступающую поверхность второй поверхности 21b. Аксиальная протяженность периферического выступа 29 приблизительно равна аксиальной протяженности выступа 27. Аксиальная протяженность центрального выступа 28 приблизительно равна аксиальной протяженности выступа 27.
Чтобы получить закрытый сердечник катушки индуктивности, на верхнюю поверхность 26 сердечника 20 катушки индуктивности можно установить крышку. Форма крышки может меняться в зависимости от геометрии сердечника катушки индуктивности. Для цилиндрической геометрии сердечника 20 подходит крышка в форме диска. Альтернативно и как показано на фиг. 4, два сердечника 20a и 20b катушек индуктивности, причем каждый подобен сердечнику 20 катушки индуктивности, могут быть установлены так, что их соответствующие торцевые поверхности 26 зацепляются друг с другом. В некоторых случаях аксиальная протяженность внешнего участка 22 по меньшей мере одного из сердечников 20a, 20b катушки индуктивности может превосходить аксиальную протяженность соответствующего внутреннего участка 23a, 23b сердечника, так что образуется комбинация 40 сердечника катушки индуктивности, содержащая удлиненный внутренний участок сердечника, имеющий аксиально продолжающийся зазор 41.
Выше идея изобретения описывалась главным образом со ссылкой на конкретный вариант осуществления. Тем не менее, что легко понятно специалистам в данной области техники, равно возможны другие варианты осуществления, отличные от описанных выше.
Например, центральный выступ 28 и/или периферический выступ 29 могут считаться опциональными. Поэтому дается альтернативный вариант осуществления сердечника катушки индуктивности, подобного сердечнику 20 катушки индуктивности, однако не включающего периферический выступ 28 и/или центральный выступ 29.
Согласно дополнительному примеру, выемка 24 и выступ 27 необязательно продолжаются в строго радиальном направлении. Вместо этого может даваться такая катушка индуктивности, которая имеет выемку и выступ, продолжающиеся изогнуто между внутренним участком сердечника и внешним участком сердечника.
Согласно дополнительному примеру, выемка 24 и выступ 27 необязательно имеют постоянную ширину. Вместо этого может даваться такая катушка индуктивности, которая имеет выемку и выступ, имеющие ширину, которая возрастает или убывает вдоль радиально внешнего направления.
Фиг. 5a показывает вид сверху сердечника 50 катушки индуктивности согласно дополнительному варианту осуществления. Фиг. 5b показывает вид снизу сердечника 50 катушки индуктивности. Сердечник 50 катушки индуктивности подобен сердечнику 20 катушки индуктивности, однако отличается тем, что имеет более чем одну выемку и более чем один соответствующий выступ. Более конкретно, опорный участок сердечника 50 катушки индуктивности имеет первую поверхность 51a и противоположную вторую поверхность 51b. Первая поверхность 51a имеет три выемки 54a, 54b, 54c. Выемки симметрично распределены на первой поверхности 51a в угловом направлении так, что между соседними парами выемок образуется угол, равный приблизительно 120°. Тем не менее, возможны также другие распределения. Вторая поверхность 51b имеет три выступа 57a, 57b, и 57c. Выступ 57a расположен прямо напротив выемки 54a. Выступ 57b расположен прямо напротив выемки 54b. Выступ 57c расположен прямо напротив выемки 54c. Выемки 54a, 54b, 54c разделяют первую поверхность 51a на три области в форме секторов. Соответственно, выступы 57a, 57b, 57c разделяют вторую поверхность 51b на три области в форме секторов.
Щель 25 продолжается от торцевой поверхности внешнего участка сердечника к выемке 54a. Выемка 54a, таким образом, образует дно щели 25.
Вторая поверхность 51b дополнительно содержит три периферических выступа 59a, 59b, 59c. Каждый из периферических выступов 59a, 59b, 59c расположен прямо напротив внешнего участка 22 сердечника. Каждый один из периферических выступов 59a, 59b, 59c имеет в радиальном направлении толщину, по существу равную радиальной толщине внешнего участка 22 сердечника.
Периферический выступ 59a продолжается между первым выступом 57a и вторым выступом 57b. Периферический выступ 59b продолжается между выступом 57b и выступом 57c. Периферический выступ 59c продолжается между выступом 57c и выступом 57a. Периферические выступы 59a, 59b, 59c таким образом соединяются с выступами 57a, 57b, 57c на внешней их части.
Аксиальные протяженности периферических выступов 59a, 59b, 59c приблизительно равны аксиальной протяженности выступа 27. Периферические выступы 59a, 59b, 59c и радиально внешние части выступов 57a, 57b, 57c таким образом вместе определяют непрерывный кольцевой периферический выступ.
На фиг. 5a и 5b выемки 54a-c, как и выступы 57a-c, показаны имеющими одинаковые размеры и, более конкретно, одинаковые ширины. Однако, согласно альтернативе, выемки 54a-c как и выступы 57a-c, могут иметь различные размеры и, более конкретно, разные ширины. В особенности две выемки 54b-c могут иметь меньшую ширину, чем выемка 54a. Аналогично, два выступа 57b-c могут иметь меньшую ширину, чем выступ 57a.
Следует отметить, что сердечник катушки индуктивности может иметь другое количество выемок и выступов, чем одна и три, как описано выше. Например, сердечник катушки индуктивности может иметь две выемки и два соответствующих выступа. В этом случае две выемки (и два выступа) могут располагаться под углом в 180° относительно друг друга.
В сердечнике 20 катушки индуктивности, описанном выше, выемка 24 продолжается от внутреннего участка 23 сердечника до щели 25. Согласно альтернативному варианту осуществления, самая внутренняя радиальная часть выемки 24 отделена от внутреннего участка 23 сердечника расстоянием, то есть ненулевым расстоянием. Это может быть полезно, например, при использовании многослойной обмотки, имеющей такую толщину, что внешний слой обмотки с трудом совпадает с самой внутренней радиальной частью выемки 24, причем соединительный участок обмотки, который следует разместить в выемке, выходит из обмотки у внутренней радиальной части выемки 24. В этом случае соответствующий выступ 27 может иметь одинаковую протяженность или быть короче или длиннее выемки 24.
Фиг. 6 показывает сечение сердечника 60a катушки индуктивности и сердечника 60b катушки индуктивности. Сердечник 60a катушки индуктивности установлен наверху сердечника 60b катушки индуктивности для получения замкнутого комбинированного сердечника катушки индуктивности. Сечение выполнено вдоль центральной оси сердечников 60a и 60b катушки индуктивности. Сердечники 60a и 60b подобны сердечнику 20 катушки индуктивности. Как показано на фиг. 6, сердечники 60a и 60b катушки индуктивности имеют центральный выступ 68 со скругленным краем. Центральный выступ 68 поэтому имеет в аксиальном направлении толщину, которая постепенно уменьшается в направлении наружу. Таким образом, можно сохранить пространство для обмотки за счет выемки 24, сохранив в то же время проводящую поток площадь сечения опорного участка 21 сердечника рядом с внутренней частью 23 сердечника, где доступная проводящая поток площадь сечения является наименьшей. Прохождение потока через сердечники катушки индуктивности схематически показано стрелкой P. Для варианта осуществления, показанного на фиг. 6, проводящая поток площадь сечения в радиальном положении r дается выражением:
,
где T(r,ϕ) означает толщину опорного участка сердечника в радиальном положении r и угловом положении ϕ (то есть по азимуту).
Со ссылками на фигуры 7-10 будут описаны конструкция 70 набора пуансонов и штамп, причем эта конструкция может использоваться в прессе для изготовления сердечника катушки индуктивности, и способ изготовления сердечника катушки индуктивности. В особенности конструкция 70 и способ могут использоваться для изготовления броневого сердечника 20, описанного выше.
Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение с пространственным разделением деталей конструкции 70. Чтобы достигнуть понимания конструкции 70 и способа изготовления ссылки будут также выполнены на признаки сердечника 20 катушки индуктивности.
Конструкция 70 включает в себя внутренний пуансон 71a, средний пуансон 72, внешний пуансон 73, встречный пуансон 74 и штамп 75. Внутренний пуансон 71, средний пуансон 72, внешний пуансон 73 и встречный пуансон 74 способны независимо перемещаться вдоль аксиального направления A под действием независимо управляемых приводов (для ясности не показаны). При использовании внутренний пуансон 71, средний пуансон 72 и внешний пуансон 73 способны прикладывать усилие прессования в первом направлении прессования, совпадающим с аксиальным направлением A. Встречный пуансон 74 способен прикладывать усилие прессования во втором направлении, противоположном первому направлению прессования, то есть, противоположном аксиальному направлению A.
Фиг. 8 показывает схематический вид конструкции 70 с сечением штампа 75 в разрезе. На фиг. 8 конструкция 70 показана в конфигурации, позволяющей принимать магнитомягкий порошковый материал в полость, образованную между пуансонами 71, 72, 73 и стенками сквозного отверстия 75a в штампе 75. Далее на эту конфигурацию конструкции 70 будут делаться ссылки как на конфигурацию заполнения.
Средний пуансон 72 имеет пространство 72a, проходящее насквозь через средний пуансон и вдоль направления A. Пространство 72a, таким образом, формирует аксиальное сквозное отверстие среднего пуансона 72. Сквозное отверстие 72a имеет размер сечения, то есть радиус, превосходящий размер сечения, то есть радиус, внутреннего пуансона 71. Сквозное отверстие 72a предназначено для приема внутреннего пуансона 71. Внутренний пуансон 71 подвижен относительно среднего пуансона 72. Более конкретно, внутренний пуансон 71 может скользить внутри сквозного отверстия 72a.
Соответствие между средним пуансоном 72 и внутренним пуансоном 71 таково, что по существу никакое количество порошка не может попасть между внутренним пуансоном 71 и средним пуансоном 72. Таким образом, стенки сквозного отверстия 72a и часть внутреннего пуансона 71, принятая в сквозное отверстие 72a, ограничивают первый парциальный объем V1 для приема порошка. Следовательно, торцевая поверхность внутреннего пуансона 71, обращенная к направлению A, образует дно объема V1. Первый парциальный объем V1 ограничивает внутренний участок 23 сердечника 20 катушки индуктивности.
Чтобы сделать возможным формирование выемки 24 в сердечнике 20 катушки индуктивности, как будет подробно описано далее, средний пуансон 72 имеет первый участок 72b, выступающий в направлении A. Первый участок 72b предназначен для формирования выемки 24. Чтобы сделать возможным формирование щели 25 в сердечнике 20 катушки индуктивности, средний пуансон 72 дополнительно имеет второй участок 72c, выступающий в радиальном направлении, поперечном направлению A. Второй участок 72c имеет первую боковую поверхность и противоположную вторую боковую поверхность. Эта первая и вторая боковые поверхности продолжаются параллельно направлению A. В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, первый участок 72b и второй участок 72c формируются вместе единым целым.
Внешний пуансон 73 имеет пространство 73a, проходящее насквозь через внешний пуансон и вдоль направления A. Пространство 73a таким образом формирует сквозное отверстие внешнего пуансона 73. Сквозное отверстие 73a имеет размер сечения, то есть радиус, превосходящий размер сечения, то есть радиус, среднего пуансона 72. Сквозное отверстие 73a предназначено для приема среднего пуансона 72.
Внешний пуансон 73 дополнительно имеет щель 73b, продолжающуюся вдоль направления A. Щель 73b продолжается сквозь полную радиальную толщину внешнего пуансона 73 и, таким образом, продолжается, или открывается, в сквозное отверстие 73a. Ширина, то есть угловой размер, щели 73b таков, что щель 73b может принимать второй участок 72c.
Соответствие между внешним пуансоном 73 и средним пуансоном 72 и соответствие между щелью 73b и вторым выступающим участком 72c таковы, что по существу никакое количество порошка не может попасть между внешним пуансоном 73 и средним пуансоном 72. Также, по существу никакое количество порошка не может попасть между стенками, определяющими щель 73b и боковыми поверхностями второго выступающего участка 72c.
Штамп 75 имеет пространство 75a, продолжающееся сквозь штамп и вдоль направления A. Пространство 75a, таким образом, формирует аксиальное сквозное отверстие среднего пуансона 75. Сквозное отверстие 75a имеет размер сечения, то есть радиус, превосходящий размер сечения, то есть радиус, внешнего пуансона 73. Тем не менее, соответствие между внешним пуансоном 73 и штампом 75 таково, что по существу никакое количество порошка не может попасть между внешними стенками внешнего пуансона 73 и стенками сквозного отверстия 75a.
В конфигурации заполнения второй участок 72c среднего пуансона 72 продолжается к внутренней стенке сквозного отверстия 75a штампа 75. Соответствие между средним пуансоном 72 и штампом 75 таково, что никакое количество порошка не может попасть между внешними стенками среднего пуансона 72 и стенками сквозного отверстия 75a штампа 75, и вместе с тем по существу никакое количество порошка не может попасть между вторым участком 72c и стенкой сквозное отверстия 75a.
Таким образом, стенки сквозного отверстия 75a, внешние стенки среднего пуансона 72 и второй участок 72c вместе ограничивают второй парциальный объем V2 для приема порошка. Второй парциальный объем V2 дополнительно ограничен частью внешнего пуансона 73, окружающей средний пуансон 72. Таким образом, торцевая поверхность внешнего пуансона 73, обращенная к направлению A, образует дно объема V2. Второй парциальный объем V2 ограничивает внешний участок 22 сердечника 20 катушки индуктивности.
Парциальный объем V2 продолжается в периферическом направлении от первой боковой поверхности второго участка 72c, через пространство между внешними стенками среднего пуансона 72 и стенками сквозного отверстия 75a, ко второй боковой поверхности второго участка 72c, противоположной первой боковой поверхности второго участка 72c. Парциальный объем V2, таким образом, формирует кольцевое пространство, частично окружающее средний пуансон 72, в котором предотвращается попадание порошкового материала в пространство, занятое вторым участком 72c.
Стенки сквозного отверстия 75a, торцевая поверхность среднего пуансона 72, обращенная к направлению A, и выступающий участок 72b вместе ограничивают третий парциальный объем V3 для приема порошка. Третий парциальный объем V3 ограничивает опорный участок 21 сердечника 20 катушки индуктивности, причем опорный участок 21 сердечника имеет выемку 24.
Первый парциальный объем V1 сообщается со вторым парциальным объемом V2 посредством парциального объема V3. Парциальные объемы V1, V2 и V3 вместе ограничивают полость для приема порошка, который необходимо спрессовать в сердечник катушки индуктивности.
Фиг. 9 иллюстрирует конструкцию 70 в конфигурации заполнения с немного другого угла, с которого видна торцевая поверхность 74a встречного пуансона 74. Торцевая поверхность 74a имеет углубление 74b для формирования выступа 27 на сердечнике 20 катушки индуктивности. Углубление 74b предназначено для выравнивания с первым участком 72b среднего пуансона 72.
Поверхность 74a встречного пуансона 74 имеет дополнительные углубления, выполненный с возможностью формирования сердечников катушки индуктивности, имеющих опциональный центральный выступ и опциональный периферический выступ, подобный центральному выступу 28 и периферическому выступу 29 с фиг. 2b. Поверхность 74a поэтому предназначена для формирования катушки индуктивности, имеющей общую выступающую поверхность, как показано на фиг. 2b, включающую выступ 27, центральный выступ 28 и периферический выступ 29. Следовательно, поверхность 74a может альтернативно или аналогично быть описана как поверхность 74a, имеющая один или более выступов для формирования частей второй поверхности 21b, которая не должная иметь какого-либо выступа.
В некоторых случаях внутренний пуансон 71 может иметь аксиально продолжающееся отверстие и дополнительный пуансон, причем отверстие внутреннего пуансона 71 предназначено для приема дополнительного пуансона. Дополнительный пуансон может использоваться для формирования аксиально продолжающегося сквозного отверстия во внутреннем участке 23 сердечника.
Так как конструкция 70 предполагает конфигурацию заполнения, полость, сформированная таким образом, заполняется порошком для прессования. Порошок принимается через верхнее отверстие полости, сформированное верхним просветом сквозного отверстия 75a в штампе 75. Порошок может быть любым из порошков, обсуждавшихся в связи с сердечником 20 катушки индуктивности. После того, как желаемое количество порошка помещено в полость, каждый один из внутреннего пуансона 71, среднего пуансона 72 и внешнего пуансона 73 вводятся для приложения усилия прессования вверх в аксиальном направлении A. Встречный пуансон 74 вводится для приложения противоположного усилия прессования вниз в аксиальном направлении. Предполагаемая конструкцией конфигурация может быть названа конфигурацией прессования, и она показана на фиг. 10. Порошок в первом, втором и третьем парциальных объемах может поэтому прессоваться одновременно вдоль оси A для формирования сердечника 20 катушки индуктивности.
Первый выступающий участок 72b таким образом формирует выемку 24 в опорном участке 21 сердечника 20 катушки индуктивности, и поверхность 74a встречного пуансона 74 формирует соответствующий выступ 27. Второй выступающий участок 72c предотвращает попадание порошка между вторым выступающим участком 72c и стенкой сквозного отверстия 75a штампа 75 и таким образом формирует щель 25.
Сердечник катушки индуктивности может поэтому быть снабжен как выемкой 24, так и щелью 25 за единственную операцию прессования и без какой-либо последующей обработки. За счет конструкции поверхности 74a встречного пуансона 74 можно наверняка снизить неравномерность плотности и, следовательно, даже нагрузку на средний пуансон 72, несмотря на наличие первого выступающего участка 72b.
Если бы поверхность 74a не была снабжена углублением 74b, первый выступающий участок 72b привел бы к степени уплотнения слоя порошка над участком 72b большей, чем степень уплотнения слоя порошка над другими частями прессующей поверхности среднего пуансона 72. Такой локальное переуплотнение может сместить средний пуансон 72, вдвигая поэтому первый выступающий участок 72b и/или второй выступающий участок 72c через щель 73b и в стенки сквозного отверстия 75a, таким образом разрушая штамп 75. Этот риск станет даже большим при увеличении усилий прессования. Поэтому конструкция 70 позволяет получить сердечник катушки индуктивности, имеющий повышенную плотность в опорном участке сердечника по сравнению со спрессованными сердечниками катушки индуктивности, которые имеются в продаже в настоящее время.
Хотя выше был описан сердечник катушки индуктивности и конструкция набора пуансонов и штампа, имеющая круглое сечение, идея изобретения не ограничивается этой конкретной формой. Например, сердечник катушки индуктивности может иметь эллиптическое сечение, прямоугольное сечение, многоугольное сечение и т.д. без отступления от объема идеи настоящего изобретения, определенной независимыми пунктами формулы изобретения.