专利名称：绞合导线的制作方法
绞合导线
本发明涉及绞合导线，具体来说用于电感加热装置、具有至少一
组根据权利要求1的前序的单股线(Einzelndraht)。
绞合导线具有一组被公共的绝缘外壳包围的细长单股线，是公知 的。比如，这种绞合导线应用在电感线圏中用于产生交变磁场，特别 是用在电感加热装置中。产生的随时间变化的;兹场的负面效应是在绞 合导线中的电流感应，所谓涡电流，它们会造成功率损耗。
本发明的任务尤其在于提供一般的(gattungsgemaesse)、关于降 低功率损耗具有更佳特性的绞合导线。
通过专利权利要求1的特征完成了该本发明的任务，而从从属权 利要求能够推出本发明有利的方案和变型。
本发明涉及绞合导线，尤其是用于电感加热装置、具有至少由一 组单股线的绞合导线。
建议绞合导线具有去电流耦合的间隔件，间隔件设置用于保持相 邻的单股线相距^f兹场弱化距离，从而能够减少功率损耗，尤其是基于 绞合导线中由交变磁场引起的功率损耗。
"磁场弱化距离，，尤其应该理解成到单股线的距离，在此距离处 的、由单股线中流过的电流所产生的》兹场强度远远小于该单股线边缘 的;兹场强度。特别地，如果与单股线间隔开的一点上的场强尤其小于 该单股线边缘处场强的80%，有利的是小于70%,优选小于50%，那 么在与单股线间隔开的该点处的场强"远小于"该单股线边缘处的,兹
场强度。
在此，交变》兹场在一点处的"场强"可以理解为随时间变化的;兹 场在该点处场强的时间均7fi。此处随时间变^f匕的-兹场可以用/f兹通密度
^或磁场强度^描述。本文用磁通密度》描述磁场。如果该点用向量^表示，时间用参数f表示，随时间变化的磁场强度用磁通密度的值来 表示，并且《>力=肩(1^，那么随时间变化的磁场在该点5处场强在时
间段T内的时间均值通过比如式子 。 算出。本文中
点3处的磁场"场强，，也可以理解成量值5②《5201 用B表示。
如果在传统绞合导线中通以交变电流，则绞合导线的单股线就置 身于由该单股线周围的单股线中的电流产生的交变^f兹场中。该交变;兹
场在单股线中感应出涡电流(亦称Eddy电流)，其造成了绞合导线的功 率损耗。在绞合导线中的一点^处的功率损耗，用尸表示，与交变磁
场在这点处的场强有关，满足关系式P(刁《^(巧。由周围的单股线产 生的磁场场强随着到单股线边缘的距离增大而减小，并满足已知比例 关系式^^=5。"々，其中r表示到单股线中心的距离， 表示单股线 的半径以及S。表示单股线边缘处的场强。通过优选使单股线与相邻的 单股线保持相距弱化距离的间隔件，可以有利地减小上述造成功率损 耗的邻近效应。此处"相邻的单股线，，能够理解为直接相邻的单股线。 在此"距离，，和"间距，，优选理解为与绞合导线延伸方向垂直的绞合 导线4黄截面上的距离。此外，"到"线的距离可理解为到线中心或线 边缘的距离。两根线"之间"的距离可理解为第一根线的中心或边缘 到第二根线的中心或边缘的距离。
此处的"单股线"尤其理解为绞合导线中的一根导电线，其中流 过的电流是流经绞合导线电流的一部分。绞合导线组优选具有三根以 上单股线。采用间隔件对于有利地至少有20根单股线的绞合导线特 别适合，优选至少有50根单股线的绞合导线，特别有利地，具有至 少100根单股线的绞合导线，由此能大幅P争低功率损耗。
绞合导线的"去电流耦合"件应该尤其理解为绞合导线的一种部 件，它在单股线中有电流通过的情况下保持无电流。为了在间隔件中 避免由感应电流造成的功率损耗，间隔件有利地用电绝缘材料制造。为了达到特别有效降低功率损耗的目的，磁场弱化距离有利地达
到单股线横截面尺寸(Erstreckung )的至少20%。这样能做到降低至 少50%的功率损耗。此处的"单股线横截面尺寸"尤其理解为单股线 在横截面上的尺寸。在此，横截面优选指沿着与单股线延伸方向相垂 直设置的平面的想象中的截面。单股线横截面尺寸与单股线横截面的 布置有关。比如如果单股线具有圓形横截面，单股线横截面尺寸优选 相应于单股线直径。如果绞合导线的单股线横截面尺寸不同，单股线 横截面尺寸可以理解为一组单股线中最小的单股线横截面尺寸，或者 平均的单股线横截面尺寸，或者最大的单股线横截面尺寸。
此外，建议间隔件在绞合导线横截面的电流区域的至少20%上延 伸。这样能做到较小的电流密度，从而能够在绞合导线中得到小的磁 场场强。此处"电流区域"尤其理解为绞合导线横截面上设置单股线 的区域。该区域优选由绝缘外壳限制。
根据本发明的 一个优选实施变型建议间隔件具有至少 一组去电 流耦合的线。由此能够实现特别柔性的绞合导线，可以容易地弯曲和 /或盘绕。去电流耦合的线从单股线之间经过，优选至少占绞合导线的 长度上的大部分(zumindest ueberwiegend ueber die Laenge der Litzenldtung )。在此，这些线尤其在绞合导线长度的至少50%上(ueber mindestens 50% )延伸，优选是绞合导线长度的至少70%，特别有利 的是绞合导线长度的至少90%。为了达到与传统绞合导线结构最低限 度的匹配以及生产上的简便性，有利地，这些线能够具有绞合导线单 股线的长度。
在本发明的另 一 个方案中建议间隔件具有涂覆件 (Beschichtungsmittel)，使用涂覆件来涂覆单股线。这样能够实现绞 合导线的简单、通用的生产工艺。为了获得大的弱化距离，单股线周 围的涂覆件在绞合导线的横截面上的距离上延伸，该距离优选达到单 股线的单股线横截面尺寸的至少10%。
在本发明的另 一个实施例中建议间隔件具有嵌入件，其中嵌入了该组单股线的至少 一 部分。这样能够实现简化的生产和坚固的绞合导 线。比如这部分由该组单股线的内线构成。此处的"内线"可以尤其 理解为该组单股线中的单股线，其^f皮一组边缘导线所包围，这些边缘 导线布置在绞合导线的边缘。在此，嵌入件可以使用材料填满相邻的 内线之间和/或内线和与内线相邻的边缘导线之间的间隙。此外嵌入件 同样可以填满边缘导线与绞合导线的绝缘外壳之间的间隙。
另夕卜，还建议间隔件要由橡胶状弹性材料(gummielastisch)来制 造。这样可以实现特别柔性的绞合导线，并且可以采用低成本的电绝 缘材料。此处的"橡胶状弹性"材料应该尤其理解为借助天然橡胶制 造的材料，比如树胶，和/或人造橡胶(比如合成橡胶)，或者是另一种 专业人员认为看来合理的、具有类似橡胶的弹性特点的材料。为了实 现坚固和耐久的绞合导线，优选由尤其耐温的合成橡胶制造间隔件。
此外，建议间隔件由硅材料制造，从而能获得成本低的间隔件。 间隔件尤其可以由硅橡胶制造，从而能廉价地实现耐温的间隔件。
在本发明的优选方案中建议单股线在绞合导线横截面上均匀分 布。从而可以最优地利用绞合导线横截面上供单股线使用的空间。此 外，在绞合导线横截面的大范围区域上实现均匀的电流密度，并且由 此能够避免局部增大磁场强度。比如单股线在绞合导线横截面上可以 具有规则的格状结构。
优选绞合导线构成为用于电感加热装置的电感线圏。在这种电感 加热装置中通过电感线圏产生强的磁场，在电感加热装置功率最大时 场强能达到40mT。对于这种应用，当电感加热装置的电感线圏使用 根据本发明的绞合导线时尤其有利，因为对于所产生的磁场，能避免 特别高的功率损耗。
下列附图描述给出另外的优点。附图展示了本发明的实施例。附 图、描述和权利要求包含了大量的特征组合。专业人员也将方便地逐 个考虑这些特征，并总结出其它合理的组合。
如图所示
图1电感烹调区(Induktionskochfdd)的俯视图，具有烹调区段 (Kochzone )和对应于烹调区段的电感加热装置； 图2具有电感线圏的电感加热装置示意图； 图3a电感线圈的绞合导线的导线横截面； 图3b图3a中绞合导线的纵剖面；
图4作为到绞合导线的导电线中心的径向距离的函数的磁通密 度变化曲线；
图5传统绞合导线的导线横截面；
图6根据本发明，具有间隔开的线的绞合导线的导线横截面； 图7沿着图5和图6中绞合导线的横截面的平方磁通密度的变化
曲线；
图8图2的电感线圈中磁通密度的变化曲线与传统电感线圈中 磁通密度变化曲线的比较；
图9绞合导线的备选实施形式，具有嵌入在绝缘材料中的导电 线；以及
图10绞合导线的另一种构造，其中导电的单股线使用绝缘材料 涂覆。
图1所示为电感烹调区10的俯视图。它具有固定框架12、烹调 台板(Kochplatte)14和操作区18,固定框架12能固定在工作台板上， 烹调台板14用于放置加热器皿并且其上标明了烹调区段16。在烹调 台板14下方设置电感加热装置20。电感加热装置20包括电力电子设 备(Leistungselektronik)和电感线圈单元22，这些电感线圏单元22 各自对应于烹调区段16。
图2所示为电感加热装置20的电感线圈单元22的细节图。电感 线圈单元22具有电感线圏24，为了清楚起见，图中只绘出一部分。 电感线圏24放置在承载台板26上。电感线圈24具有缠绕的电感线 圈导线，电感线圈导线构成为绞合导线28。
图3a所示为绞合导线28的导线横截面，其相应于沿着与绞合导线28的延伸方向垂直的平面的截面。绞合导线28具有一组线，它们 被塑料绝缘外壳30包围。如图借助不同的阴影线得出，线分成不同 性质的两组。第一组包括导电的单股线34，该单股线34在电感线圈 单元22工作时导通电流。工作时，单股线34中流过的电流是绞合导 线28中流过的电流的一部分。在这种情况下单股线34优选具有的相 同的压降。第二组包括另一种去电流耦合的线38。在电感线圈单元 22工作时，去电流耦合的线38是无电流的，而电流流经单股线34。 图中借助合成阴影线(Kunststoffschraffiir)表示该线38。此处与线38 的材料无关的阴影线指出以下事实，不同于单股线34，线38是去电 流耦合的。为了清楚起见，图中只绘出了带有少量的单股线34的绞 合导线28。绞合导线28可以配备有大量的单股线，比如至少30、 50 或100根单股线。
该组去电流耦合的线38构成了间隔件40，通过间隔件在两根相 邻的导电单股线34之间隔开磁场弱化距离m。该弱化距离m达到大 约单股线横截面尺寸d的90%,该横截面尺寸d等于单股线34的直 径。在所示的实施例中线38用硅橡胶制造。线38在单股线34之间 在绞合导线28的总长度上延伸，如图3b所示的是绞合导线28沿着 图3a中的直线IIIb-IIIb的截面图。图3a实施例中的单股线34和线 38的比例为45%。因此，在导线横截面上，间隔件40在绞合导线28 的电流区域42的至少50%上延伸，该电流区域42由绝》彖外壳30限 制并设置用于单股线34和线38。本例中线38和单股线34具有相同 的直径。可以考虑其他的实施变型，其中线38和单股线34具有不同 的直径，和/或绞合导线28具有其他的单股线34和线38的比例。
借助图4进一步描述间隔件40的功能和磁场弱化距离m的概念。 图4示出绞合导线28的单股线34，该单股线34从绞合导线28移出。 单股线34具有半径为r。 = d/2的圆形横截面。假设有交流电流流经单 股线34。从而在单股线34内部和周围产生交变万兹场。如上文所述， 本文中借助磁通密度亙描述磁场。上文同样提到，交变磁场在点^处的场强5(巧可以理解为对随时间变化的交变^f兹场》P力时间上求平均 的场强，即5")=<[^(")>,]1/2。此外，在图4中，图中示出了磁场强 度5^作为到单股线横截面上中心的径向距离r的函数的变化曲线。y 轴是分数i5/5。，其中5。-万f)V表示单股线34边缘的磁场强度。x轴上 是比例r/r。。如图所示，从单股线34边缘起磁通密度随着径向距离r 增大而减小。现在^i殳在图示的单股线34周围方文置另一才艮导电的单 股线34'(虚线表示)。通过单股线34产生的交变磁场会在单股线34'中 产生电流。这种电流，亦称涡电流，对应于为了另一种应用(此处通过 电感效应加热食物)而损耗的功率/Y々。距离r处的功率与此距离处》兹
通密度场强的平方成正比尸(0^万2(0。通过将第二根单股线34'放置 在离单股线34边缘特定的距离，可以保持较小的功率损耗。第二根 单股线34'的距离r理解为单股线34'的边缘到单股线34的距离。尤其 是对于电感线圈导线的应用，能实现功率损耗至少35%的降幅是有利 的。此处"降幅"概念与单股线34和34'的布置有关，在该布置中两 种导线紧贴放置。理想的35%的降幅相应于为r/"=1.25的距离，其中 单股线34'中的功率损耗只有当它布置为与单股线34接触时的功率损 耗的65%。磁通密度的场强是单股线34边缘的场强的80%的值r/" =1.25可以视为临界值，对于电感线圈的应用，超过这个临界值就能 获得有利的功率损耗降幅，并且至少35%。对于上述电感线圏的应用， 超过临界值的距离r三1.25"可视为磁场弱化距离m。特别有利的是当 距离r满足比例1.4时，功率损耗降低至少50%。此处第二根单 股线34'到单股线34边缘的距离达到半径"的至少40%,也就是图中 所示的单股线34的单股线横截面尺寸d(即直径)的至少20%。
此外还可以通过同时观察图5-图7得出间隔件40的作用。为了 清楚起见，图5和图6中只绘出带少量单股线34的绞合导线。该描 述可以推广到任意数量的单股线34的情况。
图5所示为包括一组导电的单股线34的绞合导线44，其中单股 线34布置为相互直接接触。图6所示的绞合导线46包括数量相同的导电的单股线34，通过间隔件48使单股线之间隔开磁场弱化距离m， 这个距离等于单股线34的单股线横截面尺寸d,即导线的直径。间隔 件48构成为一组去电流耦合的线50，它们的直径与单股线横截面尺 寸d相同。
图7在图表中示出绞合导线44内沿直线V-V(虚线)处以及绞合导 线46内沿直线VI-VI(实线)的平方磁场强度的变化曲线。图表中x轴 相应于沿直线V-V和/或VI-VI的距离x。其中零点相应于两种配置中 单股线34的布置中点52。 y轴代表距离x处的平方场强6Y力，单位 是10—6kg2/(s4A2),其中kg是千克，s是秒，A是安培。
所示的平方场强由绞合导线44、 46中的交变电流产生，该交变 电流强度为25安培，频率为25000赫兹，这是将绞合导线44、 46应 用于电感加热设备20的绞合导线典型值。间隔件48的作用是在绞合 导线44、 46中具有相同电流强度的条件下使得绞合导线46中的电流 密度小于绞合导线44中的电流密度。因此绞合导线46的平方场强在 距离x上的平均值远远小于没有间隔件48的配置中平方场强在距离x 上的平均值。此外，在VI-VI变化曲线上出现最小值，该最小值指出 绞合导线46中的磁场强度在局部显著降低。以定量的方式观察可以 确定，在两种配置中相应于绞合导线44、 46的边缘的平方场强的最 大值大约减少了 65%。
观察图3a的实施例，借助图8的图表可以得知在电感线圈24中 釆用绞合导线28的作用。y轴代表磁通密度的场强B,单位是K)4特 斯拉。实线相应于在电感线圈24的径向上沿直线vm-vni的磁通密 度的场强B的变化曲线(见图2)。 x轴上是沿直线VIII-VIII以电感线 圈24中心为起点的径向距离x。此处距离x以电感线圈24半径为单 4立来表示(in Einheit des Radius der induktionsspule 24 ausgedrueckt)。 虚线表示沿直线VIII-VIII的磁通密度B的变化曲线，其中电感线圏 24配备了具有图5中绞合导线44的结构的绞合导线。4叚设在两种配 置中电感线圈24中通以相同强度和频率的交变电流。此外，再々￡设绞合导线28的导电单股线34的数量与具有图5中所描述的结构的绞 合导线的导电单股线34的数量相同，使得使用了间隔件40的绞合导 线28横截面大于其他绞合导线。因此在带有绞合导线28的配置中的 电感线圈24的半径大于带有其他绞合导线的配置中的电感线圈的半 径。为了能借助共同的刻度对两种设置进行直接比较，在x轴上是到 电感线圏24的中心点(相应于图表中的零点)的距离x,其以各个电感 线圈24的直径为单位，并且因此是无量纲的。通过比较曲线可知， 通过采用根据本发明的绞合导线28，能实现电感线圈24中的磁通密 度的场强高达25%的降幅，尤其是在电感线圏24的中心范围。此外， 通过绞合导线24可以避免电感线圈24中的^兹通密度场强的局部尖 峰。在两种配置中自电感线圈24边缘向外的磁通密度场强的变化曲 线基本相同。
图9所示为用于电感加热装置20的绞合导线54的备选实施形式 的横截面图。它具有塑料制成的绝缘外壳56，绝缘外壳56限制电流 区域57,其中一组导电的单股线34延伸。为了清楚起见，只绘出少 量单股线34。通过间隔件58使相邻的单股线34之间隔开超过磁场弱 化距离m。为此间隔件58具有嵌入件60,其中嵌入单股线34。磁场 弱化距离m是单股线横截面尺寸d，该横截面尺寸d与单股线34的 直径相等。实施为硅物质(Silikonmasse )的嵌入件60形成绞合导线 横截面上连续的区域并且用材料填满了相邻单股线34之间以及电流 区域57边缘处单股线34与绝缘外壳56之间的间隙。嵌入件60是由 硅橡胶制造的。
图10所示为另 一种用于电感加热装置20的绞合导线62的构造。 绞合导线62具有限制电流区域57的绝缘外壳56。可看到一组导电单 股线34，该组导电单股线34借助间隔件64相互隔开超过磁场弱化距 离m。为此，间隔件64具有涂覆件66,借助涂覆件66各单股线34 被涂覆。配备有涂覆件66的单股线34相互紧贴放置。涂覆件66的 厚度t等于单股线34的半径。因此磁场弱化距离m就等于单股线横截面尺寸d，其相应于单股线34的直径。涂覆件66分别形成为由硅 橡胶制成的层。
图3a、图6、图9和图10的实施例中，单股线34在绞合导线才黄 截面上均匀分布。特别地，相应的这些组单股线34具有规则的格状 结构。标号
10电感烹调区58间隔件
12固定框架60嵌入件
14烹调台板62绞合导线
16烹调区段64间隔件
18控制面板66涂覆件
20电感加热装置m;兹场弱化距离
22电感线圈单元d单股线横截面尺寸
24电感线圈t厚度
26承载台板
28绞合导线
30绝缘外壳
34单股线
34，单股线
38线
40间隔件
42电流区域
44绞合导线
46绞合导线
48间隔件
50线
52中心
54绞合导线
56绝缘外壳
57电流区域
权利要求
1. 一种绞合导线，尤其是用于电感加热装置(20)、具有至少一组单股线(34)的绞合导线，其特征在于去电流耦合的间隔件(40；48；58；64)，所述间隔件设置为使相邻的单股线(34)保持相距磁场弱化距离(m)。
2. 根据权利要求1所述的绞合导线，其特征在于，所述磁场弱化 距离(m)至少达到单股线横截面尺寸(d)的20%。
3. 根据权利要求1或2所述的绞合导线，其特征在于，所迷间隔 件(40; 48; 58; 64)在所述绞合导线横截面的电流区域(42; 57)的至少 20%上延伸。
4. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述间隔件(40; 48)具有至少一组去电流耦合的线(38; 50)。
5. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述间隔件(64)具有用来涂覆所述单股线(34)的涂覆件(66)。
6. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述间隔件(58)具有嵌入件(60),其中至少嵌入该组单股线(34)的一部 分。
7. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述间隔件(40; 48; 58; 64)用橡胶状弹性材料制成。
8. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述间隔件(40; 48; 58; 64)由硅材料制成。
9. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于，所 述单股线(34)均匀分布在所述绞合导线横截面上。
10. 根据以上权利要求中任一项所述的绞合导线，其特征在于， 所述绞合导线构成为用于电感加热装置(20)的电感线圈导线。
11. 一种带有根据权利要求1至9中任一项所述绞合导线(28;46; 54; 62)的电感加热装置。
全文摘要
本发明涉及绞合导线，特别用于电感加热装置(20)，具有至少一组单股线(34)。为了降低功率损耗，建议绞合导线具有去电流耦合的间隔件(40；48；58；64)，规定相邻单股线(34)之间保持磁场弱化距离(m)。
文档编号H05B6/36GK101523977SQ200780036780
公开日2009年9月2日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年8月4日
发明者J·M·伯迪奥皮尼拉, J·阿塞罗阿塞罗, P·J·赫南德茨布拉斯科, R·阿龙索埃斯特班 申请人:Bsh博施及西门子家用器具有限公司