磁部件的制作方法

1.本发明涉及一种磁部件及其制造方法。本发明的实施例尤其包括感应器、多相感应器、耦合感应器（coupled inductor）、用于电磁兼容滤波器的扼流圈（choke）、共模扼流圈（common mode choke）、电抗器和电力变压器。然而，本发明并不限于这些示例。


背景技术：

2.磁部件是电气工程和电力电子学（power electronics）的关键元件。在所有工业领域的大范围应用中找到其。感应器例如用于滤波器、电压转换器中、用于功率因数补偿或用作限流电抗器。高级噪声滤波器通常包括共模扼流圈（也称为电流补偿扼流圈），其中两个绕组以差模电流的通量相互抵消的方式配置。变压器是具有耦合电感的磁部件的另一个重要示例。
3.除了它们的电气特性以外，磁部件还必须满足尺寸、电压、电流和额定功率、损耗、耐热性、抗振动性和许多其他参数的规范。在其中电气部件越来越常见的汽车应用中，这些规范尤其严格。因此，尽管底层电子电路看起来简单，但是感应器是难以针对所有可能应用进行设计和定制的复杂产品。
4.最先进的磁部件是以下各者之间折衷的结果：所期望的标称电感值；由所期望的应用规定的大小、重量和占用面积；材料选择；布局和冷却。
5.已知将磁部件容纳到金属壳层中以改善热交换。还已知将磁部件封装在灌封化合物中以进一步改善热交换并提供抗振动性。
6.壳体是磁部件与系统（磁部件嵌入该系统中）之间的机械和热界面。所述部件与壳体之间的间隙应该保持为最小值以实现较低热阻，并且必须严格控制壳体的尺寸公差。另一方面，如果导电壳体非常靠近于磁部件，则涡电流可能引发额外损耗。灌封需要壳体中的腔具有液密底部，其在常规上通过诸如冲压、深拉、压铸、焊接和/或机加工等复杂金属加工工艺获得。此类壳体昂贵、庞大，并且显著增加成本。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种克服现有技术水平的缺点和局限性的磁部件以及对应的制作工艺。
8.根据本发明，这些目的通过所附权利要求的目的、并且尤其是通过如下磁部件来实现，所述磁部件包括与电绕组耦接(concatenate)的一个或多个磁路，其包含在壳体中并通过固体灌封物质在所述壳体中保持静止，其特征在于，所述壳体具有一个开放顶面和至少一个开放侧面，所述灌封物质具有平行于所述开放顶面的顶部边界和相邻于所述至少一个开放侧面或与其重合的至少一个侧面边界。
9.本发明目的也可通过一种制作磁部件的方法实现，所述方法包括：提供被配置为开放槽（trough）的壳体，所述开放槽具有开放顶部和一个开放侧面或多个开放侧面；用一个或多个可移除屏障件封闭所述一个开放侧面或所述多个开放侧面以形成具有开放顶部
以及液密底部和侧面的临时腔；将带有耦接的电绕组的一个或多个磁路定位在所述临时腔中；将可固化灌封化合物倒入所述临时腔中并且将所述磁路和/或所述电绕组至少部分地浸入所述可固化灌封化合物中，致使所述可固化灌封化合物固化和凝固；移除所述一个或多个可移除屏障件。
10.从属权利要求涉及重要且有用但不是必要的特征。这些包括如下事实：壳体可以被配置为开放槽，开放槽具有两个相互相对的开放侧面，每一开放侧面相邻于灌封物质的侧面边界或与其重合，灌封物质部分地包住（englobe）磁路和/或耦接到其的电绕组，使得至少所述磁路的一部分和/或所述电绕组的一部分在空气中，使用金属挤制件（例如铝挤制件）的一部分作为壳体，磁芯的性质可以包括以下中的一者或多者：铁氧体、粉末磁合金、铁粉、非晶或纳米晶铁磁材料、层压磁钢，并且绕组的导体的性质可以是litz或绞合导体、实心导体、铝线、铜线、银线，其中导体的截面可以是圆形的、扁平的、矩形的或梯形的（keystone）。灌封物质可以是环氧树脂、聚氨酯或硅酮组合物，或者实际上是能够凝固的任何合适材料。
11.本发明的磁设备具有至少一个芯，至少一个绕组耦接到所述芯。改变绕组和芯的数量可以获得磁设备的全部范围：单相和多相感应器、耦合感应器、共模扼流圈、变压器等等。
12.相对于本技术中已知的内容，本发明提供较低的制造成本，因为具有开放端部的壳体是较容易制造的：可以通过弯折金属板非常经济地实现简单的"u"形，并且仍可以通过挤制实现更复杂的形状。这两种工艺都比冲压、拉伸、铸造或机加工金属部件便宜，产生极佳的尺寸公差和薄的壁、因此产生较轻重量的最终部件。因为省略了至少两个壁，重量甚至进一步被减轻。
13.本发明可产生优越的散热，因为挤制壳体可以在最小距离处以遵循磁芯和绕组的形状的形状制造。涡流损耗也基本上也被抵消，因为设备的壳体在相同的侧面上开放，在所述侧面上绕组从芯出来。在壳体的开放侧面上没有导电壁也简化电气绝缘，尤其是对于涉及蠕缓放电的情况。
附图说明
14.在说明书中公开并且用附图图示本发明的示例性实施例，其中：图1示意性地图示根据本发明的一方面的单相扼流圈，其中在制造期间使用两个临时定位器（fixture）。
15.图2示出根据本发明的一方面的三相扼流圈。
16.图3示出从壳体的一个开放面看的在生产期间、在倒入灌封化合物之前的本发明的扼流圈。
17.图4示出本发明的一实施例，其在于在一对e芯上具有两个绕组的电力变压器。
18.图5示出按其组成部分分解的图4的设备。
具体实施方式
19.参考图1，本发明的一实施例是具有线圈的感应器或单相扼流圈，其包括环形芯（此处具有两个叠置的环形铁芯（toroid）20）和耦接到其的绕组30，从而产生电感。环形铁
芯20和绕组30容纳在由挤制铝部段构成的壳体40中，所述壳体具有通道，所述通道具有对应于芯的大体形状的内圆柱形表面，使得有源磁部件与壳体之间的间隙最小，并且当填充有灌封化合物50时，呈现最小热阻。灌封化合物50是灌封物质50的液体状态或未固化状态。
20.由于壳体具有带有两个开放面的通道42的形状（图3中可见），因此生产方法包括定位两个可移除屏障件60，所述屏障件可以抵靠通道的开放侧面放置以封闭它们并且形成可以容纳处于液体状态或未固化状态的灌封化合物50的临时腔。
21.在图1中，示出可移除屏障件60从磁部件拆卸下来，以示出内部的灌封物质50。在本发明的生产方法中，紧紧抵靠壳体的开放面放置所述屏障件，沿着通道42的轴线将一个或多个线圈定位在既定位置中，并且将灌封化合物50倒入壳体中并致使其凝固。一旦灌封化合物50固化，便能够移除可移除屏障件60，并且在另一单元的生产中重新使用可移除屏障件60。
22.在可能变型中，屏障件60是不可移除的，而是被设计成永久结合到灌封物质50。在此情况下，所述屏障件可能是并不明显增加最终重量和成本的轻质塑形元件。这种牺牲（sacrificial）屏障件还可以具有额外有用特征，诸如：保持线圈与通道42的壁分离的间隔装置；用于端子32的支撑装置；用于将磁设备100固定在所期望位置处的孔或其他形式的机械界面；用于将磁设备插入电路中的电连接器等等。
23.可移除屏障件60与壳体40之间的液密连接可以通过插置橡胶板或垫圈或以任何其他合适方式获得。优选地，所述可移除屏障件由低粘性材料（如ptfe）制成，或者在表面上具有这种低粘性材料的表面层以便于屏障件与壳体之间的分离。出于同样目的，也可以用包含例如氟化油、硅油或矿物油的释放流体涂覆可移除屏障件。
24.图2示出本发明的另一变型，其体现出可以用于功率因数补偿单元中、用于滤波器中或用于任何其他合适使用情况中的三相磁感应器。此设备的横截面与先前实施例的横截面相同或非常接近，但是挤制件40的部段较长以在通道中容纳三个卷绕芯（wound core）20。重要的是，磁芯部分地出现在灌封物质50上方、而非完全包入其中，这减轻重量并且可以简化电端子32的形成和产生。然而，如果需要，可以通过增加侧壁43的高度来完全浸没芯和绕组。
25.图3是图2的设备在无灌封物质50的情况下从开放侧面的另一视图。可以了解，芯20和绕组30沿着围罩40的纵向轴线安置，与围罩的壁具有最小的且被良好控制的距离。所述围罩可以以各种各样的形式容易地制造，例如连接到外部散热器或遵守客户规范。
26.图4图示另一实施例，其中芯不是环形的，而是被分成多个元件22、23，所述元件可以并置以形成磁路。此处展示了“e-e”芯，但是本发明并不限于此。在此实施例中，磁设备是具有初级绕组33和次级绕组34的电力变压器。由于芯被分开，因此绕组可以单独缠绕并滑动到"e"元件的中心腿上以便更容易制造。在此示例中，绕组是独立式的（freestanding），但是如果需要，它们可以盘绕在绕线器（bobbin）上。
27.有利地，初级绕组35的端子和次级绕组36的端子朝向壳体的相对的开放端部布线，在所述相对的开放端部处没有金属壁，从而简化绝缘问题。
28.此实现方式变型也适用于感应器、电流补偿扼流圈、功率因数校正电抗器或任何其他磁性、滤波或电子部件的实现。
29.由于ee芯22和23在组装时产生柱状（prismatic）形状，因此壳体40优选地被配置
为开放矩形通道，卷绕芯元件22、23紧紧包含在该开放矩形通道中。在此构造中，电绕组33、34通过芯自身的结构保持与金属壁间隔开。绕组与壳体之间的绝缘距离自动地得到保证。如果不导电，芯元件22、23能够放置成与壳体40直接接触。
30.图5示出图4的设备，其中单独部件被分解。尚未绘出灌封物质，以提高附图的易读性。
31.除上文展现的两种形式的磁芯以外，还可以借助具有任何其他形状的芯实现本发明。
32.附图标记列表20芯22芯元件23芯元件30绕组32端子33初级绕组34次级绕组35初级端子36次级端子40壳体、挤制件42通道43侧壁50灌封物质、灌封化合物60一个或多个屏障件、一个或多个可移除屏障件100磁设备、磁部件。