变压器磁芯由铁磁材料，例如铁构成。这种材料能由所谓的变压 器铁心叠片提供，该种叠片易于切割成固定宽度的带状线(strip)或 金属线。这些带状线或金属线能按顺序放置在一起构成具有一个或多 个铁心和互相连接的磁轭的磁芯。
瑞典专利出版物SE 163 797(Wiegand)公开了一种制造变压器磁 芯的方法，其中三个磁性材料线圈放置在一起构成具有三角形磁轭的 笼式磁芯。然而，这样形成的磁芯有一些缺陷。第一，磁芯的机械稳 定性很差，因为不同的线圈容易相对滑动。第二，环形的铁心区域无 法以有效的方法填充。
当前，存在比滚压或扎制的带状线具有更好的机械和磁特性的金 属线(wire)。其中的一个例子公开在国际专利出版物WO 99/28919 (Asea Brown Boweri)，其中的磁芯由磁性材料金属线构成。然而，线 圈内每根线间的空气隙阻碍了线圈之间通过铁心的磁通量的转换。例 如，这些空气隙能用磁性成分来填充，但效率受限。

本发明的一个目的在于提供一种解决或至少减轻现有技术存在的 问题的磁性材料磁芯。
本发明基于如下现实：变压器或感应器磁芯能由带状线或金属线 构成的线圈(loop)或线环(ring)组成，其中不同线环的带状线或金 属线交织在铁心上。
本发明提供一种如后附的权利要求1所限定的磁性材料磁芯。
本发明还提供一种如权利要求14所限定的三相变压器，如权利要 求15所限定的单相变压器，及如权利要求16所限定的感应器。还提 供一种由权利要求17所限定的制造磁芯的方法。
本发明的磁芯将消除或至少减轻现有技术存在的不足。本发明的 磁芯改善了现有技术的磁力线路径，而且磁性材料的交织也提高了磁 芯的机械稳定性。
各从属权利要求进一步限定了本发明的优选实施例。
附图说明
下面参照附图，以举例的方式对本发明进行说明，其中：
图1示出了三相笼式磁芯的一般形状；
图2是图1所示的由磁性材料带状线构成的磁芯的横截面图；
图2a是包含在图2所示磁芯中的磁性材料的漏斗形框架的详图；
图2b是图2a所示漏斗形框架的侧视图；
图3是图2所示磁芯一部分的侧视图；
图4是从图2和3所示的三相磁芯中衍生得到的单相变压器的横 截面图；
图5是由磁性材料的金属线构成的变压器的平面图；
图6是图5所示磁芯的横截面图；
图6a是包含在图6所示磁芯中的磁性材料框架的详图；
图7是具有对齐的铁心的三相变压器的侧视图；
图8是图7所示磁芯中一个层的平面图；
图9是图7所示的磁芯中几个相互交织层的平面图；
图9a是图9所示的磁芯中一个铁心的横截面详图；
图10和11分别示出了用于制造本发明的笼式磁芯的架子的侧视 图和顶视图；及
图12是一感应器磁芯的侧视图。

下面将给出根据本发明的磁芯的优选实施例的详细说明。在此说 明中，为了帮助彻底理解本发明，阐明了例如特定硬件、应用、技术 手段等具体细节，其目的是解释而并非使本发明局限于此。尽管如此， 对于本领域普通技术人员来说，显然本发明可以应用在与这些具体细 节不同的其它实施例中。在其它例子中，众所周知的方法、装置和电 路的详细描述被省略，以使本发明的描述不因非必要的细节而模糊。 同样，尽管图中示出了带状线或金属线的具体匝数，也应理解为所示 出的匝数是为了对本发明进行清楚的描述，实际匝数和尺寸将随实际 应用、金属线或带状线的厚度等等不同而变化。
图1示出了本发明一个实施例的磁芯的总体形状的透视图。该磁 芯包括两个通常德耳塔(Δ)形或者三角形的磁轭，上部磁轭包括2a-c 部分，下部磁轭包括4a-c部分，三个铁心6，8，10相互连接在三角 形磁轭的转角上。在下面这种通常形状的磁芯将被称为“笼式磁芯”。
在本说明书，中这种特别的笼式磁芯的三个铁心同时被磁性材料， 例如铁制金属线和带状线所缠绕。每一个铁心的横截面为圆形或者基 本上为圆形，例如图2和图6所示的形状。
现在参考图2，2a，2b和图3来描述本发明第一实施例的笼式磁 芯。磁芯1由几乎矩形“漏斗”形状的框架组成，这些“漏斗”形框 架是由变压器铁心叠片切割成的带状线缠绕制成。通过使用术语“漏 斗”强调了该框架的横截面形状。所有的带状线均有恒定的宽度，这 样减少了材料的花费和浪费，也使磁芯的生产更为容易。
图2a所示是一个从图2中的磁芯中抽出的漏斗形框架12的例子， 该框架由其在铁心6和10中的横截面进行标记。漏斗形框架最好包括 许多匝带状线12a-e，在这个例子中为五匝。每一匝稍微偏离相邻的 匝以便形成基本上为长菱形的横截面。当利用基本上为矩形的横截面 时，每匝的长端稍微出现锯齿，但带状线的小厚度可使该锯齿被忽略， 而且这一事实不会降低磁芯的总体性能。由图2a可见，漏斗形框架的 两个横截面是互相渐缩的长菱形，因此形成了一个“漏斗”。角α表示 长菱形的斜度为30度，即两个长菱形之间互成60度角。
框架12的侧视图示于图2b中。该框架由缠绕了所需匝数的带状 线组成。从这里可看出每匝12a-b为一个平滑的，通常带有圆形转角 的长方形。该圆形转角有助于为磁场提供满意的路径。
再一次参照图2。直径稍大于漏斗形框架12的第二漏斗形框架14 被缠绕于铁心6和8之间。在所有其它方面，漏斗形框架14和漏斗形 框架12相同。第三漏斗形框架16被缠绕于铁心8和10之间，并在漏 斗形框架12和14之外。第三漏斗形框架16的形状基本与前两个框架 相同。然而，考虑到需要增加宽度来填充一个圆，第三漏斗形框架比 漏斗形框架12和14包含更多匝。这样，三个漏斗形框架12，14，16 相互旋转120度角，因此形成一个三角形。
后续的漏斗形框架以同样的顺序，即图中所示的逆时针顺序缠绕 在头三个漏斗形框架的外面。后续的漏斗形框架的宽度适合于使合成 的铁心的横截面接近圆形，如围绕铁心6，8，10的虚线圆所示。这样， 由设置在两个铁心之间的漏斗形框架构成的一个线环中的带状线和由 设置在两个铁心之间的漏斗形框架构成的另一个线环中的带状线相互 交织，其中该两个线环共用一个铁心。
为了避免磁芯内部的短路，每一个漏斗形框架都通过一绝缘带与 相邻的漏斗形框架绝缘。由若干带状线组成的笼式磁芯的最终形状也 在图3中示出，这是磁芯下半部的侧视图。其上半部(没有显示)与 下半部呈镜面对称。
当制造基于如图2和3所示的笼式磁芯的变压器或感应器的时候， 线圈缠绕于铁心6、8和10上。这产生了一个比现有技术的笼式磁芯 具有改进的电和机械性质的三相装置。
如图2和3所示的三相笼式磁芯的派生物是如图4所示的单相磁 芯1′。该磁芯和三相磁芯本质上是相同的，但是省略了相互连接铁心 8和10的漏斗形框架。这个单相磁芯1′包括第一内部漏斗磁芯结构12′ 和一个与该第一内部漏斗磁芯结构12′成60度并缠绕于其外面的第二 漏斗磁芯结构14′。这和图2所示相同。然而，第三漏斗形框架16′并 不互连铁心8′和10′，而是平行于铁心6′和10′之间的漏斗形框架12′ 并缠绕于其外侧。后续的漏斗形框架交替缠绕在铁心6′、8′和6′、10′ 之间，直到构成所需的圆形铁心6′。当完成一个基于这种单相磁芯1′ 的变压器或感应器时，线圈被缠绕在铁心6′上。在此与具有不规则形 状的横截面的铁心8′和10′无关。
现在参考图5，6，和6a来描述本发明第二实施例中的三相笼式 磁芯。图5显示一个笼式磁芯101的平面图，显然，该图示出了多层 线如何缠绕在铁心106，108和110之间，由此形成类似于第一实施例 的漏斗。如图6a所示，线的横截面为正方形，以便使铁心获得平滑层 而非锯齿形，磁轭中的线弯向磁芯的中心线。如图6显示，第一内部 漏斗形框架112置于铁心106和108之间。该漏斗形框架也在图6a中 详细地示出，其中明显可见构成漏斗形框架的线排列整齐。在图6a中， 也示出了具有正方形横截面的单根线。
第二层线114缠绕于漏斗形框架112外侧，并在铁心106和108 之间。第三层线116缠绕于铁心108中的第二漏斗形框架114外侧， 并在铁心110中的第一漏斗形框架112外侧。后续的层或漏斗形框架 缠绕在最先的三个漏斗形框架112，114，116外侧并且宽度可变，以 便形成基本为圆形的铁心。每一个线的交织层都与相邻层绝缘以免磁 芯内发生短路。
通常，在真正的磁芯中线的厚度和铁心的厚度相比是可以忽略的。 作为图解的目的，图5和图6所示的磁芯的各层之间被描述为含有空 气，这导致相邻层的宽度变化很大。在实践中，铁心中有比图示中更 多层的金属线。
现在描述如图7-9所示的三相变压器磁芯的第三实施例，其中同 样使用交织的带状线或者线层这一创造性构思。然而，图7-9所示的 磁芯201不是笼式磁芯而是具有三个排成一行的铁心的磁芯，即，三 个铁心被设置于一条公共的直线上排成一行。该结构例如用于列车货 车中是有益的，在该货车中有一个矩形空间可放置该磁芯。
该磁芯包括三个铁心206，208，210，它们的末端相互连接于由 202a-c部分组成的上部磁轭和由204a-c部分组成的下部磁轭。整个结 构由许多磁性材料的金属线或带状线组成的环(ring)构成。每一个 环具有两个基本上相对的构成两个铁心的一部分的笔直侧面，并且具 有互相连接铁心的两个边的两个相对的侧面，这样就构成了磁轭的一 部分。
现在参考图7和图8描述其基本结构。第一个环212放置成使其 构成左铁心206和中间铁心208的一部分。第二个环214与第一个环 212在中间铁心208处交迭。该第一和第二基本为平面的环212，214 形状相同或基本相同，每个环有四个由平滑圆形转角相互连接的笔直 边，这使得磁芯中的磁通量有一个好的循环路径。
最后，第三个更大的环216与第一个环212和第二个环214在左 铁心206和右铁心210处交迭。这个更大的环216的磁轭被弯曲，以 免干涉第一个环和第二个环。
图8所示的包括三个环的基本结构构成三个铁心和相互连接的磁 轭。如图9所示，为了形成磁芯，需进一步增加环的数量。尽管不是 必要的，但环的高度可以适合于形成具有近似椭圆横截面的铁心。这 样，每一个铁心由交替导向其它两个铁心之一的交织的环组成。
如图9a所示，环212，214，216中的每一个由许多匝具有固定宽 度的磁性材料带状线组成。这样，带状线的匝数和厚度将决定每个环 的高度h，而带的宽度将决定环的宽度。
在这个实施例中，磁力线通过由带状线构成的环的侧面从一个磁 轭到另一个磁轭。也可用金属线来替代带状线。在使用金属线的情况 下，环的宽度很小以使得磁通量的转换在环内的金属线中也可很容易 地实现。在使用带状线情况下，可以通过使用狭窄的带状线或用交织 的环制成大致为圆柱形的铁心，这样也能得到令人满意的磁通量转换 效果。
下面将参照图10和图11说明生产本发明的笼式磁芯时使用的卷 线架。图10示出了一个用于磁轭侧面的铁线的卷线架30，图11从侧 面示出该卷线架，其中在最显著位置可以看见用于铁心的两个凹槽。 该卷线架包括三个相同的凹槽35a-c，这些凹槽具有在各自偏移120度 方向上向外的开口，以及在这些凹槽末端之间的凸起部分36。
当生产磁芯的时候，按圆形图案在凹槽35a-c中的两个上缠绕铁 制的线环或者框架，例如，首先绕在凹槽35c和35a之间，然后绕在 凹槽35a和35b之间，然后绕在凹槽35b和35c出之间，然后又绕在 凹槽35c和35a之间，等等，直到制成圆形或者基本为圆形的铁心。 为帮助铁心成形，可以使用丝带或者条板(图中没有显示)。如图10 所示，也可使用支持管的对搭接(halve)37或者分开的轴承38。可 选择地，所有的或部分磁芯能由在横截面为圆锥形的卷线架上通过绕 线分别制造的漏斗形细线圈制成。
图12示出了一个用作感应器磁芯的笼状磁芯的侧视图。磁芯301 和图2和图3所描述的磁芯相似，其三个铁心306、308、310由上部 和下部磁轭互相连接。然而，在制造完成后，每一个铁心至少在一个 地方被切断，于是两个磁芯对搭接在一起，其上半部和下半部隔开一 距离为“d”的间隙。该间隙被一些合适的非传导材料填满。结果一个 磁芯的磁阻比变压器磁芯大得多，这种特性对于感应器磁芯是合适的。 本发明的磁芯的固有的机械稳定性使得磁芯被分为两半成为可能。
上面描述了本发明的优选实施例。本领域普通技术人员能够理解， 在所附权利要求书的范围内能对上述实施例进行修改。于是，在上述 所有实施例中，例如，不理想的磁芯形状能通过填充磁性复合材料校 正。当磁芯由三个分别缠绕的线环组成时，为使变压器的效率最大， 填充材料可能是必要的。交迭线层允许磁力线经由铁心截面通过两磁 轭之间，这样提高了变压器的特性。
漏斗框架组成的本发明磁芯如图所示为带有圆角的大致的矩形。 可以理解，由于线或带状线的灵活特性，该形状可偏离于附图所示的 形状。这样，铁心和/或磁轭部分能被轻微地弯曲或弯成拱形。
同样，本发明所描述的铁心的横截面为圆形或者近似圆形。但它 们也可以偏离圆形而为椭圆形等。
在结合附图5和6描述的通过绕线制成磁芯的实施例中，磁轭向 磁芯的中心线弯曲。然而，当使用金属线的时候，磁轭也可以具有如 图2所示的形状，即铁心之间成直线。最好使用横截面不为正方形的 线，例如横截面为圆形、长菱形、或者菱形。
同样，图6a所示的线横截面为正方形。应理解，这些线也可具有 不改变图5和图6所示的通常磁芯形状的矩形横截面。
在本说明书中绕制磁芯所用的线为铁线。当然也可以使用具有所 述性能的任何适合的磁性材料线。也可以用无定形材料。
尽管仅笼式磁芯的结构被显示为如图12的感应器磁芯，但应认识 到如图7-9所示的具有排成行的铁心的磁芯也同样适用于用作感应 器磁芯。
所有在此描述的磁芯均具有许多框架或者由带状线和/或金属线 制成的环。在参考图1-6所描述的笼式磁芯实施例中，磁芯被描述为 包括许多单独的磁性材料的环。应理解，一个单个的带状线或金属线 也可用于几个甚至所有的框架，即，当一个框架缠绕完成后，另一个 框架缠绕时不切断第一个或用一个新的，而是用同样的带状线或线缠 绕。这在连续的制造过程中是允许的，该过程可能被一个短间隔打断， 其中磁芯被旋转120度以允许缠绕磁芯的三边中的另一个。