形成环形线圈的装置和形成环形线圈的方法

摘要

本装置包括环状引导部件(1)，该环状引导部件限定中心空间(5)以容置环形磁芯部(4)，且该环状引导部件包括多个通道(2)，用以接纳在围绕环形磁芯部(4)布置时形成所述环形线圈的线匝(3)的导线的一部分，所述通道(2)从环状引导部件(1)的端面到端面横向设置，分布在环状内壁(1i)上并按预定的规则性彼此分开。本方法包括使用根据本发明的装置来形成包括一个或多个绕组的环形线圈。

说明书

技术领域

本发明的第一方案总体上涉及一种形成环形线圈(toroidal coil)的装置(该环形线圈由一个或多个绕组形成)，更具体而言涉及一种将环形线圈的线匝(turn)按预定的规则定位的装置。

本发明的第二方案涉及一种形成环形线圈的方法，该方法包括使用第一方案的装置。

背景技术

环形线圈被用于多种应用，其中许多应用的需求对于线匝的规则性(order，规整度)方面并无太多要求。尽管如此，仍然有一些应用领域要求环形线圈具有非常特别且精确的线匝规则性，特别是对于它们之间的距离更是如此。为不同类型的装置或系统(比如移动电话乃至电动车)的电池的无线充电就是这种情况，其通过在充电器中设置的发射器的线圈与在借助电池操作的装置或系统所设置或连接的接收器的线圈之间的电感耦合(有时通过谐振电感耦合)来工作。在这样的应用中，线匝的规则性越精确、且两个线圈和/或每个线圈(如果后者包括多于一个绕组)的绕组中的线匝规则性越相似，亦即线圈和/或绕组之间的对称性越高，则将会得到越好的电感耦合，这将提高充电过程的性能。

专利文献US5274907提出了一种系统，该系统包括形成环形线圈的装置，其结合了本发明的权利要求1的前序部分的特征，如其包括引导部件，引导部件在一个面上包括多个通道，用以接纳导线(该导线在围绕环形磁芯部布置时形成环形线圈的多个线匝)的一部分，在此情况下用以在绕线期间供导线穿过。上述专利中描述的工具被用于通过连续供给的导线完成螺旋形绕线的环形芯部，这与大部分环形绕线机不同，在大部分环形绕线机中导线容量被装载在C形环状结构上，而C形环状结构随后被封闭在芯部上，该工具在导线旋转(描绘环形本体上的螺旋绕线)的同时进行旋转。

专利文献US5274907的引导部件采用曲线形状，且那些通道跟随着引导部件的弯曲度而沿纵向设置在其内表面上。为了对芯部进行绕线，将引导部件固定到支架，并设置为使这些通道与芯部横向相对，且在导线被插入通过该部件的通道的同时该芯部被旋转，使得导线围绕芯部被螺旋形缠绕，形成多个线匝。

通过使用专利文献US5274907中提出的装置，不能够保证线匝之间的特定间距，因为此间距不仅取决于通道之间的距离，还取决于其它因素，比如芯部的旋转速度和导线的供给速度，以及其它因素。

对于上文指出的要求高的应用，其需要非常精确的线匝规则性，这是本领域现有装置所不能够保证的，为了确保最小质量等级，必须对大量的已制成的线圈进行检查。

专利文献JP2002289455A和JPH02152875A描述了各自的形成环形线圈的装置，这些装置均包括具有单个通道的引导部件，该通道呈线匝形式，其限定在与环形磁芯部的外表面相对设置的内表面上。这种由单个通道构成的布置结构使得围绕环形磁芯部的线匝的缠绕较为困难，因为导线必须穿过由该通道形成的整个路径以完成绕线，而不能够伸出，除非其已到达通道的末端部，这意味着例如如果绕线运动不足够精确，或者如果通道中存在阻碍，则导线可能被绊住。类似地，这样的装置将不会允许围绕芯部形成两个或更多个绕组，或者绕线环形芯部呈矩形截面。

发明内容

由此可见，有必要为现有技术提供一种替代方案，其能弥补现有的与形成环形线圈的装置相关的缺陷，且其允许获得具有非常精确的线匝规则性的环形线圈，从而为省去线圈检查过程提供充分的保证，或至少将检查过程减少为仅检查已制造线圈中的少数样品。

为此目的，本发明的第一方案涉及一种形成环形线圈的装置，该装置包括引导部件，该引导部件包括多个通道用以接纳在围绕环形磁芯部布置时形成所述环形线圈的线匝的导线(通常为铜导线)的一部分，所述通道被限定在所述引导部件的表面上以被设置为与所述环形磁芯部的外表面相对。

与已知的装置不同、特别是与专利文献US5274907中的装置不同的是，在本发明的第一方案的装置中，引导部件的特征为呈环状，其具有一环状内壁，该环状内壁界定用于容置环形磁芯部的中心空间，且该引导部件包括多个所述通道，这些通道从环状引导部件的基部到基部横向设置，依照预定的规则性彼此分开地分布于整个所述环状内壁。

本发明的第一方案所提出的装置适于形成具有一个或多个绕组的环形线圈。

对于一优选实施例，所述预定的规则性包括将通道等距设置，从而上述多个通道中的通道被彼此等距地分隔开。

根据其它次优选的实施例，所述预定的规则性包括多个通道或多个通道组之间不同的分隔距离。

大体上，环状引导部件由介电材料(例如塑料之类)制成。

上述通道优选相对于彼此且相对于环状引导部件的几何中轴线平行延伸。

对于一个实施例，上述中心空间由处于环状内壁的多个通道之间的间隔部界定，且其直径大于环形磁芯部的外径。

根据一个实施例，该装置包括位于这些间隔部的一部分或全部的至少一端部处的多个突起部，以便通过环形磁芯部的一个较大的表面或基部来支撑环形磁芯部。

对于一个实施例，环状引导部件是单个部件，环形磁芯部通过环状引导部件的中心孔的相对的口部之一而被插入到由该部件限定的壳体中，或反之亦然。

对于一个替代性实施例，环状引导部件包括两个环状引导半部件或部分，它们可在其各自的相对的基部或联接基部处彼此联接。

根据一个实施例，每个所述环状引导半部件均在其各自的间隔部的一部分或全部的一端部处包括多个突起部，以便通过环形磁芯部的两个较大的表面或基部来支撑环形磁芯部，其中所述端部是靠近或接触环状引导半部件的与联接基部相对的基部的那个端部。

替代性地，对于其它实施例(这些实施例对于引导部件为单个部件或者分为两个部分的情况都是有效的)，该装置包括用以支撑和/或保持磁芯部的另一种类型的构造，例如在沿引导部件的内壁的不同位置处设置的多个可弹性变形元件，或者是由内壁自身的不同区域形成，其通过芯部自身的外周轮廓来牢固地保持芯部。为了借助弹性变形来进行保持，由这些弹性元件占据的圆形周界限定的内径略小于环形磁芯部的外径，使得必须施加少量压力来将芯部插入到环状引导部件的壳体中。

上述联接基部各自包括互补联接构造，以便将两个环状引导半部件彼此联接，将环形磁芯部容置在两个环状引导半部件之间。

根据一个实施例，所述互补联接构造分别包括设置在彼此相对的联接基部中的多个销和多个开口，以便通过将销牢固地插入到开口中来联接这些联接基部。显然，其它类型的联接构造也是可行的，例如在联接基部中限定的共轭表面构造或者直接通过粘接来联接。

替代性地或补充性地，上述互补联接构造各自包括：一个或多个附件，该附件具有位于其自由端部的钩状构造；以及一个或多个孔(通常为通孔)，分别设置在彼此相对的联接基部中，且被构造为在每个附件被插入到与其相对的孔中时，通过附件的弹性变形和恢复来联接，钩状构造使一个环状引导半部件保持贴靠在另一个环状引导半部件上。

可选地，两个半部件也可通过外部的联接装置(例如凸缘)来联接，且联接基部无需具有上述的联接构造。

本发明的第二方案涉及一种形成环形线圈的方法，该方法包括使用根据第一方案的装置来形成具有一个或多个绕组的环形线圈。

根据本发明的第二方案所提出的方法的一个实施例，该方法包括围绕环形磁芯部缠绕所述线匝，将裸露的芯部插入到由环状引导部件的中心空间限定的所述壳体中，并通过与缝纫过程类似的过程，替代性地将导线穿过环状引导部件的通道以及穿过由环形磁芯部的内壁界定的中心区域。

对于一替代性实施例，对于因为绕线步骤完成从而线圈已部分形成、但由于环形线圈的线匝未被良好地规整(例如它们没有被等距布置)而使已绕线的环形线圈的质量不能接受的情况，该方法包括将已缠绕的环形磁芯部线匝进行规整，通过将这些线匝定位在环状引导部件的通道中且每个通道容纳一个线匝，来将环形磁芯部插入由环状引导部件的中心空间限定的壳体中。

一旦已形成线匝并将其按环状引导部件的预定的规则性定位，或者在绕线之前，对于上述两个替代性实施例而言该方法包括大体上施加围绕线圈的一系列固定点，以阻止线匝可能的移动和脱出规整后的位置，例如借助粘合剂或借助双面胶带来施加固定点，在后一种情况中，在线匝缠绕过程之前将胶带置于芯部的外径上，从而通过缠绕使线匝被固定在其上。随后实施粘合剂固化步骤。

有利地，还实施涂漆步骤以便对线匝进行涂漆，其后将环状部件移除。

根据一个实施例，该方法包括使用同一环状引导部件或者具有相同或几乎相同的通道规则性的两个部件，来形成具有相同或几乎相同的线匝规整性的至少一对环形线圈，以将该对环形线圈用于通过电感耦合来操作的无线充电系统。

根据另一个实施例，该方法包括形成具有两个绕组的环形线圈，所述两个绕组具有彼此相同或几乎相同的线匝规则性，且这些绕组之间的对称性使得每个绕组各自形成的电感之间的差异很小，优选小于2％。

附图说明

基于以下参照附图对若干实施例的详细描述将会更好地理解上述和其它优点和特征，这些附图应当被理解为说明性而非限制性的，其中：

图1a以立体图示出本发明的第一方案所提出的装置，其针对这样一实施例，在该实施例中该装置所包括的环状引导部件包括两个能够彼此联接的半部件或部分，这两个半部件被示出为未联接且彼此分隔开；

图1b示出与图1a所示类似的分解图，但还示出设置在两个半部件之间的裸露的环形磁芯部，该环形磁芯部处于被容置在两个半部件之间之前并且被绕线之前的状态；

图2示出与图1a和图1b相同的实施例，但示出了彼此联接后的半部件，且环形磁芯部已被绕线且被容置在两个半部件之间；

图3示出了阐示本发明的第一方案所提出的装置的立体图，其针对这样一实施例，在该实施例中环状引导部件是单个部件，且已绕线的环形磁芯部处于被插入到由引导部件限定的壳体中之前的状态(对于后者仅用于为已形成的线匝进行规整的情况)，或者处于被从这样的壳体中抽出之前的状态(对于已借助引导部件进行绕线的情况)；

图4示出与图3相同的元件，但芯部被插入由环状引导部件限定的壳体中；

图5是图4中所示的元件的俯视图；

图6示出与图5所示类似的视图，但其针对这样一实施例，在该实施例中的环形线圈包括两个绕组，这两个绕组具有彼此相同或近似相同的线匝规则性；

图7以分解立体图阐示了本发明的第一方案所提出的装置，其针对与图1b的实施例类似的另一实施例，但其中上述半部件包括具有互补的联接装置的凸片部(tab)；以及

图8a、图8b和图8c分别以俯视图、沿图8a中的B-B线表示的截面截取的正剖视图以及正视图阐示了与图7相同的实施例，但其中上述半部件彼此联接并且被绕线的环形磁芯部被容置在两个半部件之间。

具体实施方式

如图1a、图1b、图2和图3中具体阐示的，本发明的第一方案提出的形成环形线圈的装置包括：环状引导部件1，具有环状的内壁1i，环状内壁1i界定用于容置环形磁芯部4的中心空间5；以及多个通道2，从环状引导部件1的基部到基部横向地布置，且这些通道相对于彼此且相对于环状引导部件1的几何中轴线而在整个环状内壁1i上等距且平行地分布。

这些通道2被设置为用以接纳在围绕环形磁芯部4布置时形成环形线圈的线匝3的导线的一部分。

中心空间5由环状内壁1i的这些通道2之间的多个间隔部6界定，且其直径大于环形磁芯部4的外径。

在图1a、图1b和图2的实施例中，环状引导部件1包括两个环状引导半部件或部分P1、P2，两者能够在它们各自的相对的基部P1a、P2b(或者说联接基部)处彼此联接，且环状引导半部件P1、P2均在它们各自的那些间隔部6的一端部处包括突起部7，用以通过环形磁芯部4的两个较大的表面或基部4a、4b来支撑环形磁芯部4，即是说，芯部4被容置在靠近基部P1b的突起部7与靠近基部P2a的突起部7之间(后者在图2中被示出为与较大表面4a接触)。

邻近所述突起部7，每个通道2均具有锥形扩展部2a，其有助于铜导线进入(在使用引导部件1进行绕线的情况下)，或者有助于线匝3进入(在使用引导部件1来对已被绕线的芯部的线匝3进行规整的情况下)。

如图1a和图1b中可见，联接基部P1a、P2b各自包括互补联接构造，对于图中所示的实施例，这些互补联接构造各自包括设置在彼此相对的联接基部P1a、P2b中的销8a和开口8b，以便通过将销8a插入到开口8b中来将它们联接，如图2中所示地牢固附接。

对于图3、图4和图5中所示的实施例，环状引导部件1是单个部件，且通道2具有限定在这些通道的一端处的上述锥形扩展部2a。图4示出了形成环形线圈的线匝3的导线的端部3a和3b。

如前文中所述，本发明的第二方案提出的方法包括使用第一方案的装置来对裸露的磁芯部2进行绕线，或者是对已绕线的芯部4的线匝3进行规整。

在第一种情况下，将芯部4插入到环状引导部件1的中心空间5中，将芯部经过其一个表面直接插入(对于图3的实施例)，或者插入到半部件P1、P2之一中(对于图1a、图1b和图2的实施例)然后将另一个半部件P2、P1布置在芯部4上，使其容置在两个半部件之间。一旦芯部4被布置在壳体5中，则通过以下方式执行绕线：将铜导线经一个上述通道2的一端插入，经另一端将其取出，使导线通过中心区域9(见图5)，将导线经过相邻的通道2的下端插入，以此类推(通过与缝纫过程类似的过程)直至完成绕线。在完成绕线后，优选移除部件1，亦即最终产品不包括部件1，而仅包括如此形成的环形线圈。

为了防止线匝3从所占据的位置脱出，且为了保护其免受不利的环境条件的影响，在移除环状部件1之前，使用例如粘合剂或双面胶带来执行将线匝3固定到芯部4的固定步骤。至少当使用双面胶带来执行固定步骤时，在缠绕线匝之前执行该固定步骤，将胶带置于裸露芯部的外径上，从而通过缠绕将线匝固定在其上。随后执行粘合剂固化步骤。一旦这些线匝3被合适地定位，则对其进行涂漆，从而将这些线匝牢固地固定并保护它们免受不利的环境条件的影响。环状部件1被再次使用以形成其它的线圈。

优选地，可以不将环状部件1移除，而使其包含在最终产品中。

对于第二种情况，亦即对于已绕线的芯部4的线匝3进行规整的情况，将芯部按照与前述段落中的描述类似方式插入，但定位成使得线匝3进入通道2(对于图3的实施例为穿过扩展部2a)，使得通道迫使线匝3以被引导的方式移动，直至它们各自被居中地定位在各个通道2中。然后，借助粘合剂(其随后被固化)将线匝3固定到芯部4，使得当引导部件1被移除时，线匝不会从所占据的规整位置脱出，且线匝被涂漆以保护它们免受有害环境条件的影响。

图6示出一个优选实施例，其与图5的实施例的不同之处在于环形线圈包括两个绕组，一个绕组由线匝3形成而另一个由线匝13形成，两个绕组具有彼此相同或几乎相同的线匝规则性。显然，对于这一实施例，可以根据上文参照本发明的第二方案提出的方法描述的两种替代性情况中的任一种情况来得到所示的绕组，亦即对裸露的磁芯部2进行绕线，或者将已绕线的芯部的线匝3、13进行规整。

图7、图8a、图8b和图8c示出一个实施例，其与图1a、图1b和图2的实施例更为相似，但其中除了销8a和开口8b之外，互补联接构造还分别包括：两个附件11a、11b，每个附件均在其自由端部处具有钩状构造(特别是呈边缘或挂钩形状)；以及两个通孔14a、14b，分别设置在彼此相对的联接基部P2b、P1a中，且被构造为通过当每个附件11a、11b插入到与其相对的通孔14a、14b中时(发生)的弹性变形和恢复来进行联接，该钩状构造使一个环状引导半部件P1保持贴靠另一个环状引导半部件P2。尽管附图将附件11a、11b描绘成设置在半部件P2中且通孔14a、14b设置在半部件P1中，但其它实施例(未示出)中的情况可以是相反的，或者各个半部件P1、P2中的附件或孔可以组合。对于其它未示出的实施例，附件和孔的数量也可以不是两个。

对于图7、图8a、图8b、和图8c中所示的实施例，环状引导半部件P2包括两个凸片部10a、10b，它们从环状引导半部件P2的外轮廓的两个相对部分或区域向外延伸，且每个凸片部10a、10b分别包括两个附件11a、11b之一。类似地，环状引导半部件P1也具有两个凸片部12a、12b，它们从环状引导半部件P1的外轮廓的两个相对部分或区域向外延伸，且每个凸片部12a、12b分别包括两个通孔14a、14b之一。

如图7、图8a、图8b和图8c中所见，每对凸片部10a、10b和12a、12b均位于一相应的平面上，这两个平面彼此平行并且横向于环状引导部件1的几何中轴线，在所示的情况中与所述几何中轴线垂直。对于其它未示出的实施例，这些平面不与该几何中轴线垂直。

类似地，对于所示的实施例，每对凸片部10a、10b和12a、12b中的凸片部相对于经过图8a中的剖面线B-B的对称轴以及相对于垂直于B-B线的对称轴呈彼此对称。

对于其它实施例(未示出)，凸片部的数量、其形状和布置方式、包括每个半部件P1、P2的凸片部10a、10b和12a、12b的非共面性和/或非对称性，可以与以上所阐示的那些不同。

图8b和图8c示出了附件11a、11b的钩状构造如何将凸片部12a、12b牢固的保持贴靠于凸片部10a、10b，且因此在两个半部件P1、P2彼此联接后，如何将半部件P1保持贴靠于半部件P2。为了将两个半部件脱联接，需要如图8c中的水平箭头所示地向内按压两个钩状构造，且如图8c中的竖直箭头所述地拉拔半部件P2，将其从(半部件)P1分开。

类似于图6的实施例，在图7、图8a、图8b和图8c的实施例中，环形线圈包括两个绕组，一个绕组由线匝3形成，而另一个由线匝13形成，图8c中示出形成两个线匝3、13的导线的两对端部3a、3b和13a、13b。对于与图7、图8a、图8b和图8c的实施例类似的另一个实施例，环形线圈中包括的绕组的数量不是两个。

图7、图8a、图8b和图8c的实施例与图1a、图1b和图2的实施例的不同之处还在于，半部件P2的环状区域的高度比半部件P1的高度小得多，实际上其与凸片部10a、10b的厚度一致且与它们共面。这些实施例的多个较小的变型(未示出)考虑了半部件P2的环状区域的高度大于凸片部10a、10b的厚度和/或与它们不共面(的情况)。

在不背离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员将能够在所描述的上述实施例中引入变化和修改。