Трехфазный магнитный сердечник для магнитоиндукционного устройства и способ его изготовления

Трехфазный магнитный сердечник для магнитоиндукционного устройства и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к трехфазным магнитоиндукционным устройствам, в частности, к сердечникам с магнитным контуром, используемым в таких устройствах, а также к способам их изготовления.

Уровень техники

Магнитоиндукционные устройства (например, электрические трансформаторы, дроссели и т.д.) предназначены для передачи электрической энергии между индуктивно связанными намотанными проводниками (катушками) на основе эффекта взаимной индукции. Например, в электрических трансформаторах переменный электрический ток, подаваемый в первичную обмотку, индуктивно связанную с сердечником трансформатора, порождает в сердечнике магнитный поток, который наводит электродвижущую силу (ЭДС), или напряжение во вторичной обмотке, индуктивно связанной с сердечником трансформатора.

Трехфазный трансформатор обычно имеет контур магнитного сердечника и три катушки, индуктивно связанные с контуром магнитного сердечника. Каждая из таких катушек обычно состоит из первичной и вторичной обмоток. В современных трехфазных электрических трансформаторах обычно используют магнитные сердечники так называемой конфигурации «Е+I» (в которой катушки размещают на трех плечах Е-образной рамки магнитного сердечника, которую впоследствии замыкают I-образным ярмом сердечника). В конфигурации «Е+I» магнитный сердечник имеет планарную структуру, образованную несколькими взаимосвязанными элементами ярма и плеч магнитного сердечника, геометрически расположенными в одной плоскости.

Например, в патенте США №6668444 раскрыт трехфазный трансформатор с магнитным сердечником плоской конфигурации, изготовленным из аморфной металлической ленты. В таком магнитном сердечнике плоской конфигурации использованы «ступенчатые» стыки, предназначенные для облегчения разъединения плеч сердечника при обвитии их обмоткой с последующим смыканием стыков, которое обеспечивает замыкание контура магнитного сердечника. Однако такой способ изготовления обеспечивает получение магнитного сердечника плоской конфигурации, который является менее эффективным с точки зрения распределения магнитного потока, требует применения сложных технологий для замыкания магнитного контура и приводит к значительному увеличению массы магнитных сердечников. В частности, такие трансформаторы плоской конфигурации с плоскими магнитными сердечниками не позволяют решить проблемы асимметричного распределения магнитного потока.

Возможной альтернативой трехфазным трансформаторам плоской конфигурации являются магнитные системы с магнитным сердечником треугольного типа. Например, из патента США №6683524 известен трехфазный трансформатор, имеющий треугольную (дельтовидную) структуру. В соответствии с данным техническим решением сердечник трансформатора составлен из трех рамок, каждая из которых содержит несколько колец, намотанных из ленты магнитного материала постоянной ширины. Рамки собраны в сердечник так, чтобы образовать два треугольных ярма, между углами которых проходят вертикальные плечи, причем указанные плечи образованы из намотанных колец, которые могут быть надвинуты друг на друга, наклонены или сдвинуты друг относительно друга. Хотя такая конфигурация позволяет получить плечи трансформатора с многоугольной формой поперечного сечения, она чрезвычайно сложна в изготовлении, а ее структурная конфигурация увеличивает магнитные потери.

В патентной публикации США №20100194515 раскрыт треугольный трехфазный трансформатор, образованный тремя рамками, которые в сборе образуют шестиугольные плечи (также известные под названием «hexaformer») с использованием конических колец, получаемых посредством технологии намотки со смещением. В соответствии с данной публикацией рамки сердечника предлагается изготавливать частично из намотанной аморфной ленты, а частично - из электротехнической стали, что чрезвычайно сложно реализовать, так как указанные материалы имеют разную толщину, разную механическую прочность и требуют приложения разного усилия натяжения при намотке. Таким образом, рамки такой конструкции не обладают высокой плотностью намотки, которая является одной из основных характеристик магнитной системы. Кроме того, использование таких комбинированных рамок сердечника приводит к увеличению потерь в нагрузке в связи с тем, что магнитные потери в электротехнической стали выше, чем в аморфных материалах. В соответствии с данной публикацией дополнительно предлагается механически вытягивать рамки сердечника, что является чрезвычайно сложной задачей, поскольку величина прилагаемого усилия зависит от количества электротехнической стали, использованной в рамках. Кроме того, одновременное смещение аморфной ленты и электротехнической стали под воздействием таких усилий чревато разрушением ленты из аморфного металла, которое, в свою очередь, приводит к увеличению тока холостого хода.

Из европейской патентной публикации № ЕР 2395521 известен способ изготовления треугольных сердечников трансформаторов из аморфной металлической ленты, причем плечи магнитного сердечника расположены в виде треугольника, а поперечное сечение плеч сердечника имеет круглую или многоугольную форму. Для получения плеч рамок сердечника с требуемой формой поперечного сечения указанные рамки сердечника изготавливают из слоев непрерывно наматываемой ленты, причем ширину ленты регулируют в зависимости от размеров соответствующего слоя плеча сердечника посредством лазерной резки. Однако расплавленный материал, обычно образующийся при такой лазерной резке аморфной ленты, приводит к возникновению на обрезной кромке застывших капель расплавленного материала ленты, что, в свою очередь, приводит к возникновению зазоров между слоями магнитной ленты в процессе ее намотки. Кроме того, такие застывшие капли расплавленного материала могут создавать условия для возникновения коротких замыканий во время работы магнитной системы. Также следует отметить, что такой способ изготовления магнитного сердечника с переменным поперечным сечением чрезвычайно сложен, а его осуществление затруднительно.

В патенте США №6809620 раскрыты трехфазные трансформаторы, содержащие сердечник в виде треугольной клетки, собранной из трех рамок. Три рамки в сборе образуют треугольные яремные элементы, углы которых соединены тремя плечами, причем рамки сердечника изготовлены путем намотки нескольких лент, при этом каждая из лент сдвинута относительно соседних с нею лент так, чтобы обеспечить ромбовидное поперечное сечение рамок. Магнитный сердечник сформирован чередующимися кольцевыми элементами, изготовленными из проволоки или лент магнитного материала, причем каждое из таких колец образует часть двух плеч. Однако использование чередующихся кольцевых элементов, предложенное в данном техническом решении, требует чрезмерного усложнения технологии изготовления, в частности, при изготовлении силовых трансформаторов.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение в целом относится к трехфазным магнитным сердечникам для магнитоиндукционных устройств (например, трансформаторов, дросселей), содержащих три по существу прямоугольные рамки магнитного сердечника, т.е. имеющие боковые участки и яремные участки. Рамки скомпонованы так, что они образуют конструкцию, по существу имеющую форму треугольной призмы (пентаэдра), причем каждая из рамок имеет ступенчатую структуру, расположенную на внутренней и/или внешней поверхности бокового участка. Боковые участки двух локально примыкающих рамок зацеплены друг с другом для образования плеча, на котором может быть установлена катушка. Таким образом, сердечник в целом содержит три плеча, образованных равномерно зацепленными смежными рамками, на которых могут быть установлены три катушки трехфазного магнитоиндукционного устройства.

Рамка магнитного сердечника в общем случае имеет объемную форму. Как было указано выше, внутренняя и/или внешняя поверхности бокового участка рамки могут содержать ступенчатую структуру, образующую соответствующую выступающую поверхность (например, внутренняя поверхность), а другая поверхность может содержать аналогичную структуру (внешняя поверхность) или иметь плоскую, криволинейную или любую другую требуемую для данной конструкции форму. Магнитный сердечник, как правило, состоит из трех таких рамок магнитного сердечника, расположенных встык друг с другом (т.е. локально примыкающих) так, что ступенчатые участки локально примыкающих рамок равномерно зацеплены, образуя плечи сердечника.

Вышеописанная конфигурация, в которой вдоль боковых участков рамок предусмотрены выступающие ступенчатые поверхности, обеспечивает плотное и равномерно зацепление между смежными рамками (т.е. вдоль плечевых участков магнитного сердечника). Кроме того, такая конфигурация обеспечивает оптимальное соответствие между геометрией/формой (например, круглой или многоугольной) внешней поверхности плеча (образованного зацепленными боковыми участками рамок) и внутренней поверхности соответствующей катушки, устанавливаемой на плечо сердечника. Это обеспечивает оптимальное (максимальное) заполнение материалом магнитного сердечника участков плеч, поддерживающих катушки и обращенных к катушкам, что приводит к повышению эффективности и улучшению различных характеристик сердечника, например, уменьшению его геометрических размеров, снижению количества материала магнитного сердечника и его массы и т.д.

Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в ступенчатой структуре используют компоновку/совокупность ступеней с шагом около 30°, причем рамки ориентированы под углом 60° относительно друг друга, образуя конструкцию многоугольной формы (например, треугольную призму, или пентаэдр), т.е. верхнее и нижнее основания, образованные яремными участками, имеют форму равностороннего треугольника.

Одна или несколько рамок сердечника могут быть изготовлены из нескольких многослойных петель, выполненных из магнитных лент. Рамка сердечника может быть изготовлена из нескольких магнитных лент разной ширины, причем каждую ленту наматывают с образованием многослойной петли, а намотанные петли наматывают друг поверх друга для формирования одной или нескольких ступенчатых поверхностей. В альтернативном варианте многослойные петли могут быть изготовлены по отдельности - каждая из отдельной намотанной магнитной ленты, причем рамки сердечника могут быть изготовлены путем коаксиальной укладки петель друг поверх друга для формирования рамок сердечника требуемой ступенчатой конфигурации.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения рамки магнитного сердечника изготавливают путем последовательной намотки лент магнитного материала для образования многослойных петель, расположенных друг поверх друга, причем для последовательных многослойных петель используют ленты магнитного материала, ширина которых постепенно убывает или возрастает. Например, каждая многослойная петля может быть изготовлена путем намотки магнитной ленты, имеющей предварительно заданную длину и ширину, причем витки каждой из лент, по существу, накладывают друг поверх друга, формируя, таким образом, одну ступень ступенчатой структуры, причем число витков ленты задает толщину такой ступени. Таким образом, магнитные ленты петли могут быть намотаны друг поверх друга в порядке убывания их толщины для формирования требуемой ступенчатой структуры по меньшей мере на внутренней поверхности рамки. Соответственно, в данном примере наиболее близкую к центру петлю получают путем намотки ленты, имеющей наибольшую ширину, а наиболее удаленную от центра петлю получают путем намотки ленты, имеющей наименьшую ширину.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения рамки магнитного сердечника изготавливают последовательным наматыванием по меньшей мере некоторых из лент магнитного материала друг поверх друга в порядке возрастания ширины лент, а затем поверх них наматывают по меньшей мере некоторые из лент магнитного материала друг поверх друга в порядке убывания ширины лент. Таким образом, могут быть изготовлены плечевые участки магнитных рамок, содержащие ступенчатую структуру на одной (внутренней) поверхности рамки и имеющие поперечное сечение криволинейной формы на другой (внешней) поверхности рамки. Такая конфигурация плечевых участков рамок позволяет получить криволинейную (например, кривая, описывающая поперечное сечение плеча магнитного сердечника, может иметь форму круга) форму поперечного сечения плеч сердечника, образованных в результате зацепления ступенчатых боковых участков рамок при создании сердечника, имеющего форму треугольной призмы.

В альтернативном варианте одна или несколько рамок магнитного сердечника могут быть изготовлены из нескольких многослойных петель, причем каждую из петель изготавливают из ленты магнитного материала, отдельно намотанной для образования многослойной петли, имеющей предварительно заданную ширину (например, заданную числом витков в петле) и предварительно заданный центральный проем. Каждая из многослойных петель может быть выполнена из магнитной ленты, имеющей предварительно заданные длину и ширину, причем толщина петли (ступени) задана шириной ленты, причем витки каждой петли располагают друг поверх друга, получая при этом петлю с, по существу, плоскими поверхностями. В таком варианте осуществления настоящего изобретения многослойные петли коаксиально укладывают друг поверх друга (т.е. плоские поверхности смежных петель упираются друг в друга) в соответствии с шириной петель так, чтобы получить требуемую ступенчатую структуру по меньшей мере на одной (внутренней) поверхности рамки, в то же время формируя центральные проем путем коаксиального расположения центральных проемов укладываемых петель. Размеры центральных проемов рамок могут быть подобраны так, чтобы обеспечить возможность вмещения катушек трехфазного магнитоиндукционного устройства, устанавливаемых на плечи магнитного сердечника, образованные указанными рамками.

Например, в некоторых из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения многослойные петли могут быть уложены друг поверх друга в порядке убывания ширины петель, тем самым, обеспечивая получение требуемой ступенчатой структуры на внутренней поверхности рамок. В таком случае самая нижняя многослойная петля (например, расположенная на внешней поверхности рамки) имеет наибольшую ширину, а самая верхняя многослойная петля (например, расположенная на внутренней поверхности рамки) имеет наименьшую ширину.

Ленты магнитного материала предпочтительно наматывают с образованием прямоугольных петлевых структур, причем в каждой многослойной петле образуется центральный проем, а петли каждой рамки расположены так, чтобы обеспечить коаксиальное выравнивание центральных проемов петель, тем самым, формируя центральный проем рамки. Центральные проемы рамок сердечника предназначены для вмещения в них катушек магнитоиндукционного устройства, устанавливаемых на более позднем этапе на плечи магнитного сердечника, образованные зацеплением боковых плечевых участков локально примыкающих рамок магнитного сердечника.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере некоторые из петель могут содержать центральные проемы разных размеров, что может быть использовано для изготовления рамок магнитного сердечника с поперечным сечением криволинейной формы. Например, многослойные петли могут быть коаксиально уложены друг поверх друга в порядке возрастания ширины петель в соответствии с размерами их центральных проемов, при этом некоторые из многослойных петель могут быть коаксиально уложены поверх указанных многослойных петель (также друг поверх друга) в порядке убывания ширины петель в соответствии с размерами их центральных проемов. В результате, удается получить ступенчатую структуру на внутренней поверхности рамки и криволинейную форму поперечного сечения внешних и/или медиальных сторон плечевых участков рамок.

В некоторых случаях рамки магнитного сердечника могут быть изготовлены путем комбинирования вышеописанных технологий намотки и укладки. Например, одна или несколько рамок магнитного сердечника могут быть изготовлены путем последовательной намотки некоторых из многослойных петель друг поверх друга и последующей коаксиальной укладки одной или нескольких изготовленных отдельно многослойных петель (например, поверх намотанных петель).

В некоторых из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения рамки магнитного сердечника контура магнитного сердечника изготавливают из ленты аморфного металла, например, выполненной из мягкого ферромагнитного аморфного сплава или из нанокристаллического сплава, например, для высокочастотных трансформаторов. В альтернативном варианте рамки магнитного сердечника изготавливают из тонкой ленты электротехнической стали.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения катушки устанавливают на плечи магнитного сердечника следующим образом: разрезают участок рамок магнитного сердечника в поперечном направлении с получением верхней и нижней частей каждой рамки, собирают нижние части рамок с формированием треугольной конфигурации (т.е. расположением ярем в форме треугольника) путем зацепления ступенчатых участков их плеч, в результате чего формируются нижние части плеч сердечника, устанавливают катушки на нижние части плеч сердечника и далее прикрепляют верхние части рамок поверх соответствующих нижних частей для восстановления прямоугольной структуры рамок.

В соответствии с некоторыми из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения многофазное магнитоиндукционное устройство может быть изготовлено следующим образом:

- изготавливают рамки магнитного сердечника, причем каждая рамка содержит несколько многослойных петель, изготовленных из намотанных лент магнитного материала (например, обладающего мягкими ферромагнитными свойствами), причем многослойные петли располагают так, чтобы формировать ступенчатую структуру по меньшей мере на одной поверхности рамок сердечника;

- если рамки изготовлены из аморфной ленты, опционально выполняют тепловую обработку рамок магнитного сердечника (например, закалку при температурах, приблизительно составляющих от 360 до 400°С, после которой возможно медленное постепенное охлаждение рамок в закалочной печи);

- пропитывают рамки органическим связующим материалом (например, органокремниевым лаком или эпоксидной смолой), после чего просушивают рамки;

- разрезают рамки в поперечном направлении на верхние и нижние части;

- устанавливают нижние части рамок вертикально на основании устройства (например, выполненном из электроизоляционного материала) путем размещения указанных частей рядом друг с другом в форме треугольника так, чтобы обеспечить зацепление ступенчатых боковых участков плеч нижних частей рамок;

- устанавливают катушку на каждой паре зацепленных плечевых участков нижних частей рамок;

- устанавливают три соответствующие верхние части рамок магнитного сердечника вертикально для восстановления прямоугольной формы рамок;

- вставляют электроизоляционный материал между зацепленными плечевыми участками рамок;

- устанавливают верхнюю зажимную пластину (например, выполненную из электроизоляционного материала); и

- электрически подсоединяют выводные провода и закрепляют устройство затяжными штифтами.

Предлагаемое изобретение обладает рядом преимуществ. Например, ступенчатая конфигурация рамок магнитного сердечника с применением многослойных прямоугольных петель может быть эффективно использована для придания плечам каждой фазы магнитного сердечника поперечного сечения требуемой формы (например, круглой или многоугольной) и позволяет минимизировать потери холостого хода. Кроме того, модульная структура магнитного сердечника предлагаемого устройства упрощает его разборку и сборку, что облегчает изготовление и техническое обслуживание устройства. Возможность выполнения плеч сердечника так, чтобы они имели поперечное сечение требуемой формы, позволяет обеспечить эффективное заполнение поперечного сечения сердечника, окруженного катушкой, магнитным материалом плеч, тем самым, уменьшая диаметр и массу обмоток и, соответственно, снижая электрические потери в обмотках.

Описанная конструкция магнитоиндукционного устройства требует меньшего количества ленточного материала для его изготовления, обеспечивает получение более легких сердечников магнитных трансформаторов и повышает кпд устройства. В частности, магнитоиндукционные устройства, изготовленные в соответствии с предлагаемым в настоящем изобретении способом, обладают следующими преимуществами:

- более высокий кпд (например, повышение кпд силового трансформатора до 99,2%);

- меньшую массу магнитного сердечника (например, приблизительно на 30-40% меньше, чем у трехфазных трансформаторов традиционной конструкции);

- меньшее количество материалов на единицу электрической мощности (например, приблизительно 30-40%); и

- повышенную эксплуатационную технологичность по сравнению с традиционными треугольными трехфазными трансформаторами.

Таким образом, в соответствии с одним из аспектов в настоящем изобретении предложен магнитный сердечник трехфазного индукционного устройства, причем указанный магнитный сердечник содержит три рамки магнитного сердечника, каждая из которых имеет внутреннюю и внешнюю поверхности, причем по меньшей мере внутренняя поверхность каждой рамки содержит ступенчатую структуру, проходящую вдоль боковых участков рамки, причем рамки магнитного сердечника расположены в указанном магнитном сердечнике так, что их внутренние поверхности обращены друг к другу, тем самым, формируя конструкцию, имеющую форму треугольной призмы, причем ступенчатый боковой участок каждой рамки зацеплен со ступенчатыми боковыми участками локально примыкающих к ней рамок, образуя три плеча магнитного сердечника, на которых установлены катушки указанного устройства. Например, ступенчатые структуры внутренних поверхностей рамок могут быть скомпонованы для образования структуры в форме усеченной ступенчатой пирамиды.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения ступенчатая структура имеет шаг около 30°, причем рамки ориентированы под углом в 60° относительно друг друга.

Рамки магнитного сердечника могут содержать несколько многослойных петель, каждая из которых изготовлена из намотанной ленты магнитного материала (например, аморфного металла, электротехнической стали, нанокристаллического сплава или любого другого соответствующего материала) и соответствует конкретной ступени ступенчатой структуры. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждую из многослойных петель изготавливают из ленты магнитного материала, имеющей предварительно заданную ширину, причем по меньшей мере некоторые из многослойных петель изготавливают из лент магнитного материала разной ширины, причем ленты последовательно наматывают друг поверх друга в соответствии с шириной ленты для формирования ступенчатой структуры.

Опционально некоторые из лент могут быть намотаны друг поверх друга в порядке убывания ширины ленты. Таким образом, могут быть изготовлены плечи магнитного сердечника с поперечным сечением многоугольной формы.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения по меньшей мере некоторые из лент наматывают друг поверх друга в порядке возрастания ширины ленты. Соответственно, путем наматывания некоторых из внутренних многослойных петель друг поверх друга в порядке возрастания ширины лент и наматывания поверх них и друг поверх друга некоторых из внешних многослойных петель в порядке убывания ширины ленты можно изготовить рамки, которые позволяют получить круг в периметре поперечного сечения плеч сердечника (например, полученных путем зацепления ступенчатых боковых участков локально примыкающих рамок).

В некоторых из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения многослойные петли наматывают из лент магнитного материала, имеющих одинаковую ширину, чтобы получить для каждой из петель предварительно заданную ширину петли и предварительно заданный центральный проем, причем по меньшей мере некоторые из петель имеют разные ширины петли, а каждую из рамок изготавливают путем коаксиальной укладки указанных петель друг поверх друга для формирования требуемой ступенчатой структуры. Например, ступенчатая структура может быть получена путем коаксиальной укладки по меньшей мере некоторых из многослойных петель друг поверх друга в порядке убывания их ширины.

В некоторых из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения геометрические размеры центрального проема по меньшей мере некоторых из петель могут быть разными. Таким образом, путем коаксиальной укладки по меньшей мере некоторых из многослойных петель друг поверх друга в порядке возрастания их ширины в соответствии с геометрическими размерами их центральных проемов и коаксиальной укладки поверх них и друг поверх друга по меньшей мере других многослойных петель в порядке убывания их ширины в соответствии с геометрическими размерами их центральных проемов могут быть получены плечи сердечника (например, после зацепления ступенчатых боковых участков локально примыкающих рамок) с поперечным сечением, периметр которого имеет форму круга.

В соответствии с другим аспектом в настоящем изобретении предложено трехфазное магнитоиндукционное устройство, содержащее магнитный сердечник, содержащий три рамки магнитного сердечника, каждая из которых содержит внутреннюю и внешнюю поверхности, причем по меньшей мере внутренние поверхности имеют ступенчатую структуру, проходящую вдоль боковых участков рамки, причем рамки магнитного сердечника расположены в указанном магнитном сердечнике так, что их внутренние поверхности обращены друг к другу, тем самым образуя конструкцию, имеющую форму треугольной призмы, причем ступенчатый боковой участок каждой из рамок зацеплен со ступенчатыми боковыми участками локально примыкающих к ней рамок, образуя три плеча магнитного сердечника. Устройство дополнительно содержит три катушки, причем каждая из указанных катушек установлена на одном плече сердечника.

По меньшей мере одна из рамок магнитного сердечника указанного устройства может содержать несколько многослойных петель, изготовленных из намотанной ленты магнитного материала (например, аморфного металла, электротехнической стали или другого соответствующего материала), причем каждая из петель может быть изготовлена из ленты магнитного материала, имеющей предварительно заданную ширину. Соответственно, ступенчатая структура может быть получена путем последовательной намотки лент магнитного материала многослойной петли друг поверх друга в соответствии с шириной лент или путем коаксиальной укладки многослойных петель друг поверх друга в соответствии с шириной петель. Таким образом, рамки могут быть изготовлены с обеспечением требуемой формы поперечного сечения плеч сердечника. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения рамки могут быть предназначены для формирования плеч сердечника с поперечным сечением многоугольной формы, а в других возможных вариантах осуществления настоящего изобретения - с периметром поперечного сечения в форме круга (т.е. с круглой внешней границей плеча сердечника).

В некоторых вариантах предложено трехфазное магнитоиндукционное устройство, содержащее магнитный сердечник с тремя рамками магнитного сердечника, каждая из которых имеет внутреннюю и внешнюю поверхности и несколько многослойных петель, изготовленных из намотанной ленты аморфного металла, причем петли последовательно намотаны друг поверх друга в соответствии с шириной ленты или коаксиально уложены друг поверх друга в соответствии с шириной петли для формирования ступенчатой структуры, проходящей вдоль боковых участков рамки, причем рамки магнитного сердечника расположены в указанном магнитном сердечнике так, что их внутренние поверхности обращены друг к другу, тем самым образуя конструкцию, имеющую форму треугольной призмы, причем ступенчатый боковой участок каждой из рамок зацеплен со ступенчатыми боковыми участками локально примыкающих к ней рамок, образуя три плеча магнитного сердечника. Устройство дополнительно содержит три катушки, причем каждая из указанных катушек установлена на одном из плеч сердечника.

В соответствии с еще одним аспектом в настоящем изобретении предложен способ изготовления магнитного сердечника для трехфазного магнитоиндукционного устройства, причем указанный способ включает в себя следующие этапы: изготавливают три рамки магнитного сердечника, содержащие несколько многослойных петель, причем рамки имеют требуемые ступенчатые структуры, проходящие вдоль боковых участков рамок, причем каждую из петель изготавливают путем намотки ленты магнитного материала, имеющей предварительно заданную ширину, и собирают магнитный сердечник путем размещения рамок с образованием конструкции, имеющей форму треугольной призмы, в результате зацепления ступенчатых боковых участков локально примыкающих рамок. Таким образом, зацепленные ступенчатые боковые участки локально примыкающих рамок образуют три плеча магнитного сердечника, которые могут быть плотно окружены катушками указанного трехфазного магнитоиндукционного устройства. Одна или несколько (или все) из рамок могут быть изготовлены путем последовательной намотки нескольких лент магнитного материала друг поверх друга в соответствии с шириной указанных лент. В альтернативном варианте рамки могут быть изготовлены путем отдельной намотки нескольких многослойных петель из лент магнитного материала, причем по меньшей мере некоторые из петель имеют разную ширину, а также коаксиальной укладки многослойных петель друг поверх друга в соответствии с шириной петель. Данные технологии изготовления рамок могут быть использованы по отдельности или в сочетании (например, путем укладки некоторых отдельно намотанных петель поверх многослойных петель, в которых ленты намотаны друг поверх друга) для получения требуемой ступенчатой структуры, проходящей вдоль боковых участков рамок.

В соответствии с некоторыми из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения изготовление рамок предусматривает закалку. Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором рамки пропитывают связующим материалом. Изготовление магнитного сердечника также может предусматривать прокладку одного или нескольких слоев электроизоляционного материала между зацепленными ступенчатыми участками локально примыкающих рамок.

В соответствии с еще одним аспектом в настоящем изобретении предложен способ изготовления трехфазного индукционного устройства, включающий в себя этапы, на которых изготавливают три рамки магнитного сердечника, содержащие несколько многослойных петель, причем каждая из указанных петель намотана из ленты магнитного материала, имеющей предварительно заданную ширину, причем ленты расположены в рамках так, чтобы обеспечить получение требуемой ступенчатой структуры, проходящей вдоль боковых участков рамок, разрезают каждую рамку в поперечном направлении на верхнюю и нижнюю части, устанавливают нижние части рамок с образованием конструкции, имеющей форму треугольной призмы, и зацепляют ступенчатые участки боковых сторон локально примыкающих нижних частей рамок для формирования трех нижних частей плеч сердечника, устанавливают катушки на каждую из нижних частей плеч и прикрепляют верхние части рамок поверх соответствующих им нижних частей.

Изготовление рамок может предусматривать последовательную намотку лент магнитного материала друг поверх друга в соответствии с шириной лент для формирования нескольких многослойных петель. В альтернативном варианте изготовление рамок может предусматривать отдельную намотку нескольких многослойных петель из лент магнитного материала, причем по меньшей мере некоторые из петель имеют разные ширины, а также коаксиальную укладку многослойных петель друг поверх друга в соответствии с шириной петель.

Данные технологии изготовления рамок также могут быть использованы в сочетании, например, путем укладки некоторых из отдельно намотанных петель поверх многослойных петель, в которых ленты намотаны друг поверх друга.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания принципов настоящего изобретения и примеров его практического осуществления ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов его осуществления, не накладывающее каких-либо ограничений и содержащее ссылки на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми номерами позиций обозначены одни и те же элементы. При этом на прилагаемых чертежах изображено следующее.

На фиг. 1А и 1В схематично показано трехфазное магнитоиндукционное устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, причем на фиг. 1А указанное устройство показано в аксонометрии, а на фиг. 1В указанное устройство показано на виде сверху. На фиг. 2А - 2С схематично показан трехфазный трансформатор в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, причем на фиг. 2А указанный трансформатор представлен на виде сбоку, а также в продольном разрезе показано плечо сердечника указанного трансформатора; на фиг. 2В указанный трансформатор представлен на виде сверху, а в поперечном разрезе показано плечо сердечника указанного трансформатора; а на фиг. 2С указанный трансформатор показан в поперечном разрезе по линии А-А с фиг. 2А. На фиг. 3А - 3С схематично показана многослойная прямоугольная рамка, имеющая ступенчатую структуру, причем на фиг. 3А указанная рамка показана на виде спереди, на фиг. 3В указанная рамка показана на виде сбоку, а на фиг. 3С указанная рамка показана в разрезе по линии В-В с фиг. 3А. На фиг. 4А - 4Е схематично показано трехфазное магнитоиндукционное устройство в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, при котором рамки магнитного сердечника обеспечивают формирование плеч сердечника, периметр поперечного сечения которых имеет форму круга; причем на фиг. 4А указанное устройство представлено на виде сбоку, а также в продольном разрезе показано плечо сердечника указанного трансформатора; на фиг. 4В указанное устройство представлено в поперечном разрезе по линии А-А с фиг. 2А; на фиг. 4С в аксонометрии, в поперечном разрезе показана рамка магнитного сердечника указанного устройства; на фиг.4D указанная рамка показана на виде спереди; а на фиг. 4Е указанная рамка показана на виде сбоку с разрезами ее верхней и нижней частей. На фиг. 5А - 5С схематично показано трехфазное магнитоиндукционное устройство согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, при котором магнитный сердечник указанного устройства изготовлен из пакета петель магнитного сердечника, причем на фиг. 5А магнитоиндукционное устройство показано в поперечном разрезе, на фиг. 5В на виде спереди показана рамка магнитного сердечника, используемая в таком устройстве, а на фиг. 5С указанная рамка магнитного сердечника представлена на виде сверху, при этом плечевой участок указанной рамки показан в разрезе. На фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая один из возможных способов изготовления трехфазного магнитоиндукционного устройства согласно одному из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. На фиг. 7А - 7D схематично представлена конструкцию рамки сердечника в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения; причем на фиг. 7А в аксонометрии показана многослойная прямоугольная петля, изготовленная из намотанной ленты и