低声辐射的电线圈的制作方法

1.本发明涉及一种电线圈。本发明还涉及包括这种线圈的系统使用这种线圈的使用方法。


背景技术：

2.用于调节电力分配或输送网络中的电流的线圈经受由于为其供电的交流电造成的电磁力。这些应力导致振动和可能会产生噪声干扰的声辐射。
3.目前，一种解决方案是要求后期处理的封装(用带有隔音材料的密封结构)，其导致冷却问题，并且在低频时该封装的功效受到限制。
4.本发明的目的在于减小电线圈的噪声干扰，优选地通过降低冷却的必要性和/或不一定限于低频率。


技术实现要素：

5.该目的是通过一种电线圈来达到的，该电线圈包括围绕位于线圈内的主轴线缠绕多个匝的导电材料丝，每个匝构成围绕主轴线的一整圈，各个匝以平行于主轴线的偏移的方式彼此连续，其特征在于，该电线圈包括在沿着主轴线的方向彼此连续的匝对之间的开口。
6.该线圈能够在线圈的至少一部分上或线圈的整个上包括在沿着主轴线的方向彼此连续的每个匝对之间的至少一个开口。
7.该线圈能够在线圈的至少一部分上或线圈的整个上包括在沿着主轴线的方向彼此连续的匝组之间的至少一个开口。每个组优选地包括相同数量的匝。
8.分隔两个匝的至少一个或每个开口能够包括贯穿分隔这两个匝的材料的孔。作为开口，所述线圈能够包括贯穿分隔匝的材料的分布在这些匝围绕主轴线的整个圆周上的多个穿孔或缝，这些穿孔或缝优选地沿着匝彼此间隔开最大2mm。
9.分隔两个匝的至少一个或每个开口能够包括在这些匝围绕主轴线的整个圆周上容置这两个匝的空间。
10.每个开口的最小尺寸优选地至少为0.1mm。
11.开口优选地设置为使得线圈的开口度：
12.‑
大于或等于0.5％(或甚至1％)和/或
13.‑
小于或等于40％，优选地小于或等于30％，优选地小于或等于20％，优选地小于或等于10％。
14.开口优选均匀地分布在线圈之上。
15.根据本发明的又一另外的方面，提出了一种包括根据本发明的线圈和设置为以电信号给该线圈供电的电源的系统，该电信号连续或按时地产生线圈在频率f下的振动。
16.每个开口的最小尺寸优选地至少等于：
[0017][0018]
其中，空气在18℃下的粘性为：
[0019]
μ＝1.84 10
‑5kg.m
‑1.s
‑1[0020]
空气在18℃下对于p0＝101320pa的气压的密度为：
[0021]
ρ0＝1.213kg.m
‑3[0022]
以及，振动的角频率为：
[0023]
ω＝2πf
[0024]
线圈的振动频率优选地为20hz至20khz。
[0025]
电信号的强度优选地至少为100a。
[0026]
根据本发明的又另一方面，提出了一种使用根据本发明的线圈的方法，其中，用电源以电信号给该线圈供电，该电信号连续或按时地产生线圈在频率f下的振动。
[0027]
每个开口的最小尺寸优选地至少等于：
[0028][0029]
其中，空气在18℃下的粘性为：
[0030]
μ＝1.84 10
‑5kg.m
‑1.s
‑1[0031]
空气在18℃下对于p0＝101320pa的气压的密度为：
[0032]
ρ0＝1.213kg.m
‑3[0033]
以及，振动的角频率为：
[0034]
ω＝2πf
[0035]
线圈的振动频率优选地为20hz至20khz。
[0036]
电信号的强度优选地至少为100a。
附图说明
[0037]
通过阅读对绝非限制性的实施方式和实施例和以下附图的详细描述，本发明的其它优点和特点将显现：
[0038]
图1是根据本发明的线圈的第一实施例101的示意性剖视图；
[0039]
图2是根据本发明的线圈的第二实施例102的示意性剖视图；
[0040]
图3是根据本发明的线圈的第三实施例103的示意性剖视图；
[0041]
图4是根据本发明的线圈的第四实施例104的示意性剖视图；
[0042]
图5示出根据本发明的线圈的不同变型生成的不同的声压水平曲线。
[0043]
这些实施例绝非限制性的，尤其可考虑本发明的仅包括以下所述或所示特征的与其它所述或所示特征隔离的选集的变型(即使该选集是在包括这些其它特征的词句内隔离的)，如果该特征选集足以赋予技术优点或使得本发明有别于现有技术。该选集包括至少一个、优选地功能性的无结构性细节和/或仅带有一部分结构性细节的特征，如果仅该部分就足以赋予技术优点或使得本发明区别于现有技术。
[0044]
将首先参照图1描述根据本发明的线圈的第一实施例101。
[0045]
电线圈101包括围绕位于线圈101内并沿着一个方向延伸的主轴线缠绕多个匝2的导电材料丝。
[0046]
线圈101是单层或多层工业线圈。在多层线圈的情况下，层能够是连续的(在该情况下，如果线圈具有柱形，则具有单个柱体)或分离的(在该情况下，如果线圈具有柱形，则具有通过空气间隙分隔开的多个同心柱体)。
[0047]
线圈101优选地具有柱形，但能够根据所考虑的变型具有各种形状，例如具有矩形截面的线圈101。
[0048]
每个匝2围绕主轴线1一整圈。
[0049]
各个匝2以平行于主轴线1的偏移的方式彼此连续。换句话说，所有匝2一起逐渐地形成围绕并延伸轴线1的长度的形状，例如管。这些各个匝2能够可选地局部地包括包含在垂直于轴线1的一个相同的平面中的多个匝2。
[0050]
线圈101包括在沿着主轴线1的方向彼此连续的匝对2a、2b之间的开口3。
[0051]
线圈101在所述线圈101的至少一部分上或整个上包括在沿着主轴线1的方向彼此连续的每个匝对2a、2b之间的至少一个开口3。
[0052]
每个开口3设置为允许气体在线圈101外部与线圈101内部(即轴线1)之间自由穿过该开口。
[0053]
该气体(通常为空气)从线圈101外部通到直至轴线1允许减小线圈101的声辐射。
[0054]
线圈101的内部定义为包括在匝2与轴线1之间的空间。
[0055]
线圈101的外部定义为相对于轴线1包括在匝2外侧的空间。
[0056]
如果线圈由支撑件或框架承载，该支撑件或框架也被开孔以免阻闭开孔3，以使得对于每个开口3，气体(像空气)自由行程直线能够将轴线1连接到线圈101外部和支撑件或框架外部。
[0057]
每个匝2的高度(平行于轴线1测量的)对于人类可听范围的低频率优选地小于20cm，或对于人类可听范围的高频率(20khz或更低)小于20mm或小于2mm。
[0058]
每个开口3的高度(平行于轴线1测量的)优选地小于匝2的高度(平行于轴线1测量的)。
[0059]
每个匝2的厚度(垂直于轴线1测量的)优选地小于或等于每个开口3的高度(平行于轴线1测量的)的两倍。
[0060]
线圈101的高度(平行于轴线1测量的)优选地大于匝的高度(平行于轴线1测量的)的十倍。
[0061]
线圈101的外直径，或更具一般性地(尤其是在绕方形、椭圆形等形状的圈的匝2的情况下)，匝2的至少外部宽度(在垂直于轴线1的平面中测量的)优选地大于40cm。
[0062]
每个开口3遵循匝2的倾斜。
[0063]
分隔两个匝2a、2b的至少一个或每个开口3包括在这些匝2a、2b的围绕主轴线1的整个圆周至上沿这两个匝2a、2b的长度延伸的空间。
[0064]
每个开口3的最小尺寸为至少0.1mm，优选地至少0.5mm，优选地至少1mm。在本实施例中，该最小尺寸为每个开口3的平行于轴线1测量的高度。
[0065]
每个开口3的高度小于5mm。
[0066]
开口3设置为使得线圈的开口度大于或等于0.5％(或甚至大于或等于1％)。
[0067]
将线圈101的开口度τ定义为，根据无论哪个垂直于轴线1的剖视图或图像(参见图1)，开口3的面积与线圈101的总面积(该总面积是匝2和开口3的面积之和)的比值。例如，当开口3的面积占线圈101的面积的一半时，τ＝50％。
[0068]
开口3设置为使得线圈101的开口度小于或等于30％，优选地小于或等于10％。这允许仅非常轻微地改变具有恒定尺寸的线圈的电感，或仅微弱地改变线圈的尺寸以保持其电感。
[0069]
开口3均匀地分布在线圈101之上，即开口3按照平行于轴线1和/或沿着匝2的恒定空间周期性布置在线圈101上。
[0070]
在线圈101的情况下，开口3以平行于轴线1的恒定空间周期性分布或布置。
[0071]
在一个实施例中：
[0072]
‑
对于总共18个匝，匝2是铝制的，具有矩形的截面和25mm x 20mm的尺寸，由直径为4mm的36股构成，并且每个匝2具有圆形；
[0073]
‑
线圈101形成柱体，该柱体的平行于轴线1测量的高度为394mm，该柱体在垂直于轴线1的平面中测量的内直径为550mm和在垂直于轴线1的平面中测量的外直径为600mm，轴线1是该柱体的回转轴线；
[0074]
‑
开口或缝3的平行于轴线1测量的高度为2mm。
[0075]
现在将参照图2描述根据本发明的线圈的第二实施例102。将仅对于其相对于线圈101的不同之处来描述线圈102。
[0076]
线圈102在该线圈102至少一部分上或整个上包括在沿着主轴线1彼此连续的匝2的组22之间的至少一个开口3。
[0077]
每个组22包括相同数量的匝2，该数量通常大于或等于2和/或小于或等于10。
[0078]
开口3仍设置为使得线圈102的开口度大于或等于0.5％(或甚至大于或等于1％)。
[0079]
在一个实施例中：
[0080]
‑
对于总共18个匝，匝2是铝制的，具有矩形的截面和25mm x 20mm的尺寸，由直径为4mm的36股构成，并且每个匝2具有圆形；
[0081]
‑
线圈102形成柱体，该柱体的平行于轴线1测量的高度为384mm，该柱体在垂直于轴线1的平面中测量的内直径为550mm和在垂直于轴线1的平面中测量的外直径为600mm，轴线1是该柱体的回转轴；
[0082]
‑
开口或缝3的平行于轴线1测量的高度为3mm；
[0083]
‑
每个组22包括2个匝。
[0084]
现在将参照图3描述根据本发明的线圈的第三实施例103。将仅对于其相对于线圈101或102的不同之处来描述线圈103。
[0085]
在图3的该线圈变型103中，对于该变型，开口3分隔个体匝2(如图1所示)或匝组22(如图2所示)，分隔两个匝2a、2b的至少一个或每个开口3包括贯穿分隔这两个匝2a、2b的材料的孔。
[0086]
更确切地说，对于所考虑的相邻匝2a、2b的每对，开口3包括多个贯穿分隔匝2a、2b的材料(例如abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)类型的聚合物)的穿孔或缝。
[0087]
这些孔3分布在这些匝2a、2b围绕主轴线1的整个圆周之上。
[0088]
这些孔3优选地彼此间隔距离4(沿着这些孔3分隔的两个匝2中每个的等距曲线测量)，该距离小于在振动频率f下确定的声波波长，优选地小于或等于20cm(以覆盖低声频)，优选地小于或等于2cm(以覆盖中间频率)，优选地小于或等于2mm(以覆盖高声频)。
[0089]
每个开口3的最小尺寸至少为0.1mm，优选地至少为0.5mm，优选地至少为1mm。在本实施例中，该最小尺寸是每个孔3平行于轴线1测量的高度，或每个孔(缝或穿孔)沿着该开口3分隔的两个匝2a、2b测量的长度。
[0090]
开口3仍设置为使得线圈103的开口度大于或等于0.5％，优选地大于或等于1％。
[0091]
在线圈103的情况下，开口3以沿着匝2、即沿着匝2的倾斜方向以优选恒定的空间周期性分布或布置在线圈103上。
[0092]
在线圈103的情况下，开口3以沿着轴线1的方向恒定的第一空间周期性和沿着匝2恒定的第二空间周期性分布或布置在线圈103上。
[0093]
线圈实施例103与线圈101或102的实施例的不同之处在于，每个开口3是呈长缝状的孔，该孔具有：
[0094]
‑
2mm的平行于轴线1测量的高度；
[0095]
‑
5mm的沿着该开口3分隔的两个匝2a、2b测量的长度；
[0096]
‑
3mm的沿着该开口3分隔的两个匝2a、2b测量的与其相邻开口3中的每个相距的距离4。
[0097]
现在将参照图4描述根据本发明的线圈的第四实施例104。将仅对于其相对于线圈103的不同之处来描述线圈104。
[0098]
线圈104的实施例与线圈103的实施例的不同之处在于，每个开口3是呈穿孔状的孔，该孔具有相似的高度和长度，即具有：
[0099]
‑
2mm的平行于轴线1测量的高度；
[0100]
‑
2mm的沿着该开口3分隔的两个匝2a、2b测量的长度；
[0101]
‑
2mm的沿着该开口3分隔的两个匝2a、2b测量的与其相邻开口3中的每个相距的距离4。
[0102]
越减小开口3的尺寸(通过增大开口3的数量)，就越具有局部恒定或均匀的开口度。
[0103]
由此，本发明在于给线圈101、102、103或104开孔(具有局部(图2)或完全(图1)非连续的匝2)，以减小振动向着产生声波的机械声转换。在匝2之间存在(空气的，或更具一般性气体的)空间产生声学短路，这高度降低线圈101、102、103或104的声辐射的有效性。
[0104]
本发明允许减小存在于电力分配或输送网络中的线圈的声辐射，同时大致保持线圈的电感的值。这涉及将振动声学概念应用于工业系统。
[0105]
本发明允许通过结构开孔或穿孔的性质，避免其有效声辐射。
[0106]
现在将描述包括线圈101、102、103或104和电源的根据本发明的系统的一个实施例。
[0107]
电源是例如设置为生成通常具有高于10hz或甚至40hz和/或低于1000hz或甚至100hz的基频(通常等于50hz或60hz)和大于100a或甚至大于1000a的电流的供电信号的配电器的发电机。
[0108]
电源设置为以供电信号给线圈101、102、103或104供电，该供电信号以连续或按时
[0136]
以及，振动的角频率为：
[0137]
ω＝2πf。
[0138]
线圈的振动频率f为20hz至20khz。
[0139]
供电信号的强度为至少100a。
[0140]
图5示出根据本发明的第二实施例102的，根据本发明的线圈的不同变型生成的不同声压水平曲线，其具有以下参数：
[0141]
‑
对于总共18个匝，匝2是铝制的，具有矩形的截面和0.5mm x 1mm的尺寸，由直径为0.5mm的2股构成，并且每个匝2具有圆形；
[0142]
‑
线圈102形成柱体，该柱体平行于轴线1测量的高度为90mm，所述柱体在垂直于轴线1的平面中测量的内直径为138mm和在垂直于轴线1的平面中测量的外直径为140mm；
[0143]
‑
开口或缝3的平行于轴线1测量的高度为：
[0144]
o对于曲线11，对于大约2％的开口度，h＝1mm；
[0145]
o对于曲线12，对于大约4％的开口度，h＝2mm；
[0146]
o对于曲线13，对于大约9％的开口度，h＝4mm；
[0147]
‑
每个组22包括2个匝，即具有两个匝2的九个组22。
[0148]
曲线10对应于本发明外的参考曲线，对于该参考曲线，h＝0，即没有开口3。
[0149]
可观察到：
[0150]
‑
对于曲线10，0.16mh的电感；
[0151]
‑
对于曲线11，0.153mh的电感，即相对于曲线10差别为4.3％；
[0152]
‑
对于曲线12，0.1505mh的电感，即相对于曲线10差别为6％；
[0153]
‑
对于曲线13，0.146mh的电感，即相对于曲线10差别为8.7％。
[0154]
图5将由未开孔的线圈(曲线10)在10m下生成的声压水平与由开孔的线圈102(曲线11至13)生成的声压水平进行比较。要指出的是，当线圈102形成为开孔时，在所有频率上都有非常显著的噪音水平降低。对于2％开孔的线圈，模态(2，0)的水平降低大约20db，而模态(0，0)的水平降低几乎29db。要注意的是，在这两者之间存在比其它更加减弱的模态。由此，模态(4，0)的水平减弱15db，而模态(5，0)的水平则减弱超过36db。还应注意的是，噪音降低在2％开孔的线圈与4％或9％开孔的其它线圈之间的演变相当小。
[0155]
这些结果示出了使线圈开孔以减少声辐射的解决方案的好处。所获得的结果总体上示出了声音水平的非常显着的降低。
[0156]
当然，本发明不限于上述示例，能够在不超出本发明范围的情况下对这些示例进行许多修改。
[0157]
当然，本发明的不同特征、形式、变型和实施例能够以各种组合相互关联，只要它们不彼此排斥或不相兼容。特别地，上述所有变型和实施例能够相互组合。