线圈组件、电磁流量计、现场仪表及变压设备的制作方法
【专利摘要】本申请提供一种线圈组件、电磁流量计、现场仪表及变压设备。该线圈组件包括至少一个涡旋线圈，所述涡旋线圈的导线的上下两个侧面中的至少一个侧面与涡旋线圈整体的相应侧面共面，所述面为平面或者与安装位置相适应的曲面。本申请中，通过对导电材料进行整体一次性加工得到线圈，不需要捆扎、加热定形等工序，线圈成型过程可靠，不易变形，保证线圈形状符合要求，而且可以使各个涡旋线圈的电气性能相同，产品一致性好。
【专利说明】线圈组件、电磁流量计、现场仪表及变压设备
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及线圈组件及现场仪表。
【背景技术】
[0002]现有技术中的电感线圈采用人工绕制方式得到。人工绕制线圈成形时需要对线圈进行捆扎、加热定形，容易导致线圈变形，线圈的电阻电感特性难以保证。
实用新型内容
[0003]本申请的目的是提供一种线圈组件、电磁流量计、现场仪表及变压设备，提供通过对导电材料进行整体一次性加工得到的线圈，有效保证线圈形状符合要求。
[0004]本申请实施方式提供一种线圈组件，包括至少一个涡旋线圈，所述涡旋线圈的导线的上下两个侧面中的至少一个侧面与涡旋线圈整体的相应侧面共面，所述面为平面或者与安装位置相适应的曲面。
[0005]所述涡旋线圈可以通过腐蚀工艺或冲压工艺制造得到。
[0006]所述涡旋线圈的渐开线的形状可以为圆形、椭圆形或多边形。
[0007]所述导线的横截面可以为矩形。
[0008]所述至少一个涡旋线圈可以包括至少两个层叠起来的涡旋线圈。
[0009]上述线圈组件还可以包括隔开相邻涡旋线圈的绝缘层。
[0010]所述绝缘层可以包括孔，并且所述涡旋线圈环绕所述孔。
[0011 ] 所述导线可以包括包覆绝缘层或钝化层。
[0012]相邻涡旋线圈的涡旋方向可以相反，并通过涡旋线圈的外侧端部电连接，或者通过涡旋线圈的内侧端部电连接。
[0013]所述端部之间可以通过点焊方式电连接或导电铆钉电连接。
[0014]相邻涡旋线圈的没有相互电连接的两个外侧端部或者两个内侧端部彼此可以间隔预定距离，该预定距离足以避免所述两个外侧端部或者内侧端部相互误连接或者在将其它导体与其中一个外侧端部或者内侧端部电连接时避免所述其它导体与另一个外侧端部或者内侧端部误连接。
[0015]本申请的另一实施方式中提供一种电磁流量计，包括通过流体的管道和对通过所述管道的流量进行测量的电磁流量测量装置，所述电磁流量测量装置包括如上所述的线圈组件。
[0016]本申请的另一实施方式还提供一种现场仪表，包括如上所述的线圈组件。
[0017]本申请的另一实施方式还提供一种变压设备，包括如上所述的线圈组件。
[0018]本申请中，通过对导电材料进行整体一次性加工得到线圈，不需要捆扎、加热定形等工序，线圈成型过程可靠，不易变形，保证线圈形状符合要求，而且可以使各个涡旋线圈的电气性能相同，产品一致性好。【专利附图】
【附图说明】
[0019]参照下面结合附图对本申请实施方式的说明，会更加容易地理解本申请的以上和其它目的、特点和优点。附图以示例而非限制性的方式来说明本申请。附图中的部件只是为了示出本申请的原理，并不一定是按照比例绘制的，同时不同部件或者部分的相对大小关系在可能的情况下可以与附图中所示不同。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0020]图1是本申请实施方式提供的线圈组件的示意图；
[0021]图2是本申请实施方式提供的线圈组件的另一示意图；
[0022]图3是本申请另一实施方式提供的线圈组件的示意图；
[0023]图4是本申请实施方式提供的线圈组件在电磁流量计中的应用的示意图；
[0024]图5a和图5b是本申请实施方式提供的涡旋线圈相互嵌套的示意图。
【具体实施方式】
[0025]现在参考附图来更加详细地描述本申请的实施方式。示例实施方式的提供是为了使本申请更加详尽，并且向本领域技术人员充分地传达保护范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置的例子，以提供对本申请的实施方式的详尽理解。对于本领域技术人员而言将会明显的是，示例实施方式可以用许多不同的形式来实施而不一定使用这些特定的细节，因此它们都不应当被解释为限制本申请的范围。另外，在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。在某些示例实施方式中，为了清楚的目的，没有在附图和说明中详细地描述众所周知的过程、结构和技术。
[0026]线圈组件的实施方式(一)
[0027]本实施方式提供一种线圈组件，如图1所示，该线圈组件10包括涡旋线圈11。
[0028]涡旋线圈指的是线圈导线基本上在同一平面内从中心向外沿渐开线延伸，构成线圈的导线距中心的距离越来越大。涡旋线圈具有两个端部，即位于涡旋中心处的内侧端部和位于涡旋外缘的外侧端部，两个端部之间为环绕的连续导线。需要注意的是，这里的“渐开线”是指广义的渐开线，即在极坐标系中，从作为极点的中心沿着导线前进，极径总体上是变大的趋势，但是也可能在局部暂时变小，只需保证外侧线圈匝的极径大于内侧线圈匝相应极角位置处的极径即可。或者可以说本申请中的渐开线是指标准渐开线的各种变形，例如每一匝线圈可以基本上为矩形或者其他形状，包括不规则形状。另外，本申请中的“涡旋线圈”不仅仅包括在同一平面内的涡旋线圈，还包括在同一平面内的涡旋线圈变形的结果。例如，可以令涡旋线圈所在的平面变形，例如变形为柱面或者球面的至少一部分，或者其他规则的或者不规则的面，如此得到的结构在本申请中仍然称之为“涡旋线圈”。相应地，在后面即将提到的“共面”概念中，如果涡旋线圈在非平面上，则可以理解为假设涡旋线圈恢复到平面中后满足所述共面条件。
[0029]因此，基于如上定义，涡旋线圈的整体可以为平面、曲面或者其它与其应用场景相适应的形状，图1示出的只是整体为平面的涡旋线圈11的例子，涡旋线圈11的整体还可以为其他形状，例如，涡旋线圈的整体形状可以为马鞍形。
[0030]同样，基于如上定义，涡旋线圈的渐开线的形状包括圆形、椭圆形、多边形或其他形状，图1仅示出涡旋线圈的渐开线为矩形形状的例子，应当注意本实施方式不限于此。渐开线的形状可以根据实际需要设置，可以参考下述因素的一个或多个设置:涡旋线圈的安装位置的形状、用于固定涡旋线圈的插入线圈中心的部件的形状、制造涡旋线圈的成本等。涡旋线圈的安装位置例如为平面、曲面甚至其它不规则面。当涡旋线圈的安装位置为平面时，涡旋线圈的渐开线可以位于同一平面；当涡旋线圈的安装位置为曲面时，涡旋线圈的渐开线则可以不在同一平面内。
[0031]构成涡旋线圈的导线至少具有上下两个侧面，而且该上下两个侧面中的至少一个侧面与涡旋线圈整体的相应侧面共面。图1示出的涡旋线圈的导线包括四个面，即示出的线圈的横截面为矩形，应当注意，线圈的横截面的形状还可以为其他形状，例如梯形、圆形等，本实施方式不限于此。
[0032]而且，线圈的横截面的形状受到工艺的影响。例如，图1示出的涡旋线圈可以通过腐蚀工艺或冲压工艺制造得到，当采用腐蚀工艺得到时，线圈横截面的上下表面形状受到原材料形状的影响，例如原材料为铜薄平板时，腐蚀得到的铜线的上下两面为平面。在腐蚀工艺中，通常得到的导线的左右面也是平面，即导线整体形成如图1示出的矩形横截面形状，但本申请不限于此。当采用冲压工艺制造涡旋线圈时，构成线圈的导线的横截面形状受到模具的影响很大。例如当涡旋线圈模具中与导线对应的横截面形状为矩形时，形成的涡旋线圈的导线的横截面形状通常也为矩形。类似地，如果涡旋线圈模具中与导线对应的横截面形状为其他形状，则形成的涡旋线圈的导线的横截面形状相应地为其他形状。
[0033]构成线圈的导线的横截面的面积大小，即导线的粗细可以根据导线材料、实际需要通过的电流的大小、环境温度等确定。例如，在其他条件相同的情况下，使用的铜导线的横截面积可以小于使用的铝导线的横截面积。在其他条件相同的情况下，需要通过的电流越大则应当采用的导线的横截面积越大，例如假定10平方毫米以下的裸铜线在环境温度25摄氏度的情况下每平方毫米对应6-7安电流，当电流从6安增加到18安时，裸铜线的截面积应当相应地从I平方毫米增加到3平方毫米。应当注意，此处的数值大小仅为示例，而不用于限定导线截面积大小与电流大小之间的具体关系。
[0034]构成线圈的多匝之间彼此间隔，相邻匝之间的间隔距离的大小应当不能导致相邻匝的导线之间的电流直接连通。在特殊情况下相邻匝之间的间隔距离等于导线上表面或下表面的横向宽度。例如，在通过腐蚀工艺制造线圈时，可以在铜板上印制两个相同的涡旋线圈相互嵌套的图案，则得到的两个涡旋线圈中相邻匝之间的间隔距离大致等于导线上表面或下表面的横向宽度。类似地，在通过冲压工艺制造涡旋线圈的方式中也可以利用两个相同的涡旋线圈相互嵌套的图案得到相邻匝之间的间隔距离大致等于导线上表面或下表面的横向宽度的涡旋线圈。
[0035]与相邻匝之间的间隔作用类似，构成线圈的导线还可以具有绝缘表层结构。例如，导线表面可以具有包覆绝缘层或钝化层。包覆绝缘层可以通过在裸线涡旋线圈表面涂上或镀上绝缘物质得到，钝化层可以通过将裸线涡旋线圈浸入能够与裸线线圈发生反应产生绝缘物质的溶液中得到。
[0036]如图1所示，涡旋线圈11的中心可以具有较大开口，该开口可以用于固定涡旋线圈，例如通过该开口与插入线圈中心的部件一起将线圈固定到其所应用的装置上。当然，也可以通过粘合剂等将涡旋线圈固定到其所附着的位置上，但本实施方式不限于此。涡旋线圈11的中心处还可以插入磁芯等有助于增强线圈产生的磁场的实体，例如铁芯或其他磁芯，其形状可以为圆柱、棱柱等，但本申请实施方式不限于此。
[0037]涡旋线圈11的匝数可以根据需要产生的磁场强度、通过的电流的大小等来确定，本申请对此不做限制。
[0038]涡旋线圈11可以通过如上所述的腐蚀工艺或冲压工艺制造。在通过腐蚀工艺制造涡旋线圈11时，将绘制好的涡旋线圈图案印制到例如铜薄板上，在铜薄板上形成例如碳粉涡旋线圈图案，然后将带有涡旋线圈图案的铜板浸入例如氧化铁的腐蚀溶液，腐蚀掉多余的铜板后得到与涡旋线圈图案对应的铜涡旋线圈，其中该铜板可以使用利用软基铜板，以便可以弯曲制作好的涡旋线圈形成例如马鞍形状。当通过冲压工艺制造涡旋线圈11时，预先准备冲压设备、涡旋线圈模具以及板料，通过冲压设备与涡旋线圈模具的配合对板料进行冲压，得到涡旋线圈。应当注意，此处仅是对上述涡旋线圈11的制造工艺的简单说明，而不用于限制其具体实现过程。另外，除上述介绍的腐蚀工艺和冲压工艺外，还可以通过其他工艺例如锻造工艺按照所需涡旋线圈的图案对原料施加压力，改变原料的形状，从而制造涡旋线圈。
[0039]在涡旋线圈11的应用中，为了防止涡旋线圈11与其他导体例如涡旋线圈11所附着的物体表面电接触，可以在涡旋线圈11下设置绝缘层，如图2所示，在马鞍形涡旋线圈11的下面设置绝缘层12。为了便于对涡旋线圈11的操作例如固定涡旋线圈11，可以在绝缘层12的中心设置开孔。在其他形状的涡旋线圈11下设置绝缘层与图2所示类似，在此不再赘述。另外，也可以不设置绝缘层12，而是使得涡旋线圈11本身具有下文将具体介绍的包覆绝缘层或者钝化层。
[0040]在涡旋线圈11的应用中，可以是一个涡旋线圈11单独使用，或者多个涡旋线圈11一起使用。后一种情况将在下述实施方式中详细介绍。
[0041]线圈组件的实施方式(二)
[0042]本实施方式提供一种线圈组件，如图3所示，线圈组件10包括至少两个层叠起来的涡旋线圈11。
[0043]如图3所示，各个涡旋线圈11自上而下大小基本相同，相邻涡旋线圈的涡旋方向，即线圈从内侧端部开始的旋转方向彼此相反，各个涡旋线圈可以围绕相同的中心。所有层叠的涡旋线圈彼此连接构成串联结构，具体的，相邻涡旋线圈之间通过两个外侧端部或者两个内侧端部连接，从而，由于各个层叠的涡旋线圈的涡旋方向相反，使得其中的电流旋转方向相同。相邻涡旋线圈之间可以直接接触(线圈导线本身具有绝缘层或者钝化层)或者通过插入的其他物质例如绝缘层而相互分开。
[0044]各个涡旋线圈11自上而下大小基本相同指的是相邻涡旋线圈的整体形状、渐开线形状、导线的横截面以及相邻匝之间的间隔等彼此基本相同，不同之处在于相邻线圈的涡旋方向彼此相反。
[0045]另外，层叠的各个涡旋线圈11也可以彼此不同，例如自上而下的各个涡旋线圈11大小不同，或者不同涡旋线圈的相邻匝之间的间隔不同，但是各个涡旋线圈11的电流旋转方向相同，以使各个涡旋线圈11产生的磁场方向相同，实现磁场强度的叠加。
[0046]相邻涡旋线圈之间通过端部进行电连接。相邻涡旋线圈之间可以通过两个外侧端部或者两个内侧端部进行电连接，即以外端部-外端部、或者内端部-内端部的方式进行电连接，此时，如图3所示,相邻涡旋线圈的涡旋方向相反。但是应当注意,相邻涡旋线圈之间也可以通过内端部-外端部、或者外端部-内端部的方式实现电连接，此时，可以在内外端部之间设置跳线，相邻线圈的涡旋方向则是相同的。
[0047]相邻涡旋线圈的两个端部之间的电连接包括但不限于通过点焊方式电连接或者导电铆钉电连接。
[0048]为了避免两个外侧端部或者内侧端部之间相互误连接或者在将其它导体与其中一个外侧端部或内侧端部电连接时避免所述其它导体与另一个外侧端部或内侧端部误连接，将相邻涡旋线圈的没有相互电连接的两个外侧端部或者内侧端部彼此间隔预定距离。例如，在连接需要连接的两个端部时，要避免错误地连接了不需要连接的端部。例如，在图3示出的线圈组件的情况下，可以设置相邻涡旋线圈的两个互不连接的外侧端部，使得它们在与线圈面平行的面上的投影彼此间隔预定距离。
[0049]为了便于连接端部，如图3所示，可以将外侧端部111设置为相对线圈向外侧凸出，将内侧端部112设置为相对线圈向内侧凸出，通过凸出的端部连接相邻涡旋线圈。
[0050]相邻涡旋线圈之间除了两个端部之间直接电连接外，相邻涡旋线圈之间的其余部分相互绝缘。例如，如果构成各个涡旋线圈的导线为具有绝缘结构例如包覆绝缘层或钝化层的导线，则此时除了涡旋线圈的端部通过导线直接电连接外，导线的其余部分均被绝缘结构分开。
[0051]另外，相邻涡旋线圈之间还可以设置绝缘层，通过绝缘层进一步隔开相邻线圈。该绝缘层的材质可以根据实际需要灵活设定，例如包括但不限于绝缘树脂。
[0052]当使用绝缘层隔开相邻线圈时，相邻涡旋线圈进行电连接的端部位置不需要设置绝缘层，以方便相邻涡旋线圈通过端部的电连接。
[0053]如图3示出，相邻涡旋线圈之间包括绝缘层12，其隔开相邻的涡旋线圈11。绝缘层12可以包括孔，该孔的位置以及大小与涡旋线圈配合，涡旋线圈围绕该孔。通过该孔可以固定线圈组件，例如可以通过该孔将线圈组件套在安装部件上从而固定线圈组件。孔的形状可以根据与孔配合的安装部件设计。
[0054]绝缘层12可以单独制造，然后将涡旋线圈11与绝缘层12交替层叠构成层叠的线圈组件。绝缘层12与涡旋线圈11之间可以通过例如粘合剂固定。或者，在制得单个涡旋线圈11后，为该单个涡旋线圈11设置绝缘层12，然后以单个涡旋线圈及其绝缘层为单元构建图3所示的线圈组件；或者预先在制造涡旋线圈11的例如铜板的一侧涂上或镀上需要的材料，然后通过腐蚀或冲压得到带有绝缘层的涡旋线圈；但本申请不限于此。
[0055]当导线本身具有绝缘层时，可以不设置绝缘层12 ;相应地，当设置绝缘层12时，由于在涡旋结构内相邻线圈匝之间是有距离的，不会相互接触短路，因此涡旋线圈本身可以不具有绝缘表面或者绝缘层，即此时的导线可以为裸线。
[0056]需要说明，线圈组件的整体结构可以为平面、曲面或其他形状，包括但不限于图3所示的马鞍形状。线圈组件中的各个涡旋线圈具有大致相同的整体面结构，例如图3中各个涡旋线圈分别具有马鞍形状，但本申请不限于此。
[0057]图3中示出了多个层叠起来的涡旋线圈，但是，应当注意，多个涡旋线圈并不一定要彼此层叠起来，例如多个涡旋线圈可能在一个面内彼此交替排列，该面可以为平面或曲面。或者，多个涡旋线圈可以不同面也不层叠，例如两个相互串联的涡旋线圈11分别处于管道横截面的相对的两端，一起提供垂直于管道横截面的相同方向的磁场。
[0058]线圈组件的应用
[0059]本实施方式提供一种现场仪表，包括如上述任一实施方式所述的线圈组件。根据实际需要，现场仪表中可以包括单个涡旋线圈或者层叠的多个涡旋线圈。
[0060]上述现场仪表可以为使用电磁线圈发生电磁感应的设备，例如电磁流量计。如图4所示，本实施方式提供的电磁流量计包括通过流体的管道41、管道壁上设置的线圈组件10，以及根据线圈组件10对通过管道的流量进行测量的电磁流量测量装置(未示出)和对测量的结果进行显示的显示装置(未示出)。
[0061]如图4中所示，电磁流量计可以包括在管道41两侧对称地设置在管道41的外壁上的两个线圈组件10，每个线圈组件10可以包括4个层叠的基本相同的涡旋线圈。但是，需要说明，图4仅为示例而不用于限制线圈组件在电磁流量计中的具体应用。电磁流量计所包括的线圈组件的数量不受图4限制，例如，在单个线圈组件能够产生符合要求的磁场时，电磁流量计可以仅包括I个线圈组件。电磁流量计所包括的线圈组件的层数不受图4限制，可以为I层(即I个涡旋线圈)或者其他层数。
[0062]图4中线圈组件10为与管道外壁形状相匹配的马鞍形，这可以使线圈组件10与管道很好地结合。需要说明，当管道外壁形状改变时，线圈组件10的整体形状也随之发生变化，使线圈组件10能够与管道外壁形状相匹配。
[0063]图4中线圈组件10设置在管道外壁，需要说明，线圈组件10也可以设置在其他能够在管道中产生足够磁场且不会影响管道内流体传输的位置，例如，线圈组件10可能远离
管道外壁。
[0064]图4中示出的线圈组件10具有与管道外壁上的矩形凸起相同形状的中心开口，通过该中心开口与管道外壁上矩形凸起的配合可以起到固定线圈组件10或者增强线圈组件10产生的磁场(例如在矩形凸起中包括磁芯时)的作用。但是，线圈组件10也可以不通过与矩形凸起类似物的作用，而是通过粘合剂粘合到管道外壁上，或者同时应用矩形凸起与粘合剂。本申请不限于此。
[0065]上述现场仪表还可以为其他设备，例如变压设备。
[0066]本实施方式提供一种变压设备，包括如上述任一实施方式所述的线圈组件。
[0067]变压设备通常包括初级线圈、次级线圈和磁芯。本实施方式中，初级线圈和次级线圈可以均采用上述线圈组件，或者只有其中之一采用上述线圈组件。
[0068]上述现场仪表还可以为其他设备，例如电磁继电器等。关于线圈组件在这些其他设备中的应用可以参考对上述电磁流量计和变压设备的介绍，可以调整线圈组件的形状、个数等以使其与应用场景相匹配。
[0069]应当注意，本文中所使用的术语仅用于描述具体的实施方式的目的，而非意在限制本申请。本文中所使用的单数形式的“一个”和“该(the)”意在还包括复数形式，除非上下文清楚地指出不同含义。还应当理解，术语“包括”在本说明书中使用时指所说明的特征、整体、操作、步骤、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整体、操作、步骤、元件、部件和/或其组合的存在或添加。
[0070]权利要求中的相应结构、材料、动作和以“装置或者步骤加功能”定义的要素的所有等同形式意在包括用于结合其他要求保护的要素来执行功能的任意结构、材料或动作。对本申请的描述是用于说明和描述的目的，而非意在以所公开的形式来穷举或限制本申请。本领域技术人员可以在不偏离本申请的范围和精神的情况下想到对本申请的很多修改和变化。所选择和描述的实施方式是为了最佳地解释本申请的原理和实际应用，并使得本领域的其他技术人员能够针对具有适于所想到的具体用途的各种修改的各种实施方式来理解本申请。
【权利要求】
1.一种线圈组件，其特征在于包括至少一个涡旋线圈，所述涡旋线圈的导线的上下两个侧面中的至少一个侧面与涡旋线圈整体的相应侧面共面，所述面为平面或者与安装位置相适应的曲面。
2.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于所述涡旋线圈通过腐蚀工艺或冲压工艺制造得到。
3.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于所述涡旋线圈的渐开线的形状为圆形、椭圆形或多边形。
4.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于所述导线的横截面为矩形。
5.如权利要求1-4任一项所述的线圈组件，其特征在于所述至少一个涡旋线圈包括至少两个层叠起来的涡旋线圈。
6.如权利要求5所述的线圈组件，其特征在于，还包括隔开相邻涡旋线圈的绝缘层。
7.如权利要求6所述的线圈组件，其特征在于，所述绝缘层包括孔，所述涡旋线圈环绕所述孔。
8.如权利要求5所述的线圈组件，其特征在于，所述导线包括包覆绝缘层或钝化层。
9.如权利要求5所述的线圈组件，其特征在于，相邻涡旋线圈的涡旋方向相反，并通过涡旋线圈的外侧端部电连接，或者通过涡旋线圈的内侧端部电连接。
10.如权利要求9所述的线圈组件，其特征在于，所述端部之间通过点焊方式电连接或导电铆钉电连接。
11.如权利要求9所述的线圈组件，其特征在于，相邻涡旋线圈的没有相互电连接的两个外侧端部或者两个内侧端部彼此间隔预定距离，该预定距离足以避免所述两个外侧端部或者内侧端部相互误连接或者在将其它导体与其中一个外侧端部或者内侧端部电连接时避免所述其它导体与另一个外侧端部或者内侧端部误连接。
12.—种电磁流量计，包括通过流体的管道和对通过所述管道的流量进行测量的电磁流量测量装置，其特征在于所述电磁流量测量装置包括如权利要求1-11任一项所述的线圈组件。
13.—种现场仪表，其特征在于包括如权利要求1-11之一所述的线圈组件。
14.一种变压设备，其特征在于包括至少一个如权利要求1-11任一项所述的线圈组件。
【文档编号】H01F41/12GK203573793SQ201320393436
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】文韬 申请人:艾默生过程控制流量技术有限公司