用于保护与磁源相邻空间的装置以及用于制造这种装置的方法
【专利摘要】为保护邻近于磁源（3）的空间（2）免受由所述源辐射的磁能，本发明的装置（11）包括一个或两个铁磁材料片（4）。每一个片在空间（2）和源（3）之间延伸。该装置进一步包括一个或两个反磁性或顺磁性导电材料片（5，6），所述片中的一个片在片（4）和要保护的空间（2）之间延伸，并且其它额外片在铁磁材料片（4）和磁源（3）之间延伸。
【专利说明】用于保护与磁源相邻空间的装置以及用于制造这种装置的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及允许保护与磁源相邻的空间的装置。
【背景技术】
[0002]辐射到与磁源相邻空间中的磁能可破坏电子装置(电磁兼容)的运行，和/或当该能量由甚至在短持续时间内的高功率或由然而人在更长时间期间内暴露的较弱功率引起时，对于占据该空间的人造成危险。
[0003]一般地，这种装置包括多层屏蔽或屏障，诸如例如在文件EP1399929中所描述的。由该文件公开的屏蔽卷绕在电缆周围。其包括至少两层铁磁材料。
[0004]当磁源具有比简单直管形状更复杂的形状时，该屏蔽方法不合适。这可以是当磁源不限于电缆本身还包括连接终端或各种电力电子设备时的情况。这可以是当其在从一件电设备到另一件电设备的路径中的静态模式中，或在当电缆连接到移动设备时的动态模式中经受一定的弯曲时，同样用于电缆本身的情况。该弯曲可导致在铁磁材料层中的破裂，这然后不再允许磁场线被正确引导，并且这然后使屏蔽失去其磁屏障性质。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的问题，本发明的目的是用于保护与磁源相邻的空间免受由所述源辐射的磁能的装置，所述装置包括:第一铁磁材料片，该片在所述空间和所述源之间伸展。该装置特征在于，其包括第一反磁性或顺磁性导电材料片，该片在所述第一铁磁材料片和要保护的所述空间之间伸展。
[0006]特别地，该装置包括第二反磁性或顺磁性导电材料片，该片在所述第一铁磁材料片和所述磁源之间伸展。
[0007]更特别地，该装置包括第二铁磁材料片，该片在所述第一铁磁材料片和所述第一导电材料片之间伸展。
[0008]有利地，所述(多个)导电材料片具有大于该(多个)铁磁材料片的表面积的表面积，以便完全覆盖所述(多个)铁磁材料片。
[0009]优选地，铁磁材料具有大于100000的高值的相对磁导率。
[0010]特别地，铁磁性材料是具有非定向纳米晶体结构的铁基非晶质合金。
[0011]更特别地，所述合金包括一组包含钴和镍的化学元素。
[0012]同样更特别地，至少一个铁磁材料片采用至少一层电绝缘材料覆盖。
[0013]同样优选地，反磁性或顺磁性导电材料包括铝。
[0014]本发明的另一个目的是一种制造用于保护与磁源相邻的空间免受由所述源辐射的磁能的装置的方法，所述方法特征在于其包括如下步骤:
[0015]-将第一反磁性或顺磁性导电材料片成形，以便能够采用与要保护的所述空间相对的第一面来伸展片；[0016]-在与所述第一导电材料片的所述第一面相对的反磁性或顺磁性导电材料的所述第一片的第二面上方，伸展一个或多个铁磁材料片。
[0017]特别地，制造方法进一步包括如下步骤:
[0018]-将第二反磁性或顺磁性导电材料片成形，以便能够采用与磁源相对的第一面来伸展片；
[0019]-定位所述第二导电材料片，以使得在与所述第二导电材料片的所述第一面相对的所述第二导电材料片的第二面上方，伸展一个(多个)铁磁材料片。
[0020]本发明特别涉及一种移动物体，其包括至少一个电构件，所述电构件是磁辐射源。该移动物体特征在于其包括根据本发明的装置，以便提供免受由所述源辐射的磁能的低质量保护。
[0021]特别地，由本发明涵盖的移动物体是包括舱室的机动车辆，所述舱室包括与所述构件相邻的空间。有利地，根据本发明的装置位于构件和舱室之间的机动车辆中。
[0022]本发明特别有利于轻量化的任何使用，换句话说，例如所有的交通工具(飞机、火车等)、便携式系统或其它移动物体的质量节省很重要。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]参考附图，使用根据本发明装置的实施例将更好地理解本发明，在附图中:
[0024]-图1是根据本发明的装置的示意图；
[0025]-图2是根据本发明的另一装置的示意图；
[0026]-图3是按照根据本发明的方法而成形并且组合的组件分解图；
[0027]-图4是根据本发明的机动车辆的示意图。
【具体实施方式】
[0028]图1示出装置1，其用于保护与磁源3相邻的空间2免受由源3辐射的磁能。
[0029]这种装置在许多领域中是必需的，以便保护人免受由设备辐射的磁能，此外磁能对于所述设备是有用的。
[0030]特别地，在附图4中示出的车辆22包括车轮24、25和用于驱动所有或一些这些车轮的机器23。机器23由电源13控制。
[0031]当机器23是热力发动机时，第一类型的电源13在汽油燃烧的情况下例如产生点火序列，和/或在汽油或柴油燃烧的情况下产生用于控制喷射器的序列。
[0032]当机器23是电机时，第二类型的电源13特别产生电流，根据电流的正或负方向，所述电流使机器23作为发动机或发电机运行。电源13然后将电池和电力电子装置组合到一起。
[0033]电源13特别和将电源连接到机器23的电缆33是形成静态源的构件，或特别是当电流变化时形成辐射磁场的构件。
[0034]在机动车辆中或其它环境中的其它元件同样可形成静态源3或辐射磁场。
[0035]车辆22包括具有分别容纳驾驶员和至少一个乘客的座椅26、27的舱室。为了尽可能减少在该情况下示出的车辆笨重性，座椅27位于构件13、23、33之上。由座椅27占据的舱室部分因此包括与磁源相邻的空间12。空间12需要装置21，其形成紧靠磁辐射的屏障，以便不将乘客暴露于可能对其健康有损的磁场中。
[0036]其它空间可能需要保护以避免人员暴露于磁场，例如借助于纯粹说明性而非限制的，与变电站或在工厂中的强电流配电线路相邻。
[0037]一般地，图1的装置I包括铁磁材料片4，该片在空间2和磁源3之间伸展。
[0038]已经尝试实现最优的可能性能，用于以最优成本减少与源相邻的磁场，同时保持限制装置I重量的需求。事实上，轻量性在许多工程成果中(特别是在机动车辆中)是基本
重要需求。
[0039]应该注意，在稳定或几乎稳定的状态中，安培定律以已知的方式说明了在闭合曲线的磁场B的循环和穿过由该闭合曲线限定的表面的电流之间的比例联系。
[0040]已知的是，在真空中，比例因子等于是4Πχ10_7Τπι/Α的真空磁导率μ QO与真空不同的介质的磁导率μ通过将真空磁导率与称为表征介质的相对磁导率的比例因子相乘而获得。
[0041]在动态状态中，安培-麦克斯韦定律说明了在磁场和涉及电场时间变化的电流之间的关系。
[0042]上述的知识已经用于改变在源3中的电流，以便在描述从几Hz到几MHz变化的频谱的频率处获得由磁源产生的磁场。
[0043]通过记录在小于给定阈值的频率范围内的累积辐射磁能，对于在IOHz和IOOHz之间的阈值，观察到在累积辐射能量中的显著增加，进而对于在IOOHz和1000Hz之间的阈值，观察到更进一步的增加。累积磁能然后微弱增加，同时对于在IOOOHz和IOMHz之间的阈值趋于渐进值。
[0044]鉴于该观察，已经尝试配置装置I以便尽可能地在从IOHz到IkHz (甚至高达IOkHz)变化的频率范围内将磁场衰减。
[0045]在这些频带中，最适于针对磁场形成屏障的材料优先为铁磁材料。
[0046]如果已知诸如铝的顺磁性导电材料允许磁场在高频处适当衰减，则它们不适于在低频处针对磁场形成屏障。虽然具有有限尺寸和Imm厚度的铝板已经允许在IOOkHz和2MHz之间的频带中实现-58dB的衰减,但是这同一板对于小于IOOHz的频率已经只允许衰减限于仅_2dB，并且对于接近400Hz的频率仅_7dB。
[0047]对于铁磁材料，寻求占有具有高值的相对磁导率μ r的铁磁材料，换句话说，大于100000以便在低频处实现良好效果。
[0048]例如这是基本上77-80%的镍和基本上15%的铁组成的高导磁合金，其中铜和/或钥组成其余部分。该材料的特征是:在150000区域中的相对磁导率，其在低频处促进磁场线的偏离；以及大约420°C的居里温度，这非常适于热环境，因为可能遇到与发动机相邻的情况。
[0049]通过增加从IOHz到IOMHz的频率，首先测量在源3和装置I之间的磁场，并且随后在装置I任一侧上的固定点处测量超出装置I的空间2中的磁场，以便能够比较测量值。对于每一个频率，在两个测量值之间的比率给出由屏障装置带来的衰减。
[0050]高导磁合金片允许实现基本上恒定的衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中交替地稍微改变大约-7.5dB，在从IkHz到4kHz的频率范围中减小到基本上_17dB，然后在超出4kHz处在后一值附近保持基本上恒定。这些值还取决于片的大小。[0051]为了增加衰减性能，使用具有非定向纳米晶体结构的铁基非晶质合金作为铁磁材料的可能性已经研究。为区分该类与高导磁合金类，属于此类的材料将在缩写为FMNA (铁磁纳米晶体非晶质)的描述的其余部分中指定。
[0052]在这类材料中，NAN0PERM?是包括硅并且由少量铜、铌和硼组成的铁基合金。其允许实现200000的磁导率，取决于其供应商。供应商说明书指示小于0.5ppm的磁致伸缩系数。
[0053]在这类材料中，FINEMET?是铁基合金，该铁基合金同样包括一组包含硅的化学元素。供应商说明书指示近似70000的相对磁导率和近似10_7的非常低的磁致伸缩系数。该低磁致伸缩系数有利于尝试减小由磁场产生的、在可听到的频带中振荡的噪音。
[0054]FINEMET?片是在其每个面上由电绝缘材料层覆盖的铁磁材料片。
[0055]电绝缘材料的每一层包括厚度为25 μ m的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜，其中膜通过具有25 μ m厚度的粘合材料层连接到铁磁材料片。由于铁磁材料本身的厚度是18 μ m,因此获得具有0.12mm的FMNA材料片。
[0056]通过重复与采用高导磁合金相同的实验，具有0.12mm的FMNA材料片已经允许实现基本上恒定的衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中交替地稍微改变大约_2dB，在从IkHz到5kHz的范围中前进到基本上-14dB，然后在超出5kHz处在后一值附近保持基本上恒定。
[0057]具有0.12mm厚度的FMNA材料的两片堆叠已经允许实现基本上恒定的衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中交替地稍微改变大约_4dB，在从IkHz到3kHz的范围中前进到基本上_15dB，然后在超出3kHz处在后一值附近保持基本上恒定。应该注意，片数量的加倍在低频处带来纯粹成比例的性能改进，并且在高频处几乎没有改进。
[0058]具有0.12mm厚度的三个FMNA材料片的堆叠已经允许实现基本上恒定的衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中交替地稍微改变大约_6dB，在从IkHz到2kHz的范围中达到基本上-10dB，然后在超出2kHz处在后一值附近保持基本上恒定。应该注意，三倍片数量在低频处带来小幅性能改进，并且在高频处恶化。
[0059]为克服在高频处的性能恶化，铝片在源和铁磁材料片之间伸展。消除或至少极大减小磁场高频成分的导电材料片主要通过仅向其发送磁场的低频成分，来减轻由铁磁材料要实现的屏障功能。
[0060]通过伸展在源3和具有0.12mm厚度的FMNA材料片之间的具有Imm厚度的铝片，实现了衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中从_3dB前进到_17dB，然后在超出2kHz处在大约-25dB保持基本上恒定。应该注意，伸展顺磁性导电材料片在高频处带来性能改进，并且在从实现_15dB衰减的700Hz的相对低频处已经变得显著。
[0061]通过伸展在源3和具有0.12mm厚度的两个FMNA材料片之间具有Imm厚度的铝片实现了衰减，其在从IOHz到1000Hz的频率范围中从_4dB前进到_18dB，然后在超出3kHz处在大约_30dB保持基本上恒定。应该注意，与伸展在源3和单个FMNA材料片之间的铝片相比，伸展在源3和两个铁磁材料片之间的顺磁性导电材料片带来小幅性能改进。
[0062]以令人惊讶的方式，通过在与面对源3的面相对的具有0.12mm厚度的FMNA材料片的面上方，伸展具有Imm厚度的铝片实现了衰减，其在从IOOHz到1000Hz的频率范围中从-3dB前进到-22dB，然后在超出2kHz处大约_25dB保持基本上恒定。应该注意，在与源3有关的铁磁材料片后面伸展顺磁性导电材料片在低频处带来性能改进，其明显大于采用以上两个前述实验获得的改进。该配置允许采用单个FMNA材料片实现比在相对配置中采用两个FMNA材料片所获得的性能更好的性能。此外，因为所有的参数相等，所以当(多个)铝片厚度增加时衰减增加。
[0063]这个结果优选是不明显的，因为在后一配置中，在朝向铁磁材料片的传播之前，将铁磁材料片提交到整个磁场应该趋向于促进在铁磁材料中的饱和现象。
[0064]该结构是有利的，因为其提高性能，同时削减一半由FMNA材料片的结构所影响的成本，后者相对很高。
[0065]通过在与源3相对的具有0.12mm厚度的两个FMNA材料片上方，伸展具有1mm厚度的铝片实现了衰减，其在 从10Hz到1000Hz的频率范围中从_8dB前进到_22dB，然后在超出3kHz处大约-30dB保持基本上恒定。应该注意，与在单个FMNA材料片上方伸展铝片相比，在与源3相对的两个铁磁材料片上方伸展顺磁性导电材料片几乎不带来任何性能改进。
[0066]通过在与面对磁源的面相对的单个铁磁材料片的面上方伸展一个非铁磁导电材料片，根据有效性和成本因此获得第一最优效果。
[0067]在图1的装置中，反磁性或顺磁性导电材料片5有利地在片4和要保护的空间2之间伸展。
[0068]然而，已经尝试以发现进一步改进性能的其它方式。
[0069]同样以令人惊讶的方式，通过在具有0.12mm厚度的单个FMNA材料片的其它面上方，伸展具有1mm厚度的第二铝片实现了衰减，其在从100Hz到600Hz的频率范围中从_5dB前进到_35dB，然后更逐渐地在1000Hz处达到_37dB，然后在超出1kHz处大约_37dB保持基本上恒定。应该注意，在与源3有关的铁磁材料片的任一侧上伸展顺磁性导电材料片在低频处带来性能改进，这明显大于采用使用非铁磁导电材料片的先前实验所实现的那些总和，其中片与铁磁材料片组合。该配置允许比采用以单个FMNA材料片实现的先前实验所实现的性能更好的性能。同样在该情况下，应该注意，随着所有的参数另外相等，当铝片厚度增加时衰减增加。
[0070]这个结果优先是不明显的，因为在后者配置中，如所看见的通过片的组合带来的针对磁场屏障的技术效果远大于由每个片带来的效果总和(甚至成对的片组合的总和)。
[0071]当然，添加额外的非铁磁金属片可具有成本和重量影响，特别用于移动用途，后者是重要的选择因素。取决于辐射磁能的可容许强度，单个非铁磁导电材料片可能是可接受的，该片堆叠在要保护的空间一侧上的铁磁材料片的面上。
[0072]然而，当磁场强度证明成本和重量的稍微增加时，考虑到与一些其它金属相比，铝是相对轻的金属，并且成本明显小于与强磁导率、高磁饱和阈值水平和低磁致伸缩组合的材料片的成本(如FINEMET?的情况)，本发明教导用于两个非铁磁金属(更确切地是顺磁性金属)片使用的明显倾向。
[0073]因此，图1的装置1包括第二反磁性或顺磁性导电材料片6，其中片在铁磁材料片4和磁源3之间伸展。
[0074]呈现了来自上述公开的测试，该测试增加铁磁材料片的数量带来性能上的微小增.、/
Mo[0075]然而，已经通过在两个非铁磁材料片之间插入几个铁磁材料片来执行测试。
[0076]在具有1mm厚度的两个铝片之间，具有0.12mm厚度的两个FINEMET?材料片的堆叠已经允许实现衰减，其采用从用于50Hz频率的-7dB到高至用于350Hz频率的-35dB的陡峭梯度而前进，然而再次采用在1kHz处高至基本上_37dB的轻微梯度而前进，然后在超出5kHz处大约-36dB保持基本上恒定。与前面的测试不同，应该注意，片数量的加倍在低频处带来显著性能改进，并且在高频处稍微倾向于反转。
[0077]在具有1mm厚度的两个铝片之间，具有0.12mm厚度的三个FINEMET?片的堆叠已经允许实现衰减，其同样采用从用于50Hz频率的-10dB到高至用于400Hz频率的_35dB的几乎相同陡峭梯度而前进，然后在超出1kHz处大约-33dB保持基本上恒定。应该注意，片数量的加倍在低频处带来显著性能改进，并且在高频处稍微倾向于反转。
[0078]最优解决方案显现为图2的方案，其中装置11包括第二铁磁材料片7，该片在第一铁磁材料片4和第一导电材料片5之间伸展。
[0079]图3允许一种制造装置的方法，该装置用于保护与磁源相邻的空间免受由要描述的源辐射的磁能。
[0080]第一步骤在于将第一反磁性或顺磁性导电材料片15成形。成形包括在压力下将例如具有1mm厚度的片金属(包括铝)变形的行为，或当材料难以冲压时模制板的行为。为了能够伸展具有与要保护的空间相对的第一面的片15，凸耳8、10被切割、折叠和/或加工，其中做出孔，其将允许片靠近要保护的该空间来固定。非穿孔的舌部18同样可被成形，以用于通过钉住的固定方法或用于任何其它功能。
[0081]第二步骤在于以与第一步骤的方式类似的方式，将第二反磁性或顺磁性导电材料片16成形。为了能够伸展具有与磁源相对的第一面的片16，凸耳9、20被切割、折叠和/或加工，其可紧靠凸耳8、10堆叠，并且其中做出孔，其将允许片16与片15—起固定。非穿孔的舌部19同样可被成形以用于接合舌部18。
[0082]第三步骤在于，在与第一片15的第一面相对的第一导电材料片15的第二面上方，伸展一个或多个铁磁材料片，优选两个片14、17。片14、17中的每一片的表面积优选小于导电材料片15、16中的每一片的表面积，以便能够全部由片15、16覆盖。特别地，由于片14、17仅适于通过仅在一个方向中的弯曲来变形，所以它们不与凸耳8、9、10、20接触放置，以便在将是破坏性的弯曲期间防止它们断裂。
[0083]第四步骤在于，将第二导电材料片16定位，以使得在与第二导电材料片16的第一面相对的第二导电材料片16的第二面上方，伸展铁磁材料片14、17。
[0084]刚才已经描述的方法是一个实施例的方法。在不背离本发明范围的情况下，本领域的技术人员将设想修改它的各种方式。特别地，当后者优选采用单个铝片制作时，本领域的技术人员可移除第二和第四步骤。本领域的技术人员可颠倒步骤顺序，其中两个步骤中的第一步可在另一个之前平等执行一个步骤，或并行执行。同样，通过将片14和17定位在片16上，然后通过将片15定位在以这种方式获得的堆叠上，第四步骤可在第三步骤之前被执行。
[0085]总之，在公开的配置中，附加的FINEMET片主要减少低截止频率，而铝的厚度增加衰减。
【权利要求】
1.一种装置(1，11，21)，用于保护与磁源(3，33)相邻的空间(2，12)免受由所述源辐射的磁能，所述装置(1，11，21)包括:第一铁磁材料片(4，14)，该片在所述空间(2，12)和所述源(3，33)之间伸展；以及第一反磁性或顺磁性导电材料片(5，15)，该片在所述第一片(4，14)和要保护的所述空间(2，12)之间伸展，所述装置(1，11，21)的特征在于，铁磁性材料是具有非定向纳米晶体结构的铁基非晶质合金。
2.根据权利要求1所述的装置(I，11，21)，其特征在于其包括: -第二反磁性或顺磁性导电材料片(6，16)，该片在所述第一铁磁材料片(4，14)和所述磁源(3，33)之间伸展。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置(11，21)，其特征在于其包括: -第二铁磁材料片(7,17),该片在所述第一铁磁材料片(4,14)和所述第一导电材料片(5，15)之间伸展。
4.根据前述权利要求中的一项所述的装置(21)，其特征在于所述导电材料片(15，16)具有大于铁磁材料片(14，17)表面积的表面积，以便完全覆盖所述铁磁材料片。
5.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1，11，21)，其特征在于铁磁材料具有大于100000的高值的相对磁导率(μ J。
6.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1，11，21)，其特征在于所述合金包括一组包含硅的化学元素。
7.根据前述权利要求中的一项所述的装置(1，11，21)，其特征在于至少一个铁磁材料片(4，14，7，17)采用至少一层电绝缘材料覆盖。
8.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于反磁性或顺磁性导电材料包括招。
9.一种方法，制造用于保护与磁源相邻的空间免受由所述源辐射的磁能的装置，所述方法特征在于其包括如下步骤: -将第一反磁性或顺磁性导电材料片(15)成形，以便能够采用与要保护的所述空间相对的第一面来伸展片； -在与所述第一导电材料片(15)的所述第一面相对的所述第一反磁性或顺磁性导电材料片(15)的第二面上方，伸展一个或多个铁磁材料片(14,17),所述铁磁材料包括具有非定向纳米晶体结构的铁基非晶质合金。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于其包括如下步骤: -将第二反磁性或顺磁性导电材料片(16)成形，以便能够采用与磁源相对的第一面来伸展它； -将所述第二导电材料片(16)定位，以使得在与所述第二导电材料片(16)的所述第一面相对的所述第二导电材料片(16)的第二面上方，伸展铁磁材料片(14，17)。
11.一种移动物体,其包括至少一个电构件(13，33)，所述电构件(13，33)是磁辐射源，所述移动物体特征在于其包括如在权利要求1-8中的一项所述的装置(21)，以便提供免受由所述源辐射的磁能的低质量保护。
12.根据权利要求11所述的移动物体，其特征在于其是包括舱室的机动车辆，所述舱室包括与所述构件相邻的空间(12)，以及所述装置位于所述构件和舱室之间。
【文档编号】H05K9/00GK103748980SQ201280040198
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年6月14日 优先权日:2011年6月20日
【发明者】P·斯特布勒 申请人:雷诺股份公司