CN110828158A - 一种释放线圈绕制应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种释放线圈绕制应力的方法，包括如下步骤：1)建立磁场；2)将线圈置于磁场中，使线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直；3)给线圈通电，使线圈在磁场中受到往复变换的力，产生伸缩振动。本发明通过将线圈置于磁场中并给线圈通电，由于线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直，使线圈在磁场中受到往复变换的力，从而产生微小幅度的伸缩振动，从而消除线圈中的绕制应力，能够彻底去除线圈的绕制应力，提高线圈的合格率高，并且操作简便、效率高，适合批量生产。

Description

一种释放线圈绕制应力的方法

技术领域

本发明涉及高精密仪器技术领域，具体涉及一种释放线圈绕制应力的方法。

背景技术

目前，消除制品残余应力的技术主要有自然时效、热时效、振动时效和超声波等，但这些大多是针对金属或非金属结构件的加工应力的。对于导体绕制的线圈，如漆包线线圈等，目前多采用高低温时效处理消除应力。

由于导体的绝缘层和线圈粘胶耐高温有限，采用高低温时效时，其温差范围一般不会超过150℃。依靠高低温时效处理后，线圈的应力仍有较大残留，随着时间的推移，线圈的尺寸、形状等会有微量变化，这些微量变化对于高精度的应用场合，如应用于精密仪器仪表、精密力矩器、高精度磁传感器等，会导致器件的精度变化，甚至会造成与之联接的其余结构件产生裂纹。

因此，设计一种针对应用于高精度场景下的线圈的绕制应力释放方法，是本领域技术人员研究的方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有的用于高精度场景的线圈的绕制应力释放不彻底，使得线圈无法满足精度要求且合格率低的问题，提供一种释放线圈绕制应力的方法，能够彻底去除线圈的绕制应力，使得线圈的合格率高，并且操作简便、效率高，适合批量生产。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：

一种释放线圈绕制应力的方法，包括如下步骤：

1)建立磁场；

2)将线圈置于磁场中，使线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直；

3)给线圈通电，使线圈在磁场中受到往复变换的力，产生伸缩振动。

通过将线圈置于磁场中，并给线圈通电，保持线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直，使线圈在磁场中受到往复变换的力，从而产生微小幅度的伸缩振动，达到消除线圈中的绕制应力的效果。通过控制线圈输入的电流的大小和频率来控制线圈自身振动的幅值和频率，从而达到对不同线径、大小和形状的线圈消除线圈中的绕制应力的目的。由于本发明提供的方法能够根据线圈线径、大小和形状来设定磁场和电流大小，使其受到的振动强度和频率可调，因此能够彻底释放线圈的绕制应力，提高线圈的合格率高，并且操作简便、效率高，适合批量生产。

进一步，还包括应力释放装置；所述应力释放装置包括磁场发生器和两轭铁，所述磁场发生器位于两所述轭铁之间，并与轭铁固定连接，两轭铁之间形成线圈放置位。这样，通过轭铁将磁场发生器产生的磁力线形成所需的磁回路，减小磁能损耗。

进一步，所述磁场发生器为柱形结构，其两端分别与两所述轭铁的中部固定相连，所述线圈放置位位于磁场发生器的外侧，这样，便于放入线圈。

进一步，所述磁场发生器为环形结构，其两端分别与两所述轭铁的中部固定相连，所述线圈放置位位于磁场发生器的内侧，这样也能实现对线圈的应力消除。

进一步，所述磁场发生器为永磁体时，给线圈输入交变电流，使线圈能够在磁场中受到安培力的作用，并且由于电流的变化使安培力的方向不断改变，从而使线圈往复运动，产生伸缩振动。

进一步，所述磁场发生器为电磁铁，给线圈输入交变电流，也能使线圈在磁场中受到安培力的作用往复运动，产生伸缩振动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

通过将线圈置于磁场中，并给线圈通电，保持线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直，使线圈在磁场中受到往复变换的力，从而产生微小幅度的伸缩振动，达到消除线圈中的绕制应力的效果。通过控制线圈输入的电流的大小和频率来控制线圈自身振动的幅值和频率，从而达到对不同线径、大小和形状的线圈消除线圈中的绕制应力的目的。由于本发明提供的方法能够根据线圈线径、大小和形状来设定磁场和电流大小，使其受到的振动强度和频率可调，因此能够彻底释放线圈的绕制应力，提高线圈的合格率高，并且操作简便、效率高，适合批量生产。

附图说明

图1为本发明中应力释放装置的示意图。

图2为本发明中应力释放装置的另一种示意图。

图3为本发明中通电线圈在磁场中受安培力的示意图。

图4为本发明中通电线圈在磁场中受安培力的示意图(电流方向与图3相反)。

图5为实施例1中的线圈示意图。

图6为实施例1中采用的应力释放装置示意图。

图7为实施例1中的磁场发生器1/2截面的有限元磁路仿真云图。

图8为实施例1中磁场发生器的工作气隙磁密曲线。

图中：线圈1、磁场发生器2、轭铁3。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

一种释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立磁场。

采用应力释放装置建立磁场，所述应力释放装置包括磁场发生器2和两轭铁3，所述磁场发生器2位于两所述轭铁3之间，并与轭铁3固定连接，两轭铁3之间形成线圈放置位。这样，通过轭铁3将磁场发生器2产生的磁力线形成所需的磁回路，减小磁能损耗。具体实施时，参见图1，所述磁场发生器2为柱形结构，其两端分别与两所述轭铁3的中部固定相连，所述线圈1放置位位于磁场发生器2的外侧。或参见图2，所述磁场发生器2为环形结构，其两端分别与两所述轭铁3的中部固定相连，所述线圈1放置位位于磁场发生器2的内侧。

2)将线圈1置于磁场中，使线圈1的电流方向与磁场的磁力线垂直。

具体为，将线圈1放入所述线圈放置位内，并使线圈1的电流方向与磁场的磁力线垂直或近似垂直，这样，线圈1受到较大的安培力的作用。线圈1在磁场中受到的安培力如图3、图4所示。由安培力公式F＝nBIlsinα可知，安培力的大小与线圈匝数n、磁感应强度B、线圈中通过的电流I、线圈平均每匝周长l和电流与磁力线夹角α的正弦值成正比，方向与磁感应强度B和线圈中通过的电流I满足左手定则。

3)给线圈通电，使线圈在磁场中受到往复变换的力，产生伸缩振动。

具体实施时，所述磁场发生器2可采用永磁体或电磁铁。当所述磁场发生器2为永磁体时，由于磁路为稳态磁场，线圈1必须通入交变电流才能产生振动，使线圈1能够在磁场中受到安培力的作用，从而使线圈1往复运动，产生伸缩振动。而采用电磁铁时，可以在线圈1中通入交变电流产生振动，也可以通过电磁铁形成交变磁场，将线圈1自身引线短接，线圈1在交变磁场中产生涡流，涡流在磁场中产生的安培力也可产生振动，但此时应考虑减小轭铁3内部的涡流效应。

实际应用中，针对不同尺寸、不同漆包线线径、甚至不同类型粘接剂的线圈1，需要通过试验确定所需的磁感应强度、交变电流频率、电流强度。磁感应强度由磁场发生器2的磁路决定，一般可达0.5T左右(以实测值为准)，交变电流频率最大值由电源设备确定，一般为100kHz即可满足要求。工作时，预先设定初始电流强度(由漆包线所能承受的高频电流载流量确定，可查表计算得到)，在电源频率0kHz～100kHz范围进行扫频振动时效，每个循环持续时间可根据经验设定，如0.5h一组。通过对比不同持续时间振动时效后线圈1的阻值、电感等参数，确定最优最经济的扫频振动时间。针对同一规格的线圈1，可采用同一参数进行扫频振动时效。

实施例

采用如图6所示的应力释放装置，其中，磁场发生器为柱形结构的永磁体，线圈放置在磁场发生器的外侧。上、下轭铁均采用退火状态的10号钢制作，永磁体采用钕铁硼N35，永磁体为轴向充磁，其上、下端面分别与上、下轭铁的内端面紧密接触，上、下轭铁外端面之间有4mm厚的环形气隙。线圈如图5所示，采用Φ0.2mm铜圆漆包线绕制，匝数为36，质量为0.4mg。查表得该漆包线可通过0.1A的额定电流，根据安培力计算公式F＝nBIlsinα可知，线圈的长边(边长约0.012m)在0.53T的磁场中受力为：

F＝nBIlsinα＝36×0.53×0.1×0.012×sin90°＝0.023N

线圈的长边受到安培力后，相当于在长边上施加了一个振动加速度a，其大小如为：

a＝F/m＝0.023÷(0.4×10^-3×0.5)＝115m/s²≈11.7g

相当于线圈的长边上施加了11.7g的振动加速度。若采用传统振动台，由于振动台的行程限制，定加速度扫频时一般不会设置高于5g的加速度。

由于本实施例采用的应力释放装置为轴对称结构，可采用1/2截面进行有限元计算，得出轭铁内部磁密和气隙处磁密，参见图7和图8。图7中线条代表磁路中磁力线的走向，轭铁和磁钢内部的灰度深浅代表着其内部的磁密大小，颜色越浅表示磁密越大，反之则表示磁密越小(仅限于轭铁和磁钢截面内)。为了计算气隙中磁密的分布，可在气隙中画一直线，计算出磁密沿直线的分布即可。磁密分布如图8所示，结果表明在直线的4mm到14mm范围内，气隙磁密比较均匀，且可达到0.53T，将需要去应力的线圈置于此处，便可获得高达0.53T的强磁场。因此，本发明提供的应力释放装置完全可以替代传统振动台，使线圈达到更好的振动去应力效果。

若采用图2所示的应力释放装置，与图1相比，同样的外形尺寸下，此时永磁体体积比较大，气隙中的磁密B也会较图1结构的气隙磁密大，根据安培力计算公式F＝nBIlsinα可知，同样的线圈在图2所示的应力释放装置中受到的安培力较图1所示的应力释放装置中收到的安培力大，适用于线圈导线通过的电流有限，但是刚度很大(比如漆包线很细、所绕的线圈截面很粗壮)的线圈。

当然，目前还有其他手段可产生强磁场，比如采取海尔贝克阵列(HalbachArray)，用永磁体通过特殊的排列方式获得强磁场(目前已有体积较小的海尔贝克阵列磁密可达到1T以上)，这样的强磁场也可以为线圈提供电磁振动所需的磁能，从而实现线圈的绕制应力去除。

通过将线圈置于磁场中，并给线圈通电，保持线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直，使线圈在磁场中受到往复变换的力，从而产生微小幅度的伸缩振动，达到消除线圈中的绕制应力的效果。通过控制线圈输入的电流的大小和频率来控制线圈自身振动的幅值和频率，从而达到对不同线径、大小和形状的线圈消除线圈中的绕制应力的目的。由于本发明提供的方法能够根据线圈线径、大小和形状来设定磁场和电流大小，使其受到的振动强度和频率可调，因此能够彻底释放线圈的绕制应力，提高线圈的合格率高，并且操作简便、效率高，适合批量生产。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立磁场；

2)将线圈置于磁场中，使线圈的电流方向与磁场的磁力线垂直；

3)给线圈通电，使线圈在磁场中受到往复变换的力，产生伸缩振动。

2.根据权利要求1所述的释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，还包括应力释放装置；所述应力释放装置包括磁场发生器和两轭铁，所述磁场发生器位于两所述轭铁之间，并与轭铁固定连接，两轭铁之间形成线圈放置位。

3.根据权利要求2所述的释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，所述磁场发生器为柱形结构，其两端分别与两所述轭铁的中部固定相连，所述线圈放置位位于磁场发生器的外侧。

4.根据权利要求2所述的释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，所述磁场发生器为环形结构，其两端分别与两所述轭铁的中部固定相连，所述线圈放置位位于磁场发生器的内侧。

5.根据权利要求2所述的释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，所述磁场发生器为永磁体时，给线圈输入交变电流。

6.根据权利要求2所述的释放线圈绕制应力的方法，其特征在于，所述磁场发生器为电磁铁，给线圈输入交变电流。

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