一種抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，涉及變壓器、互感器等電能變換領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁場(chǎng)在人類(lèi)的科技生活中起著舉足輕重的作用，有效的磁能利用和傳輸一直以來(lái)是科技界研究的重點(diǎn)。變壓器應(yīng)用電磁感應(yīng)原理工作，當(dāng)向變壓器一次側(cè)施加交流電壓Up流過(guò)一次繞組的電流為Ii，則該電流在鐵芯中會(huì)產(chǎn)生交變磁通，通過(guò)連接一次側(cè)和二次側(cè)的鐵芯使一次繞組和二次繞組發(fā)生電磁關(guān)聯(lián)，將一次側(cè)的磁能傳輸?shù)蕉蝹?cè)，二次繞組將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電壓互感器和電流互感器也工作于相同的原理。這類(lèi)電能變換設(shè)備的效能取決于鐵芯傳輸交變磁場(chǎng)的效率。為實(shí)現(xiàn)交流磁場(chǎng)的高效傳輸，一種有效的途徑是提高鐵芯對(duì)交流磁場(chǎng)磁通線的約束能力，減少漏磁通。傳統(tǒng)鐵芯一般都是由高磁導(dǎo)率的電工材料經(jīng)過(guò)一定的工藝制作而成，其電磁性能基本都是各向同性的，難以將磁通線約束到傳輸方向上，進(jìn)而引起漏磁，導(dǎo)致大量磁能被耗散。如果能夠構(gòu)造一種強(qiáng)各向異性的鐵芯結(jié)構(gòu)，磁導(dǎo)率在傳輸方向上大，而在與傳輸方向垂直的方向上小，這樣交流磁場(chǎng)的磁通線將被約束至傳輸方向上，在其他方向上的漏磁將會(huì)被大大抑制。這種具有強(qiáng)各向異性磁導(dǎo)率性質(zhì)的鐵芯結(jié)構(gòu)有望大幅提尚傳輸交流磁場(chǎng)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種用于抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，其基本思想是利用超導(dǎo)體的抗磁性和鐵磁體的聚磁性這兩種截然相反的磁性質(zhì)形成一種具有強(qiáng)各向異性的傳輸介質(zhì)，達(dá)到抑制漏磁約束磁通線路徑的效果，從而實(shí)現(xiàn)二次側(cè)線圈接收磁能的最大化。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的方案如下:
[0005]一種抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，用在包括交流變壓器和互感器等磁交變裝置中抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率。在磁交變裝置中:初級(jí)線圈2繞在鐵芯1的一端，并且經(jīng)過(guò)初級(jí)線圈接頭3與交流電源相連；次級(jí)線圈5繞在鐵芯1的另一端，通過(guò)外接引線7與負(fù)載相連。鐵芯1上未被線圈包覆的部分是由超導(dǎo)層401與鐵磁層402交替疊繞而成的超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層4。其中，超導(dǎo)層401是由高溫超導(dǎo)材料制成，鐵磁層402是普通的低電阻高磁導(dǎo)率的電工材料。
[0006]磁能收發(fā)部分:鐵芯1、初級(jí)線圈2、次級(jí)線圈5以及交流電源共同組成了磁能收發(fā)部分。初級(jí)線圈2螺旋緊繞在鐵芯1的一端，并由接頭3和交流電源連接，次級(jí)線圈5螺旋緊繞在鐵芯1的另一端，初級(jí)線圈2產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)經(jīng)鐵芯1在次級(jí)線圈5感應(yīng)出交變電流。
[0007]超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層:超導(dǎo)層401和鐵磁層402兩種不同材料組成了磁能屏蔽層4。超導(dǎo)層401是由高溫超導(dǎo)材料制成，鐵磁層402是普通低電阻高磁導(dǎo)率電工材料。鐵磁層402在內(nèi)層，超導(dǎo)層401在外層，交替重疊包裹鐵芯1的中間部分，磁能屏蔽層4由扎帶6固定。超導(dǎo)層401可由若干超導(dǎo)帶材短樣用低溫絕緣膠帶縱向并排拼接而成，也可沿鐵芯1的周向與鐵磁層一起裹繞而成。
[0008]磁能傳輸測(cè)量:利用示波器觀察初級(jí)線圈2和次級(jí)線圈5中的電流變化。一個(gè)電流探頭夾住初級(jí)線圈回路的一段，另外一個(gè)電流探頭夾住次級(jí)回路的一段，裝置工作時(shí)，通過(guò)示波器即能測(cè)出磁能的傳輸效率(初級(jí)輸入電流與次級(jí)接受電流的幅值比)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:利用超導(dǎo)體的抗磁性和鐵磁體的聚磁性構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)各向異性強(qiáng)的磁能屏蔽層，磁能被壓制在鐵芯內(nèi)部，可以有效降低漏磁，提高磁能的傳輸效率(見(jiàn)實(shí)證圖5)。采用本發(fā)明制作的裝置不需要改變?cè)凶儔浩骰蚧ジ衅鞯慕Y(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)傳能效率的提升。
[0010]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為整個(gè)交流磁能傳輸形裝置的示意圖(直線形)。
[0012]圖2為異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層展開(kāi)示意圖。
[0013]圖3為磁能傳輸示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖5為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下描述的是結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明，而不應(yīng)該理解為對(duì)本發(fā)明的限定。以下的實(shí)施方式是以直線形為例，另外還有環(huán)形、圓形等其他結(jié)構(gòu)，但它們的實(shí)施方式都是一致的。
[0017]由附圖.1示出，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】是:
[0018]初級(jí)線圈2繞在圓柱形鐵芯1 一端，經(jīng)過(guò)初級(jí)線圈接頭3與交流電源相連，次級(jí)線圈5繞在鐵芯1的另一端，通過(guò)外接引線7與負(fù)載相連，超導(dǎo)層401與鐵磁層402交替疊繞而成的超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層4包裹鐵芯1未繞制線圈的中間部分，并用扎帶6固定，初級(jí)線圈2在交流電源的作用下激發(fā)交變磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)傳輸路徑鐵芯1和屏蔽層4的約束作用，在次級(jí)線圈5中感應(yīng)出交變電流。
[0019]附圖2給出了超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層4的結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)層401由若干長(zhǎng)度相同的矩形超導(dǎo)帶材短樣用低溫絕緣膠帶縱向并排拼接而成，相鄰兩段之間有微小重疊部分以保證在包裹時(shí)減小超導(dǎo)層401的間隙，鐵磁層402的形狀與超導(dǎo)層401 —致，鐵磁層402在內(nèi)層，超導(dǎo)層401在外層，緊密貼合成一個(gè)整體，充分發(fā)揮超導(dǎo)層401的抗磁性和鐵磁層402的聚磁性，從而達(dá)到高效約束磁場(chǎng)的功能。
[0020]附圖3給出了磁能傳輸示意圖，初級(jí)線圈2中產(chǎn)生的磁場(chǎng)在經(jīng)過(guò)鐵芯1傳輸時(shí)，本來(lái)是存在漏磁的，但是由于超導(dǎo)層401的抗磁性和鐵磁層402的聚磁性使得磁場(chǎng)被約束，只沿鐵芯的路徑傳輸至次級(jí)線圈5。
[0021]附圖4為本發(fā)明采用環(huán)形結(jié)構(gòu)的實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。通入交流電的環(huán)形結(jié)構(gòu)初級(jí)線圈8繞在環(huán)形鐵芯10的一邊，磁場(chǎng)經(jīng)環(huán)形鐵芯10，在環(huán)形結(jié)構(gòu)屏蔽層9的約束下，在環(huán)形結(jié)構(gòu)次級(jí)線圈11中感應(yīng)出電流。該環(huán)形結(jié)構(gòu)的工作原理和各部分材料都與直線形一致，只是這種結(jié)構(gòu)的磁路封閉，次級(jí)的接收效果更好，裝置性能更優(yōu)。
[0022]利用所述磁能傳輸測(cè)量方法，附圖5為本發(fā)明傳輸效能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖。圖中藍(lán)色曲線為加超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層的鐵芯傳輸效率，黑色曲線為傳統(tǒng)的純鐵芯結(jié)構(gòu)的傳輸效率。此圖表明，加超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層后，鐵芯傳輸體的傳能效率提高約 50%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，用在包括交流變壓器和互感器等磁交變裝置中抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率，在磁交變裝置中:初級(jí)線圈(2)繞在鐵芯(1)的一端，并且經(jīng)過(guò)初級(jí)線圈接頭(3)與交流電源相連；次級(jí)線圈(5)繞在鐵芯(1)的另一端，通過(guò)外接引線(7)與負(fù)載相連；其特征在于，鐵芯(1)上未被線圈包覆的部分具有由超導(dǎo)層(401)與鐵磁層(402)交替疊繞而成的超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，其特征在于，屏蔽層(4)是由超導(dǎo)層(401)和鐵磁層(402)交替疊繞而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，其特征在于，所用的超導(dǎo)層(401)是由高溫超導(dǎo)材料制成，且工作在液氮或制冷機(jī)所冷卻的某一溫區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，其特征在于，屏蔽層(4)中的超導(dǎo)層(401)由低溫絕緣膠帶將超導(dǎo)短樣無(wú)縫接成長(zhǎng)條狀或沿鐵芯(1)的周向隨鐵磁層一起裹繞。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，其特征在于，磁能傳輸裝置的結(jié)構(gòu)可為線形、環(huán)形或其他外形結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抑制漏磁提高交變磁場(chǎng)傳輸效率的構(gòu)造，基于變壓器或互感器的總體結(jié)構(gòu),采用該構(gòu)造制作的磁能傳輸裝置的結(jié)構(gòu)是:初級(jí)線圈(2)繞在鐵芯(1)的一端，并且經(jīng)過(guò)初級(jí)線圈接頭(3)與交流電源相連；次級(jí)線圈(5)繞在鐵芯(1)的另一端，通過(guò)外接引線(7)與負(fù)載相連。鐵芯(1)上未被線圈包覆的部分具有由超導(dǎo)層(401)與鐵磁層(402)交替疊繞而成的超導(dǎo)體-鐵磁體異質(zhì)結(jié)構(gòu)屏蔽層(4)。本發(fā)明可以有效抑制傳統(tǒng)變壓器的鐵芯漏磁問(wèn)題，提升變壓器的傳輸效率，同時(shí)可以提高電流(壓)互感器的測(cè)量精度。
【IPC分類(lèi)】H01F38/14, H01F27/36, H05K9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105355400
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510915796
【發(fā)明人】馬光同, 周鵬博, 王志濤
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月10日