[发明专利]一种用于大气隙磁路的磁芯

说明书

技术领域

本发明涉及电磁装置，具体是一种用于大气隙磁路的磁芯。

背景技术

变压器和电感（电抗器）是常用的电磁装置。电磁装置按是否使用磁芯可以分为空芯的和有磁芯的两种。在本发明中以下所说的电磁装置都是有磁芯的电磁装置，并且磁芯是由磁导率远大于空气的磁材（例如硅钢、铁氧体、非晶、微晶磁材等）制成。

根据电磁装置的应用需求，磁芯可以有多种几何形状：

一、单相磁芯的几何形状有U、E、EC、EER、EP、EPC、ETD、LP、L、PM、PQ、RM、UF、和罐形等多种形状，其中罐形磁芯是磁芯的基本形状，其它形状可以看成罐形磁芯切割而成。罐形磁芯包括圆罐和矩形罐。

二、三相磁芯的几何形状有三柱式、五柱式和Y形等形状，它们也可以看成罐形磁芯切割而成。

本发明把磁芯分解为磁轭和磁柱两个部分。

图1a、1b分别是E形磁芯的示意图和C-C位置处的剖视图；图2a、2b分别是U形磁芯的示意图和D-D位置处的剖视图；图3a、3b分别是矩形罐形磁芯的示意图和B-B位置处的剖视图；图4a、4b分别是圆罐形磁芯的示意图和A-A位置处的剖视图。在图1-图4的磁芯示意图中，剖面线左边是磁柱，剖面线右边是磁轭；磁柱包括位于中心的芯柱和位于磁轭端部的侧柱，图示中，P为芯柱，Q为侧柱。磁柱通过磁轭构成整体磁芯。当用这些磁芯制作电磁装置时，气隙位于磁柱的端面之间。磁轭、磁柱、气隙构成磁路。

当用E形、罐形磁芯组成没有气隙的闭合磁路时，如果通以电流的绕组（磁势）位于芯柱，则磁通路径为从芯柱出发，经过磁轭、侧柱、另一个侧柱、另一个磁轭，回到芯柱；而U形磁芯的磁通路径为从一个芯柱出发经过磁轭到另一个芯柱，再经过另一个磁轭，回到出发芯柱。图示中L表示磁通路径。

图5a、5b分别是圆罐磁轭的开孔示意图和E-E位置处的剖视图；图6a、6b分别是矩形罐磁轭的开孔示意图和E-E位置处的剖视图。这些开孔并不真实存在，是为了说明发明而进行的假定。定义开孔的侧面积为S，并且将S定义为罐形磁芯磁轭截面积。开孔的圆心：圆罐位于磁轭的圆心处，矩形罐位于磁轭两对角线交点处。如果开孔直径为D，磁轭厚度为h，显然S=3.14Dh。一般而言，不同直径开孔处侧面积平均磁通密度是不一样的。

定义：平均磁通密度B、总磁通Ф、磁通路径截面积S三者关系，B=Ф/S。定义磁芯截面积SM：对于U形磁芯和罐形磁芯，将磁通路径中平均磁通密度最大处的截面积定义为磁芯截面积SM；对于E形磁芯，将磁芯截面积的位置定于平均磁通密度最大处，如果这个位置在磁轭和侧柱，则将该处的截面积定义为磁芯截面积SM；如果这个位置在芯柱，则将该处截面积的一半定义为磁芯截面积SM。

定义磁芯磁柱端面积S1:对于U形磁芯和罐形磁芯，将芯柱和侧柱端面积中较小者定义为磁柱端面积S1；对于E形磁芯则将芯柱端面积的一半和侧柱端面积中较小者定义为磁柱端面积S1。

图示中，气隙的长度为F。

现有技术的不足之处在于：为了在电磁装置制作过程中减轻其重量、减小其体积、降低其成本，磁芯形状和几何尺寸的设计原则是提高磁材的利用率，在这样的原则下：磁柱的截面积处处相等；U形磁芯磁柱和磁轭的截面积大约相等；E形磁芯侧柱和磁轭的截面积也大约相等，芯柱的截面积大约两倍于侧柱；罐形磁芯的芯柱直径不超过其磁轭厚度6倍。其它形状的磁芯也是按照这样设计原则处理。让最小截面积的地方在工作时的最大磁通密度尽量接近磁材的饱和磁通密度。这样的磁芯用于紧耦合变压器或者小气隙磁路是合适的，但将其用于大气隙磁路时会付出气隙磁阻较大的代价。另外，气隙磁阻太大将会降低松耦合变压器的耦合度，不利于电能由原边传输到副边。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明提出一种用于大气隙磁路的磁芯，对现有的磁芯结构进行改进，增大气隙面积，降低磁阻，便于电能由原边传输到副边，从而解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的思路是，由于现有技术存在的问题，本发明采用加大磁柱端面及其附近的截面积的方法以降低气隙磁通密度，磁轭及磁柱的其它部分的最大工作磁通密度仍然接近磁材的饱和磁通密度，达到既减小气隙磁阻，又不大量增加磁材用量的目的。因为气隙磁阻与气隙面积成反比，与气隙长度成正比；故在气隙长度不变的前提下，加大气隙面积可以减小气隙磁阻。