[发明专利]用于高功率电感器的紧凑轻便的电磁屏蔽

说明书

电感器的电磁屏蔽包括主场集中屏蔽(12)，该主场集中屏蔽包括竖直柱(13)，并且柱包括由非磁性间隙(15)分隔开的铁磁块(14)，非磁性间隙有助于增加磁阻，从而大大减小热损失。主屏蔽由外部导电壳体(1)增补，该外部导电壳体限制从主屏蔽逸出的剩余场。屏蔽结构紧凑，所使用的铁磁材料质量适中，主屏蔽的自主冷却是不必要的，壳体和主屏蔽之间的电磁联接减少甚至消除了对设备的电气特性的影响。

技术领域

本发明涉及一种屏蔽式电磁电感器，该屏蔽式电磁电感器能够在不排除更一般的应用的情况下以高感应频率、高无功功率并且可能在具有高电离辐射的环境中工作。本发明的电感器设置有特别是关于总体尺寸、质量以及负载的电气参数保存的改进的电磁屏蔽。本发明的电感器可以在具有固体负载的熔炉中使用。

背景技术

感应系统中磁场的管理一直是一些专利和科学出版物的主题。应用范围很广，从微电子部件到几米长的工业熔炉。通过源周围的屏蔽装置来限制磁场可以有助于提高系统的电工性能，或在系统与系统的外部环境之间提供对电磁辐射的抗干扰。在后一种情况下，屏蔽有助于避免电磁扰动及其后果(诸如不希望的电动势或加热、电弧、电磁干扰和电气仪器之间的电磁相容问题、以及对生物有机体造成干扰的风险)。通常的无源电磁屏蔽由金属壳体或甚至由高磁导率材料制成的场集中器组成，高磁导率材料被称为铁磁材料(能够吸引和引导磁场的材料)。

当电磁辐射功率低、频率高时，主要使用金属壳体。这种解决方案非常适用于电子设备。对于包括产生高振幅磁场的电感器的装置，这种解决方案在电感器和壳体之间产生过多的互感，这使得有必要在这两个元件之间保持一定的距离，从而不降低电感器的效率，也不使壳体过热或给壳体添加新的冷却装置。具有金属壳体的屏蔽的总体尺寸可能会与集成限制不相容。

场集中器用于限制对于金属壳体来说频率太低的场泄漏(其穿透深度太大)或用于提高电气部件的效率。对于运转高达几十千赫的应用(例如电气网格上的变压器、用于金属冶炼的工业熔炉)，传统上使用的集中器由轧制铁和电绝缘体的层压制品组成。对于更高频率的应用，使用固体铁磁部件。在这种情况下，设计中会遇到各种困难。首先，通常的场集中器中的热损失对于在高频和高无功功率下使用是非常高的，诸如在主要考虑的区域中(高于100kHz，并且在300kHz的量级；高于1Mvar，并且在12Mvar的量级)。当这些部件达到厘米尺寸时，这些热损失会被常见的铁磁材料(诸如通过模压和压实氧化铁或其他金属粉末获得的软铁氧体)中可能发生的磁共振现象放大。此外，适用于100kHz以上频率范围的铁氧体(例如，基于Zn和Mn、Ni或Mg)由于其巨大的硬度和脆性，对于加工来说是脆弱的材料。因此，铁氧体在大型或复杂的几何设备中的集成特别困难。因此，软铁氧体主要以通用形式用作电缆或小型变压器中的、以及电子电路中的电感器的电磁干扰吸收体，而很少用于感应加热系统。

其他可考虑的铁磁材料是合成物，被称为粘结铁氧体，粘结铁氧体包括铁粉颗粒之间的有机电气绝缘粘合剂(例如PTFE)。使用这种材料进行感应加热的价值是有据可查的。这种材料的最大优点是更容易加工。

然而，粘结铁氧体比软铁氧体耗散更多的热损失，并且与强电离辐射不相容，因为粘结铁氧体包含的绝缘体是有机绝缘体。

最后，在这里特别考虑的应用中，由场集中器对磁场的适当限制将意味着相当大的质量和总体尺寸，这是因为，除其他外，所要实施的量或需要通过专用冷却流体回路来冷却场集中器。另一方面，设置有通常的场集中器的电感器由多个串联匝组成的线圈构成，匝中的每一个匝围绕待加热的负载。对于高功率(1Mvar无功功率)和高频率(100kHz)应用，串联匝施加的电压过高，这使得有必要使用单匝(具有一匝的线圈)，该单匝可以由多个电感器并联供电线束组成。并联连接的问题是电流分布优先在外围区域或线束上，这在电感器中产生不均匀的加热，并且负载中的辐射磁场和感应也不均匀。如果将场集中器安装在并联线束电感器附近，则会加剧这些异质性。由于这个原因，场集中器主要适用于具有串联匝的电感器。