CN102097196A - 具有永磁材料辅助励磁的铁心结构 - Google Patents
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Abstract
一种具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，为单个口字型铁心或若干个口字型铁心拼合，采用交直流绕组的松耦合结构形式，在铁心外侧或内部安装永磁材料体，且永磁材料体产生的磁场方向与直流励磁产生的磁场方向一致。永磁材料体可以全部或部分嵌入铁心的一个或若干个截面；或是将一组条形、板形或筒形的永磁材料体沿铁心立柱的轴向拼装在铁心外侧或内部。永磁材料体既可以安装在交流侧铁心立柱上；亦可是安装在铁心外侧的轭铁上；还可安装在铁心拐角处。它是利用永磁材料提供恒定的偏磁，适用于铁心需工作在饱和偏磁状况下的电气设备，如饱和铁心电抗器、饱和铁心型超导限流器及电机软启动设备等，其能够有效地减小设备的体积、重量，降低制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种特殊的铁心结构，尤其涉及一种具有永磁材料辅助励磁的铁心结构。
背景技术
铁心需工作在饱和偏磁状况下的电气设备，如饱和铁心电抗器、饱和铁心型超导限流器、电机软启动设备等，其共同的工作原理是通过偏磁来调节铁心的磁饱和程度，进而调节铁心上交流绕组的感抗值，以实现其调控电流的功能。通常，偏磁较大时，铁心中磁饱和程度深，设备处于阻抗较低的通流态；偏磁较小或为零时，铁心处于非饱和态，设备处于阻抗较大的限流态。铁心的偏磁通常是采用直流励磁来实现的。
这类电气设备功能实现的核心部件包括：铁心、交流绕组、直流励磁绕组。在高电压等级的电气设备设计中，为使高压部件（如交流绕组）与低压部件（如直流绕组和铁心）合理地分离，有效地利用空间，减小设备的体积及重量，常采用交直流绕组松耦合结构形式，即交流工作绕组和直流励磁绕组缠绕在同一铁心窗口的不同的铁心立柱上，这在一定程度上降低了交直流绕组的耦合程度。为使交流侧铁心立柱达到充分的偏磁，往往需要大幅度增加直流励磁，采用过励磁的方法，或采用增加铁心截面积的方法才能达到效果。过励磁的方法会造成励磁安匝的浪费，也大幅增加了对直流绕组的要求。增加铁心截面积的方法意味着增加设备的体积、重量和制作成本。
故亟待有更新、更好的铁心结构出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其适用于铁心需工作在饱和偏磁状况下的电气设备，可以克服现有技术铁心结构中的缺陷，提供了一种有效的辅助励磁手段。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种具有永磁材料体辅助励磁的铁心结构，为单个铁心或若干个铁心拼合，采用交直流绕组的松耦合结构形式，在铁心外侧或内部安装永磁材料体，且永磁材料体产生的磁场方向与直流励磁产生的磁场方向一致。
将永磁材料体全部或部分嵌入铁心的一个或若干个截面。
将一组条形、板形或筒形的永磁材料体沿铁心立柱的轴向拼装在铁心外侧或内部。
所述的永磁材料体安装在交流侧铁心立柱上。
所述的永磁材料体安装在轭铁上。
所述的永磁材料体安装在铁心拐角处。
所述的铁心为口字型铁心或其它类似形状铁心。
在若干个铁心拼合结构中，可同时在所有的铁心上安装永磁材料体，还可以只在部分铁心上安装永磁材料体。
所述的永磁材料体采用铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或复合永磁材料。
本发明具有永磁材料辅助励磁的铁心结构是利用永磁材料提供恒定的偏磁，适用于铁心需工作在饱和偏磁状况下的电气设备，如饱和铁心电抗器、饱和铁心型超导限流器及电机软启动设备等。
所述的永磁材料采用铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或复合永磁材料。
本发明的优点是：
通过使用具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，能够有效地减小设备的体积、重量，降低制作成本。
附图说明
图1为本发明具有永磁材料辅助励磁的铁心结构示意图（单个铁心）。
图2为本发明具有永磁材料辅助励磁的铁心结构示意图（若干个铁心）。
图3为本发明永磁材料的一实施例安装方式图。
图4为本发明永磁材料的另一实施例安装方式图。
图5为本发明永磁材料的又一实施例安装方式图。
图6为本发明永磁材料的又一实施例安装方式图。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
本发明具有永磁材料辅助励磁的铁心为口字型铁心或其它类似形状铁心，可以为单个铁心（见图1）或若干个铁心拼合（见图2,每个铁心具有中心铁心柱21和边柱22）的结构。直流绕组1和交流绕组3分别处于同一铁心窗口2的不同的铁心的立柱上，为松耦合的结构形式。
对于这类松耦合的结构形式，直流绕组产生的励磁磁势应有效地传递到交流侧铁心立柱，并使其达到要求的饱和程度。松耦合的结构特点及铁心饱和时漏磁将大幅度增加，使得在无其它辅助励磁手段的条件下，必须增加直流励磁安匝和（或）增加直流侧铁心立柱及轭铁的截面积，交流侧铁心立柱才能达到要求的饱和程度。这就增加了设备的体积、重量和材料用量，提高了制作成本。为克服此缺陷，本发明提出一种利用永磁材料对铁心进行辅助励磁的方法，即在铁心中（铁心外侧或内部）加入永磁材料，对交流工作绕组的铁心立柱施加固有的偏磁，偏磁方向与直流励磁相同。
利用永磁材料提供恒定的偏磁是一种有效的辅助励磁手段。永磁材料可以使用铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或复合永磁材料。永磁材料在铁心中的安装方式有以下几种：1. 嵌入式，见图3、图4，即将永磁材料体4全部或部分嵌入铁心2的某个或若干个截面；2. 拼装式，见图5、图6，将条形、板形或筒形的永磁材料体4沿铁心2立柱的轴向拼装在交流工作绕组的铁心外侧或内部。永磁材料的安装位置可以有以下几种：1. 安装在轭铁上。 2. 安装在交流侧铁心立柱上；3. 安装在铁心拐角处。永磁材料产生的磁场方向与直流励磁产生的磁场方向一致。
本发明具有永磁材料辅助励磁的铁心结构的工作原理是：在铁心中拼装永磁材料体，其磁化方向与直流偏磁方向相同，使交流铁心立柱始终处在一定程度的偏磁状况下。在通流态时，永磁材料产生的磁场可以作为直流励磁的有效补充，从而降低对直流绕组及铁心截面积的要求，达到设备减重、降低成本的目的。在限流态时，交流工作绕组中的电流往往足够强大，能够产生足够大的交流磁势完全抵消偏磁的影响，永磁材料产生的磁场只能带来限流波形的偏移，而对限制电流的有效值无影响。
在铁心中拼装永磁材料，使铁心始终处在一定程度的偏磁状况下。磁饱和状况下，在漏磁情况严重的铁心部位，永磁材料产生的偏磁磁势能够节省大量的直流励磁安匝，有效地降低对直流励磁能力和对铁心截面积的要求，达到设备减重降成本的目的。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，为单个铁心或多个铁心拼合，采用交直流绕组的松耦合结构形式，其特征在于：在铁心外侧或内部安装永磁材料体，且永磁材料体产生的磁场方向与直流励磁产生的磁场方向一致。
2.根据权利要求1所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：将永磁材料体全部或部分嵌入铁心的一个或若干个截面。
3.根据权利要求1所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：将一组条形、板形或筒形的永磁材料体沿铁心立柱的轴向拼装在铁心外侧或内部。
4.根据权利要求2或3所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：所述的永磁材料体安装在交流侧铁心立柱上。
5.根据权利要求2或3所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：所述的永磁材料体安装在轭铁上。
6.根据权利要求2或3所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：所述的永磁材料体安装在铁心拐角处。
7.根据权利要求1所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：所述的铁心为口字型铁心或其它类似形状铁心。
8.根据权利要求1所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：在若干个铁心拼合结构中，同时在所有的铁心上安装永磁材料体，或只在部分铁心上安装永磁材料体。
9.根据权利要求1所述的具有永磁材料辅助励磁的铁心结构，其特征在于：所述的永磁材料体采用铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或复合永磁材料。
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