CN114141405A - 消除集肤效应的电流通流结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除集肤效应的电流通流结构，消除集肤效应的电流通流结构中，一对导电基座，所述导电基座相对设置，多个导电杆，其导电连接于所述一对导电基座之间，其中，所述导电杆是弯曲的，其弯曲的原则遵循：按预定顺序对多个导电杆编号，沿着垂直电流的方向取每个导电杆截面，每个导电杆截面从当前位置向下一个编号的导电杆的截面位置移动，最后一个编号的导电杆截面则向第一个导电杆截面的位置移动。

Description

消除集肤效应的电流通流结构

技术领域

本发明涉及电力传导技术领域，尤其涉及一种消除集肤效应的电流通流结构。

背景技术

近年来，电网等级的进一步提升，电力开关器件和母线流通的电流的进一步增大，这些变化都对母线的通流能力和散热能力提出了更高的要求。一方面，因为在流通交流电时存在集肤效应，母排等通流结构会有较大的等效阻抗。随着电流增加，通流结构造成的压降等不良影响也会增加，从而造成不必要的电能损失，并且通流结构内部的导体因为只有较小电流流过，也造成了材料的浪费。另一方面，随着电流的增加，发热也会以几何倍数增加。除了通流结构自身流通大电流的发热，开关装置的发热也会成倍增加，而这部分热量一般依靠紧连开关装置的通流结构来散失。所以通流结构的散热能力必须大幅度提升。

对于传统的通流结构，常用的是截面为长方形的母排或者圆环的圆筒结构。流通交流电时，对于长方形的母排结构，电流会倾向于分布在母排的两侧，若考虑多母排时的邻近效应，电流的分布会更加趋于边缘处，从而造成等效阻抗偏大发热严重。对于圆筒形的母排，虽然其趋肤效应不明显，但是在通流面积相同的情况下圆的周长较小，所以圆筒的散热十分有限，且需要占用大量的空间。这一系列问题限制了大电流开关装置的发展。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除集肤效应的电流通流结构，无需外加其他装置的情况下，即可实现消除集肤效应和提升散热能力的效果，满足通流大电流的能力并控制自身发热，实现有效降温。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种消除集肤效应的电流通流结构包括，

一对导电基座，所述导电基座相对设置，

多个导电杆，其导电连接于所述一对导电基座之间，其中，所述导电杆是弯曲的，其弯曲的原则遵循：按预定顺序对多个导电杆编号，沿着垂直电流的方向取每个导电杆截面，每个导电杆截面从当前位置向下一个编号的导电杆的截面位置移动，最后一个编号的导电杆截面则向第一个导电杆截面的位置移动。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，不断重复移动直到最后每个导电杆的截面都遍历所有其他导电杆的截面位置并回到自己的初始位置。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述重复的次数与所述导电杆根数相同。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述多个导电杆呈螺旋扭曲状。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述导电基座设有连接导电杆的凹进部。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述导电基座采用实心导电金属制成。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述实心导电金属包括铜、铝或铝合金。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，所述导电基座为外电路或外母排的一部分。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，导电杆的材料包括铜、铝或铝合金。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，当所述电流通流直流电时，所述多个导电杆为直杆。

在上述技术方案中，本发明提供的一种消除集肤效应的电流通流结构，具有以下有益效果：本发明所述的一种消除集肤效应的电流通流结构中，通过改变导体的自身形状和拓扑结构，使得每根支路遍历所有位置，从而在无需外加其他装置的情况下，即可实现消除集肤效应和提升散热能力的效果。本发明使用的材料只需选用常规金属导电材料，如铜、铝、铝合金等即可。本发明的空间和拓扑结构较为复杂，但是非常适合使用电弧焊增材制造的方式进行制造。与传统通流结构相比，本发明使用更少的材料，拥有更高的散热能力，因为消除了集肤效应，在交流电流下拥有更好的导电能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的结构示意图；

图2是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的导电基座上六个导电杆的起始位置示意图；

图3是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的导电基座上六个导电杆经过一次变动后的示意图；

图4是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的导电基座上六个导电杆经过两次变动后的示意图；

图5是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的八个导电杆时第一次变动的示意图；

图6是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的18个导电杆的示意图；

图7是消除集肤效应的电流通流结构一个实施例的传导直流电的导电杆的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图7，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在一个实施例中，如图1至图6所示，消除集肤效应的电流通流结构包括，一对导电基座，所述导电基座相对设置，

多个导电杆，其导电连接于所述一对导电基座之间，其中，所述导电杆是弯曲的，其弯曲的原则遵循：按预定顺序对多个导电杆编号，沿着垂直电流的方向取每个导电杆截面，每个导电杆截面从当前位置向下一个编号的导电杆的截面位置移动，最后一个编号的导电杆截面则向第一个导电杆截面的位置移动。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，不断重复移动直到最后每个导电杆的截面都遍历所有其他导电杆的截面位置并回到自己的初始位置。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述重复的次数与所述导电杆根数相同。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述多个导电杆呈螺旋扭曲状。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述导电基座设有连接导电杆的凹进部。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述导电基座采用实心导电金属制成。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述实心导电金属包括铜、铝或铝合金。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，所述导电基座为外电路或外母排的一部分。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，导电杆的材料包括铜、铝或铝合金。

所述的一种消除集肤效应的电流通流结构的优选实施例中，当所述电流通流直流电时，所述多个导电杆为直杆。

在一个实施例中，所述电流通流结构由基座部分、散热导体两部分组成。

在一个实施例中，所述电流通流结构包括导电基座1、导电杆2，其中：

所述导电基座1部分采用实心导电金属制成，可以采用常用的良导体材料，比如铜、铝、铝合金等。所述导电基座的形状可以是任何形状，它的作用使用连接导电杆和从外部的其他导体，从而使电流回路导通。所述导电基座必须具有一定的机械强度，它需要用来支撑导电杆。

优选的，导电基座可以视为外电路或外母排的一部分，可以直接将导电杆接入母排或者需要流通的外部连接处，此时无需额外制造导电基座，只需用导电杆将电路连接起来即可。

优选的，当导电杆较多质量较大时，可以额外增加绝缘支撑柱，从而减小导电基座的支撑负担，减少导电基座的体积和质量。

所述导电杆2由常用导电金属组成，可以使用的材料包括但不限于铜、铝、铝合金等。在直流情况下，导电杆可以做成圆柱形，然后多个导电杆直接连接两个导电基座。在交流情况下，导电杆是弯曲的，其弯曲的原则遵循：先按一定顺序对导电杆进行编号，沿着垂直电流的方向取每个导电杆截面，每个导电杆的截面从当前位置向下一个编号的导电杆的截面位置移动，最后一个编号的导电杆截面则向第一个导电杆截面的位置移动。按此原则，在经历一次变动后，每个导电杆截面的位置恰好是下一个编号的导电杆的截面在变动前的位置。不断重复这个过程，如此一来，最后每个导电杆的截面都会遍历所有其他导电杆的截面位置并回到自己的初始位置。在通流交流电时，因为每个导电杆遍历所有位置，所以所有导电杆对于交流电有同样大小的等效阻抗，从而使电流在每个导电杆上平均分布。每一个导电杆需遍历所有位置，所以上述过程需重复的次数应当与导电杆的根数相同。直流和交流情况下导电杆的形状虽然不同，但是都是杆状结构，杆与杆之间存在大量的空间，可以使得空气从中流动，进而极大地提高整个通流结构的散热面积，极大地提升散热能力。

所述导电杆2与基座1的连接可以采用焊接的方式，直流情况下导电杆2的制造可以采用铸造的方式。但是焊接无法使得导电杆紧密得与导电基座连接，且在交流情况下导电杆2的制造极其复杂。若采用电弧焊增材制造的方式，则可以解决上述所有问题。在进行制造时，首先制造出导电基座，然后沿着电流方向一层一层得堆积导电杆。在直流情况下，只要保证导电杆笔直即可，在交流情况下，依靠电弧焊增材制造中金属液滴自身的悬垂能力，导电杆可以与重力方向成一定角度倾斜，从而实现向一个方向偏移的效果。

优选的，导电杆2的制造也可以使用其他工艺，比如铸造、切割等。

优选的，导电杆2的数量和位置可以依据实际通流电流大小和散热要求而定。

优选的，导电杆可以不遍历所有其他导电杆的位置。考虑到导电杆的对称性，可以将不同导电杆的位置进行分类，只要所有导电杆遍历了相同的导电杆位置类别，且每个类别经过相同次数，就可以认为所有导电杆在交流通流中具有相同的等效阻抗。

优选的，当两导电基座之间的距离过长时，可以采用上述不遍历其他所有导电杆位置的方法缩小导电杆的长度和导电基座之间的距离。

优选的，当两导电基座之间距离过短时，可以让遍历了所有位置的导电杆再遍历多次所有位置，从而不断增加导电杆的长度和两导电基座之间距离。

优选的，当本通流结构需要连接的外部两导体较长时，因为内部的每个导电杆已经多次遍历所有位置，所以即使并非每个导电杆都遍历过相同数量的同种位置，但最后等效阻抗也是接近的，也可以很好得消除集肤效应。这样可以精确的调整本通流结构的长度，使其符合实际使用情况。

优选的，可以通过增加导电杆数量，减少导电杆直径的方式进一步增强散热能力和减轻每个杆自身的集肤效应。

参照图1，交流情况下，左边例举了一种六根导电杆情况下的通流结构。每根导电杆从始端开始向下一根导电杆的位置延伸，在到达下一根的位置后，继续向下一根导电杆的位置延伸。在所有导电杆遍历所有位置，回到初始位置后，导电杆到达末端。

参照图2，ABCDEF为六根导电杆的初始位置。接下来，A导电杆向B导电杆位置移动，B向C移动，C向D移动，D向E移动，E向F移动，F向A移动。在各导电杆到达下一根导电杆位置后，完成一次变动。

参照图3、图4，完成第一次变动后，各导电杆继续向下一根导电杆的位置移动，在各导电杆再一次到达新位置之后，完成第二次变动。这个过程不断往复，一共持续六次，各导电杆就回到了最初始的位置。

参照图5，这是一种八导电杆的交流通流结构。该例子演示的是导电杆不遍历所有位置也能实现消除集肤效应的结构。考虑对称性，可以将图中ABCDEFGH八个位置分为两类，ADEH为一类，可记为I类，BCFG为一类，可记为II类。按照前述方法，若要让每个导电杆遍历所有位置，则需要八次变动。现在让ABGH四个导电杆一组，互相延伸到下一个位置，即A位置导电杆向H位置延伸，H向G延伸，G向B延伸，B向A延伸。同理，F向C，C向D，D向E，E向F。这样经过四次变动后，不考虑初始位置，每个导电杆都经过了两次I类位置和两次II类位置。这样一来，每个导电杆都会有相同的等效阻抗，而只需要四次变动，从而实现减少导电杆总长度的作用。

参照图6，当电流较大，发热严重时，只需要增加导电杆的数量即可。每根导电杆延伸的原则还是和上述原理相同。

参照图7，直流情况下可以使用右边的结构，导电杆为直的圆柱形。

工业实用性

本发明所述的消除集肤效应的电流通流结构可以在电力中使用。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，其包括，

一对导电基座，所述导电基座相对设置，

多个导电杆，其导电连接于所述一对导电基座之间，其中，所述导电杆是弯曲的，其弯曲的原则遵循：按预定顺序对多个导电杆编号，沿着垂直电流的方向取每个导电杆截面，每个导电杆截面从当前位置向下一个编号的导电杆的截面位置移动，最后一个编号的导电杆截面则向第一个导电杆截面的位置移动。

2.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，优选的，不断重复移动直到最后每个导电杆的截面都遍历所有其他导电杆的截面位置并回到自己的初始位置。

3.根据权利要求2所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述重复的次数与所述导电杆根数相同。

4.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述多个导电杆呈螺旋扭曲状。

5.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述导电基座设有连接导电杆的凹进部。

6.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述导电基座采用实心导电金属制成。

7.根据权利要求6所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述实心导电金属包括铜、铝或铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，所述导电基座为外电路或外母排的一部分。

9.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，导电杆的材料包括铜、铝或铝合金。

10.根据权利要求1所述的一种消除集肤效应的电流通流结构，其特征在于，当所述电流通流直流电时，所述多个导电杆为直杆。

Images