CN204740936U - 一种新型电抗器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型电抗器，包括通过真空压力浸漆形成整体结构的铁芯、线圈、角撑条、支承座、拉杆螺栓以及垫块；线圈绕设在铁芯上；铁芯是无隙无轭铁芯，铁芯的两端均伸出线圈端部，且铁芯的两端均设有贯穿整个铁芯叠厚的穿心孔；角撑条至少为四条，设在铁芯与线圈之间并绕铁芯的周向均匀布置；支承座为两个，两个所述支承座分别位于铁芯的两端；垫块由绝缘材料制成，处在铁芯与支承座之间；拉杆螺栓穿过穿心孔、垫块，与支承座连接固定。本实用新型的电抗器具有重量轻、体积小、噪音低、漏磁小，抗振性好等优点。

Description

一种新型电抗器

技术领域

本实用新型涉及一种电抗器，尤其是涉及一种应用于轨道交通领域中逆变电源的新型电抗器。

背景技术

电抗器是一种用来提供电感的器件，在电路系统中广泛使用。按照磁路结构的不同，电抗器通常大致可分为三大类：

空心电抗器，即绕组内部均不含有控制磁通的铁磁材料的电抗器；

铁心电抗器，即绕组内部安装有铁芯的电抗器，目前，就应用于轨道交通领域中逆变电源的电抗器而言，绝大多数铁芯都包含有若干气隙；

磁屏蔽空心电抗器，即绕组内部不含任何铁磁材料，但在外部配有控制磁通的铁磁材料的电抗器，其中外部的铁磁材料，即称之为磁屏蔽。

上述各类电抗器在漏磁、噪音、电感线性度、重量和体积等方面，均有各自的特点，也有无法回避的不足(见表1)。

项目	空心电抗器	磁屏蔽空心电抗器	铁芯电抗器
				重量	大	大	中
体积	大	大	中
				噪音	低	中	高
漏磁	大	最小	小
				电感线性度	电感恒定不变	优良	较差
铁芯叠装工艺	/	较复杂	很复杂
				组装工艺	简单	很复杂	较复杂
散热性	优	差	中

表1现有各种电抗器性能对比

在轨道交通领域，电抗器作为磁性器件是机车辅助变流器的核心部件之一，其性能指标最终将直接影响到整个电传动系统的性能。对机车电传动系统而言，出于对机车重量、运行环境、可靠性等因素的考虑，尤其是应用在大跨度、长距离运行的机车，电抗器通常要求轻量化、小型化、低噪音、漏磁小、抗振性佳、耐候性好。然而，如表1所示，目前一般的电抗器往往难以全部满足这些要求，应用在轨道交通电源中各有优缺点，总是美中不足。

授权公告号为CN 204010962 U的专利文件公开里一种直流平波电抗器，针对直流平波电抗器提出了一种在不改变铁心电抗器磁路模型的前提下，减小漏磁降低噪音的工艺方法。该电抗器包括铁芯柱、上铁轭、下铁轭和线圈，铁芯柱由利用环氧树脂将气隙板与各个铁芯饼粘结并叠加压制而成，线圈绕制在椭圆形的绝缘筒上形成线圈，线圈套接在铁芯柱上，上下铁轭均有底板和凸出部组成，铁芯柱连接上、下铁轭的凸出部。如图1、2所示，该电抗器通过设计于上下铁轭上的凸出部，将铁轭与芯柱交界处的气隙内移置线圈内部，并将各段截面涂有环氧胶的芯柱压接通过压力机器压紧，最后晾干或烘干成型，以确保铁芯柱的叠装质量，从而降低噪音。

然而，该方案中的铁心片型种类多，铁芯片涂胶后需要专用压力设备压紧，最后再烘干或晾干，铁心叠装工艺是非常复杂繁琐，需要设计专用的工装来保证铁芯叠装的整齐度。其次，各工序之间也需要多次转运半成品铁心，存在铁芯变形移位风险，生产效率也较低。另外，由于铁芯柱由铁心片、气隙板和环氧树脂等多种物理特性相差很大(硅钢片为1.2x10⁵/℃,气隙板为2x10⁵/℃，环氧树脂却是7.6x10⁵/℃是前者的6倍)的的材料组成，由于各种材料热胀冷缩的程度差别大，若该直流平波电抗器应用于轨道交通环境，难以保证在随机车长距离跨越多个气候带后铁芯柱上的气隙尺寸的大小热胀冷缩之后不会有变化。

因此，基于机车的应用环境，设计出兼顾各项性能指标的电抗器，是业内普遍的期待。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有新型磁路模型的电抗器，适用于轨道交通环境中，且该电抗器具有重量轻、体积小、噪音低、漏磁小，抗振性好等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型电抗器，包括通过真空压力浸漆形成整体结构的铁芯、线圈、角撑条、支承座、拉杆螺栓以及垫块；铁芯呈卧式布置，线圈绕设在铁芯上；铁芯是无隙无轭铁芯，铁芯的两端均伸出线圈端部，且铁芯的两端均设有贯穿整个铁芯叠厚的穿心孔；角撑条至少为四条，设在铁芯与线圈之间并绕铁芯的周向均匀布置；支承座为两个，两个所述支承座分别位于铁芯的两端并沿铁芯叠厚的方向布置；垫块由绝缘材料制成，处在铁芯与支承座之间；拉杆螺栓穿过穿心孔、垫块，与支承座连接固定。

线圈可由铝导体或铜导体绕制而成。线圈的外轮廓可呈矩形或圆形。

无隙无轭铁芯是指铁芯没有铁轭结构，铁芯上也没有气隙。铁芯可由0.23～0.5mm的铁心片叠积而成。铁芯截面可呈矩形、阶梯圆形或椭圆形。

角撑条可由绝缘材料模压而成。

拉杆螺栓可以是不导磁螺栓，并与铁芯之间做绝缘处理，避免拉杆螺栓与铁芯之间形成环流，同时也减少了涡流损耗。

本实用新型的原理如下：

拉杆螺栓穿过穿心孔和垫块，与支承座相互连接，从而使铁芯与支承座连接固定。电抗器呈整体结构，即铁芯、线圈、角撑条、支承座、拉杆螺栓以及垫块等部件通过真空压力浸漆形成整体结构。支承座一般安装在机车上，平行或接近平行于水平面。此时，铁芯即呈卧式布置，铁芯本身作为整个电抗器的承载骨架。铁芯既为磁场提供了回路，同时也是承载的结构件，从而在保证抗振性的前提下使电抗器实现了小型化、轻量化，同时工艺也非常简单，成本低廉。

本电抗器无论是磁路还是结构方面，均有利于电抗器的小型化和轻量化，例如：因为在线圈中放置铁芯，且铁芯的两端均伸出线圈，大大提高了电抗器的导磁率，与空心电抗器相比，在达到相同电感的前提下，本电抗器的线圈的匝数可大大少于空心电抗器；同样因铁芯的缘故，线圈中比空心电抗器漏磁场较小，附加损耗更小。本电抗器的铁芯为整体结构，铁芯上并没有加工有气隙，这样避免了气隙的衍射效应，可有效降低电抗器的噪音和杂散损耗。除用于固定铁芯和支承座的拉杆螺栓外，本电抗器也不需要其他的结构件固定铁芯，这无疑简化了电抗器的结构。

此外，线圈直接绕在铁芯上，不用套装，与铁芯之间有角撑条形成的气道，线圈的两端和外表面均全部敞开，为线圈提供了较大的散热面积，保证线圈产生的热量得到有效交换，散热条件良好。

线圈中放置有铁芯，且铁芯的两端伸出线圈，线圈产生的磁力线即在铁芯的作用下更为紧密地约束在线圈的周围，因而电抗器的电感更大、漏磁更小。进一步的，铁芯两端的任一端与线圈端部的间距其中K为系数，可在0.8～2范围内取值；S为铁芯的横截面积。限定铁芯的两端部与线圈端部的距离，可让本电抗器在较小的体积大小下获得合适大小的电感。

与空心电抗器相比，本电抗器通过在线圈中放置铁芯，且铁芯的两端伸出线圈获得更小的体积和重量，漏磁也更小，电磁兼容性能更优；与磁屏蔽空心电抗器相比，本电抗器噪音和电磁兼容性能同样良好，但是体积和重量更小，工艺更简单，线圈散热面积更大；与铁芯电抗器相比，本电抗器的电磁性能与铁芯电抗器的性能相差无几，而且本电抗器的结构更为简单、装配更方便，噪音更低。呈卧式布置的铁芯既是磁路又能承载，使得结构更紧凑。同时，由于铁芯是整体，噪音低，也没有因气隙带来各种不良影响。

本电抗器具有具有重量轻、体积小、噪音低、漏磁小，抗振性好等优点，尤为适合应用于轨道交通环境。

附图说明

图1是现有电抗器的示意图

图2是现有电抗器中铁芯的示意图；

图3是本实用新型实施例中铁芯与线圈的配合示意图；

图4是本实用新型实施例中铁芯与线圈配合的剖视图；

图5是本实用新型实施例中电抗器的示意图。

附图标记说明：1-线圈；2-铁芯；3-穿心孔；4-角撑条；5-拉杆螺栓；6-支承架；7-车体；8-垫块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

如图3、4所示，线圈1绕设在铁芯2上，铁芯2与线圈1之间沿铁芯2的周向均布有4根角撑条4。本实施例中，角撑条4由绝缘材料制成；线圈可以是圆筒式线圈、箔式线圈、饼式线圈或连续式线圈，线圈1的外轮廓呈方形，线圈1由铝导体绕制而成，线圈1结构是多层圆筒式；而铁芯2则由多块硅钢片叠积而成，其外轮廓呈长方体，且铁芯2中没有设置气隙。

如图3所示，铁芯2的两端均伸出线圈1外，铁芯2的两端上均开设有沿铁芯2的叠厚方向贯穿整个铁芯2的穿心孔3。拉杆螺栓5则将铁芯2的两端分别固定在两个支承座，即支承架6上。此外，拉杆螺栓5为不导磁螺栓，其上端部可装配绝缘子，用来安装固定线圈1的进出引线。如图5所示，支承架6安装在车体7上，铁芯2即呈卧式安装。铁芯2与支承架之间放置有垫块8来隔离。垫块8由绝缘材料制成。铁芯2、线圈1、角撑条4、支承架6、拉杆螺栓5以及垫块8通过真空压力浸漆形成整体结构。

如图4所示，本实施例中，沿铁芯2的长度方向铁芯2的两端与线圈1的端部的距离其中K在0.8～2范围内取值；S为铁芯的横截面积，按实际生产情况，S一般可在500～90000mm²范围内取值，优选为500～70000mm²。根据L取值的变化，电抗器的电感亦随之变化。

以本实施例中的电抗器为例，假设电抗器1、电抗器2和电抗器3均为本实施例中的电抗器，各电抗器的线圈匝数为170匝，流经电流I＝65A，线圈尺寸一致，铁芯截面的形状一致，且铁芯的两端与线圈端部之间的间距L分别为12mm(电抗器1)、35mm(电抗器2)和60mm(电抗器3)，各电抗器的磁场的边界条件一致。随着L的取值变化，电抗器的电感变化结果见表2。

表2电抗器的电感变化结果

显然，在一定范围内，随着L取值的增大，电抗器的电感持续增大，且本实施例中的电抗器的产生电感明显大于空心电抗器的产生电感，本实施例中的电抗器的电磁性能较空心电抗器更为优异。

以上详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，更改实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种新型电抗器，其特征是：包括通过真空压力浸漆形成整体结构的铁芯、线圈、角撑条、支承座、拉杆螺栓以及垫块；所述铁芯呈卧式布置，所述线圈绕设在铁芯上；所述铁芯是无隙无轭铁芯，铁芯的两端均伸出线圈端部，且铁芯的两端均设有贯穿整个铁芯叠厚的穿心孔；所述角撑条至少为四条，设在铁芯与线圈之间并绕铁芯的周向均匀布置；所述支承座为两个，两个所述支承座分别位于铁芯的两端；所述垫块由绝缘材料制成，处在铁芯与支承座之间；所述拉杆螺栓穿过所述穿心孔、垫块，与支承座连接固定。

2.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述铁芯由0.23～0.5mm的铁心片叠积而成。

3.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述线圈由铝导体或铜导体绕制而成；所述线圈是圆筒式线圈、饼式线圈、连续式线圈或箔式线圈。

4.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述铁芯两端的任一端与线圈端部的距离其中K在0.8～2范围内取值，S为铁芯的横截面积。

5.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述铁芯截面呈矩形、阶梯圆形或椭圆形。

6.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述线圈的外轮廓呈矩形或圆形。

7.根据权利要求1所述的新型电抗器，其特征是：所述角撑条由绝缘材料模压而成。