環形電抗器及裝置的製作方法
2023-06-18 22:46:38 3
本實用新型涉及電氣系統中的電抗器技術領域，尤其是涉及一種環形電抗器及裝置。
背景技術：
電感具有抑制電流變化的作用，把具有電感作用的繞線式的靜止感應裝置稱為電抗器。為了滿足現代電氣化鐵路提速的要求，作為電氣系統關鍵部件的儲能系統容量越來越大，對儲能系統的直流輸入降壓變換器中電抗器的要求也越來越高。為滿足不斷增大的儲能要求，電抗器的體積與重量也隨之增加。然而，為了便於在電氣系統中的應用，滿足直流輸入降壓變換器中電抗器的儲能要求，需要將電抗器體積與重量控制在可容忍範圍內，同時增大電抗器的儲能容量。
現有技術中，在電氣系統中應用的電抗器按有/無鐵心可分為2種：空心式電抗器即線圈中無鐵心，其磁通全部經空氣閉合；為了使空芯式電抗器具有更大的電感，增大儲能容量，在線圈中插入鐵心或者磁芯，稱鐵心/磁芯電抗器，其磁通全部或大部分經鐵心/磁芯閉合。當鐵心/磁芯式電抗器工作在鐵心/磁芯飽和狀態時，其電感值大大減少。為了防止鐵芯/磁芯飽和，更好的控制電感量，現有技術中在線圈內的鐵芯/磁芯上增加氣隙，並通過調整氣隙大小改變阻抗值。然而，雖然氣隙可以避免在交流大信號或直流偏置下的磁飽和現象，更好地控制電感量。但是，鐵芯/磁芯增加氣隙的同時也加大了漏磁，而且在氣隙降低磁導率的情況下要求線圈圈數較多，相應的損耗也隨之增加。
技術實現要素：
有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種環形電抗器及裝置，以緩解或者降低上述現有技術中由於在鐵芯/磁芯增加氣隙引起的漏磁與損耗增加的技術問題。
第一方面，本實用新型實施例提供了一種環形電抗器，包括磁芯和線圈：
所述磁芯為環形磁芯，所述環形磁芯包括第一磁芯柱和與所述第一磁芯柱對稱的第二磁芯柱，所述第一磁芯柱設置有第一氣隙和第二氣隙，所述第二磁芯柱上設置有第三氣隙和第四氣隙，所述第一氣隙和第二氣隙與第三氣隙和第四氣隙關於所述環形磁芯的中心點對稱；
所述第一磁芯柱上設置有第一線圈，所述第二磁芯柱上設置有第二線圈，所述第一線圈和所述第二線圈關於所述環形磁芯的縱軸線對稱。
結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，所述第一氣隙與所述第三氣隙位於所述環形磁芯的橫軸線上，所述第二氣隙位於所述第一氣隙上方，所述第四氣隙位於所述第三氣隙下方。
結合第一方面或者結合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述第一氣隙、所述第二氣隙、所述第三氣隙和所述第四氣隙的大小相同。
結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，所述第一磁芯柱與所述第二磁芯柱的形狀相同，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的距離為40mm。
結合第一方面或者結合第一方面的第三種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述第一線圈和所述第二線圈通過串聯方式連接。
結合第一方面的第四種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，所述第一線圈和所述第二線圈都通過導線環繞而成，所述第一線圈和所述第二線圈中導線的環繞方向相同。
結合第一方面的第五種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，所述導線的材質為銅。
結合第一方面的第六種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，所述第一線圈和所述第二線圈中相鄰導線之間設置有絕緣層。
結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，所述環形磁芯的材質為鐵基非晶。
第二方面，本實用新型實施例還提供一種電抗器裝置，包括殼體和如第一方面提供的任一種實施方式所述的環形電抗器，所述環形電抗器設置在所述殼體內部。
本實用新型實施例帶來了以下有益效果：本實用新型通過對環形磁芯氣隙結構的設計，加長了磁力線改變方向時的引導磁路，減小了漏磁情況，消除了氣隙與氣隙之間的漏磁，優化了磁場分布，減少了繞組上的磁力線，有效的降低了損耗。
本實用新型的其他特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型實施例提供的環形電抗器的結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的環形電抗器中磁芯的結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例提供的電抗器裝置中的殼體的正面剖視圖；
圖4為本實用新型實施例提供的電抗器裝置中的殼體的左視圖。
圖標：
100-環形磁芯；101-第一磁芯柱；102-第二磁芯柱；201-第一線圈；202-第二線圈；301-第一氣隙；302-第二氣隙；303-第三氣隙；304-第四氣隙；400-通風孔；500-第一側壁；600-第二側壁；700-安裝層；800-減震元件；900-殼體。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
目前，在鐵芯柱或磁芯柱中增加氣隙的同時也加大了漏磁，在磁導率降低後相應的損耗也隨之增加，基於此，本實用新型實施例提供的一種環形電抗器及裝置，可以通過對環形磁芯氣隙結構的設計，加長了磁力線改變方向時的引導磁路，減小了漏磁情況，消除了氣隙與氣隙之間的漏磁，優化了磁場分布，減少了繞組上的磁力線，有效的降低了損耗。
為便於對本實施例進行理解，首先對本實用新型實施例所公開的一種環形電抗器進行詳細介紹，
實施例一：
圖1為本實用新型實施例提供的環形電抗器的結構示意圖，圖2為圖1所示的環形電抗器中磁芯的結構示意圖，如圖1和圖2所示，本實施例提供的環形電抗器，包括磁芯和線圈。
磁芯為環形磁芯100，該環形磁芯100包括第一磁芯柱101和與第一磁芯柱101對稱的第二磁芯柱102。其中，環形磁芯100的材質為鐵基非晶，優選的，在本實用新型提供的實施例中，環形磁芯100採用C型鐵劑非晶磁芯。應當理解，所有可以形成環形磁芯的材質都在本實用新型的保護範圍內。
第一磁芯柱101與第二磁芯柱102的形狀相同，且第一磁芯柱101和第二磁芯柱102的距離為40mm。在本實用新型提供的實施例中，環形磁芯100採用的尺寸：長為94mm、寬為85mm、高為166mm，環形磁芯100的窗口尺寸：長為40mm，寬為85mm、高為112mm。
第一磁芯柱101設置有第一氣隙301和第二氣隙302，第二磁芯柱102上設置有第三氣隙303和第四氣隙304，第一氣隙301和第二氣隙302與第三氣隙303和第四氣隙304關於環形磁芯100的中心點對稱。
其中，如圖2所示，第一磁芯柱101表示環形磁芯100的左側部分，第二磁芯柱102表示環形磁芯100的右側部分。
第一氣隙301與第三氣隙303位於環形磁芯100的橫軸線上，第二氣隙302位於第一氣隙301上方，第四氣隙304位於第三氣隙303下方。優選的，在本實用新型提供的實施例中，第一氣隙301與第二氣隙302的距離等於第三氣隙303與第四氣隙304的距離。
第一氣隙301、第二氣隙302、第三氣隙303和第四氣隙304的大小相同。優選的，在本實用新型提供的實施例中，整個環形磁芯100中的上述四個氣隙大小之和為14mm，且平均分布在上述四個氣隙中。
第一磁芯柱101上設置有第一線圈201，第二磁芯柱102上設置有第二線圈202，其中，第一線圈201和第二線圈202關於環形磁芯100的縱軸線對稱。第一線圈201和第二線圈202通過串聯方式連接。
第一線圈201和第二線圈202都通過導線環繞而成，並且第一線圈201和第二線圈202中導線的環繞方向相同。第一線圈201和第二線圈202環繞匝數相同。優選的，在本實用新型提供的實施例中，第一線圈201和第二線圈202環繞的匝數均為27匝。其中，導線的材質一般為金屬材質，優選的可以為銅。在本實用新型提供的實施例中，導線採用銅帶，銅帶的尺寸為：寬為0.5mm、長為100mm。不過應當理解，所有可以環繞形成線圈的材質都在本實用新型的保護範圍內。
第一線圈201和第二線圈202中相鄰導線之間設置有絕緣層。優選的，在本實用新型提供的實施例中，絕緣層為絕緣紙，絕緣紙尺寸：寬為0.5mm、長為110mm，絕緣紙可以選用NMN絕緣紙。
在本實施例中，通過對環形磁芯氣隙結構的設計，加長了磁力線改變方向時的引導磁路，減小了漏磁情況，消除了氣隙與氣隙之間的漏磁，優化了磁場分布，減少了繞組上的磁力線，有效的降低了損耗。另外，通過設計線圈的結構、導線的尺寸及絕緣結構，從而實現了在保證電感量、能量密度、輸入輸出電氣特性的條件下使電抗器的鐵耗、銅耗較小，溫升在容許範圍內，體積和重量達到最優。
實施例二：
在上述實施例的基礎上，本實用新型還提供了一種電抗器裝置，包括如圖3所示的殼體900和如圖1所示的環形電抗器，環形電抗器設置在殼體900內部。
進一步的，殼體900的第一側壁500和與第一側壁500相對的第二側壁600分別設置有通風孔400。這樣，通過設置相對的通風孔400，使得空氣從一側的通風孔400進入，從另一側的通風孔400排出，形成貫通的散熱通道，有效提高了環形電抗器的散熱性能。
優選的，上述通風孔400可以由多個大小不同的鏤空圓環組成，如圖4所示。
進一步的，殼體900底部的上方水平設置有安裝層700，用於固定安裝環形電抗器。
進一步的，考慮到環形電抗器的振動會通過安裝層700傳遞到殼體900，從而產生噪聲，安裝層700與殼體900底部通過多個減震元件800固定連接。當環形電抗器振動時，減震元件800可以將上述振動吸收隔離，防止因環形電抗器自身振動而傳遞到殼體900，從而達到降噪的目的。
本實用新型實施例提供的電抗器裝置，與上述實施例提供的環形電抗器具有相同的技術特徵，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。
本實用新型實施例所提供的環形電抗器及裝置可以為設備上的特定硬體或者安裝於設備上的軟體或固件等。本實用新型實施例所提供的裝置，其實現原理及產生的技術效果和前述方法實施例相同，為簡要描述，裝置實施例部分未提及之處，可參考前述方法實施例中相應內容。所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，前述描述的系統、裝置和單元的具體工作過程，均可以參考上述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
在本實用新型所提供的實施例中，應該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過其它的方式實現。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。
所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。
另外，在本實用新型實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
所述功能如果以軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本實用新型的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
最後應說明的是：以上所述實施例，僅為本實用新型的具體實施方式，用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制，本實用新型的保護範圍並不局限於此，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型實施例技術方案的精神和範圍，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。