一種抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造
【技術領域】
[0001]本發明提出一種抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，涉及變壓器、互感器等電能變換領域。
【背景技術】
[0002]磁場在人類的科技生活中起著舉足輕重的作用，有效的磁能利用和傳輸一直以來是科技界研究的重點。變壓器應用電磁感應原理工作，當向變壓器一次側施加交流電壓Up流過一次繞組的電流為Ii，則該電流在鐵芯中會產生交變磁通，通過連接一次側和二次側的鐵芯使一次繞組和二次繞組發生電磁關聯，將一次側的磁能傳輸到二次側，二次繞組將感應出電動勢。電壓互感器和電流互感器也工作于相同的原理。這類電能變換設備的效能取決于鐵芯傳輸交變磁場的效率。為實現交流磁場的高效傳輸，一種有效的途徑是提高鐵芯對交流磁場磁通線的約束能力，減少漏磁通。傳統鐵芯一般都是由高磁導率的電工材料經過一定的工藝制作而成，其電磁性能基本都是各向同性的，難以將磁通線約束到傳輸方向上，進而引起漏磁，導致大量磁能被耗散。如果能夠構造一種強各向異性的鐵芯結構，磁導率在傳輸方向上大，而在與傳輸方向垂直的方向上小，這樣交流磁場的磁通線將被約束至傳輸方向上，在其他方向上的漏磁將會被大大抑制。這種具有強各向異性磁導率性質的鐵芯結構有望大幅提尚傳輸交流磁場的效率。

【發明內容】

[0003]本發明旨在提供一種用于抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，其基本思想是利用超導體的抗磁性和鐵磁體的聚磁性這兩種截然相反的磁性質形成一種具有強各向異性的傳輸介質，達到抑制漏磁約束磁通線路徑的效果，從而實現二次側線圈接收磁能的最大化。
[0004]本發明解決其技術問題采用的方案如下:
[0005]一種抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，用在包括交流變壓器和互感器等磁交變裝置中抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率。在磁交變裝置中:初級線圈2繞在鐵芯1的一端，并且經過初級線圈接頭3與交流電源相連；次級線圈5繞在鐵芯1的另一端，通過外接引線7與負載相連。鐵芯1上未被線圈包覆的部分是由超導層401與鐵磁層402交替疊繞而成的超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層4。其中，超導層401是由高溫超導材料制成，鐵磁層402是普通的低電阻高磁導率的電工材料。
[0006]磁能收發部分:鐵芯1、初級線圈2、次級線圈5以及交流電源共同組成了磁能收發部分。初級線圈2螺旋緊繞在鐵芯1的一端，并由接頭3和交流電源連接，次級線圈5螺旋緊繞在鐵芯1的另一端，初級線圈2產生的交變磁場經鐵芯1在次級線圈5感應出交變電流。
[0007]超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層:超導層401和鐵磁層402兩種不同材料組成了磁能屏蔽層4。超導層401是由高溫超導材料制成，鐵磁層402是普通低電阻高磁導率電工材料。鐵磁層402在內層，超導層401在外層，交替重疊包裹鐵芯1的中間部分，磁能屏蔽層4由扎帶6固定。超導層401可由若干超導帶材短樣用低溫絕緣膠帶縱向并排拼接而成，也可沿鐵芯1的周向與鐵磁層一起裹繞而成。
[0008]磁能傳輸測量:利用示波器觀察初級線圈2和次級線圈5中的電流變化。一個電流探頭夾住初級線圈回路的一段，另外一個電流探頭夾住次級回路的一段，裝置工作時，通過示波器即能測出磁能的傳輸效率(初級輸入電流與次級接受電流的幅值比)。
[0009]與現有技術相比，本發明的有益效果是:利用超導體的抗磁性和鐵磁體的聚磁性構成了一個強各向異性強的磁能屏蔽層，磁能被壓制在鐵芯內部，可以有效降低漏磁，提高磁能的傳輸效率(見實證圖5)。采用本發明制作的裝置不需要改變原有變壓器或互感器的結構就能實現傳能效率的提升。
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的描述。
【附圖說明】
[0011]圖1為整個交流磁能傳輸形裝置的示意圖(直線形)。
[0012]圖2為異質結構屏蔽層展開示意圖。
[0013]圖3為磁能傳輸示意圖。
[0014]圖4為本發明采用環形結構的實施例結構圖。
[0015]圖5為實驗驗證結果圖。
【具體實施方式】
[0016]以下描述的是結合附圖對本發明的詳細說明，而不應該理解為對本發明的限定。以下的實施方式是以直線形為例，另外還有環形、圓形等其他結構，但它們的實施方式都是一致的。
[0017]由附圖.1示出，本發明的【具體實施方式】是:
[0018]初級線圈2繞在圓柱形鐵芯1 一端，經過初級線圈接頭3與交流電源相連，次級線圈5繞在鐵芯1的另一端，通過外接引線7與負載相連，超導層401與鐵磁層402交替疊繞而成的超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層4包裹鐵芯1未繞制線圈的中間部分，并用扎帶6固定，初級線圈2在交流電源的作用下激發交變磁場，經過傳輸路徑鐵芯1和屏蔽層4的約束作用，在次級線圈5中感應出交變電流。
[0019]附圖2給出了超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層4的結構。超導層401由若干長度相同的矩形超導帶材短樣用低溫絕緣膠帶縱向并排拼接而成，相鄰兩段之間有微小重疊部分以保證在包裹時減小超導層401的間隙，鐵磁層402的形狀與超導層401 —致，鐵磁層402在內層，超導層401在外層，緊密貼合成一個整體，充分發揮超導層401的抗磁性和鐵磁層402的聚磁性，從而達到高效約束磁場的功能。
[0020]附圖3給出了磁能傳輸示意圖，初級線圈2中產生的磁場在經過鐵芯1傳輸時，本來是存在漏磁的，但是由于超導層401的抗磁性和鐵磁層402的聚磁性使得磁場被約束，只沿鐵芯的路徑傳輸至次級線圈5。
[0021]附圖4為本發明采用環形結構的實施例結構圖。通入交流電的環形結構初級線圈8繞在環形鐵芯10的一邊，磁場經環形鐵芯10，在環形結構屏蔽層9的約束下，在環形結構次級線圈11中感應出電流。該環形結構的工作原理和各部分材料都與直線形一致，只是這種結構的磁路封閉，次級的接收效果更好，裝置性能更優。
[0022]利用所述磁能傳輸測量方法，附圖5為本發明傳輸效能的實驗驗證圖。圖中藍色曲線為加超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層的鐵芯傳輸效率，黑色曲線為傳統的純鐵芯結構的傳輸效率。此圖表明，加超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層后，鐵芯傳輸體的傳能效率提高約 50%。
【主權項】
1.一種抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，用在包括交流變壓器和互感器等磁交變裝置中抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率，在磁交變裝置中:初級線圈(2)繞在鐵芯(1)的一端，并且經過初級線圈接頭(3)與交流電源相連；次級線圈(5)繞在鐵芯(1)的另一端，通過外接引線(7)與負載相連；其特征在于，鐵芯(1)上未被線圈包覆的部分具有由超導層(401)與鐵磁層(402)交替疊繞而成的超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層(4)。2.根據權利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，其特征在于，屏蔽層(4)是由超導層(401)和鐵磁層(402)交替疊繞而成。3.根據權利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，其特征在于，所用的超導層(401)是由高溫超導材料制成，且工作在液氮或制冷機所冷卻的某一溫區。4.根據權利要求1或3所述的抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，其特征在于，屏蔽層(4)中的超導層(401)由低溫絕緣膠帶將超導短樣無縫接成長條狀或沿鐵芯(1)的周向隨鐵磁層一起裹繞。5.根據權利要求1所述的抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，其特征在于，磁能傳輸裝置的結構可為線形、環形或其他外形結構。
【專利摘要】本發明公開了一種抑制漏磁提高交變磁場傳輸效率的構造，基于變壓器或互感器的總體結構,采用該構造制作的磁能傳輸裝置的結構是:初級線圈(2)繞在鐵芯(1)的一端，并且經過初級線圈接頭(3)與交流電源相連；次級線圈(5)繞在鐵芯(1)的另一端，通過外接引線(7)與負載相連。鐵芯(1)上未被線圈包覆的部分具有由超導層(401)與鐵磁層(402)交替疊繞而成的超導體-鐵磁體異質結構屏蔽層(4)。本發明可以有效抑制傳統變壓器的鐵芯漏磁問題，提升變壓器的傳輸效率，同時可以提高電流(壓)互感器的測量精度。
【IPC分類】H01F38/14, H01F27/36, H05K9/00
【公開號】CN105355400
【申請號】CN201510915796
【發明人】馬光同, 周鵬博, 王志濤
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月10日