一种组合磁芯及三相电抗器电感磁芯及三相电抗器的制作方法

1.本实用新型涉及电抗器技术领域，具体涉及一种组合磁芯及三相电抗器电感磁芯及三相电抗器。


背景技术：

2.电抗器也叫电感器，一个导体通电时就会在其所占据的一定空间范围产生磁场，所以所有能载流的电导体都有一般意义上的电感性。然而通电长直导体的电感较小，所产生的磁场不强，因此实际的电抗器是导线绕成螺线管形式，称空心电抗器；有时为了让这只螺线管具有更大的电感，便在螺线管中插入磁芯。电抗分为感抗和容抗，比较科学的归类是感抗器(电感器)和容抗器(电容器)统称为电抗器，然而由于过去先有了电感器，并且被称为电抗器，所以现在人们所说的电容器就是容抗器，而电抗器专指电感器。
3.在一般高功率应用的工业系统中，三相交流电是能源使用效率与稳定性上较佳的一种选择，常见于电动机、压缩机、变频器、逆变器、充电桩与通信电源等。在功率因子修正、电磁噪音抑制与电流纹波控制等因素要求上便常见到三相电抗器之踪影。在三相电抗器的设计规范中，该三组线圈的电感值必须控制在一定的差异范围内。传统习知的三相电抗器的磁路结构为e+e型的磁芯组合模式，透过中间磁柱的中间开气隙或三个接合面以垫片隔出气隙的方式来调整位于中间线圈电感偏高的现象。这个中间线圈电感会偏高的现象是由于中间线圈的磁动势所激发出磁通所走的磁路与外侧的两个线圈的磁动势所激发出磁通所走的磁路不同，且中间线圈激磁所走磁路的磁阻比外侧线圈的较低，磁阻低则电感量就高，故中柱气隙是为了调高中间线圈激磁所走磁路的磁阻以达到调降电感之目的。然而，在气隙边缘磁通会向外扩展，即扩散磁通。这部分磁通是由于气隙磁势而产生，它在磁芯窗口中出现，在高频时会切割窗口中靠近气隙附近的导体造成涡流损耗，进而导致该区域导体的温升过高、减短了电抗器的使用寿命。
4.为解决上述问题，本公司在先前申请的实用新型中揭示了一种三相电抗器的电感平衡磁芯及三相电抗器(cn 209357573 u)，其中三组竖向磁柱均竖向分为多层，每层均为多个磁块呈阵列排布，其中磁柱是呈正方形或长方形的柱状体。在数学几何中有这样的论证：在相同面积的条件下，正方形的周长会比长方形的周长小，而圆形的周长又会比正方形的周长小。由于导线绕一圈与该竖向磁柱的截面几何形状的周长相关，可以得知在前述实用新型专利(cn 209357573 u)中的磁芯结构未能在导线长度的用量上取得减量的效益。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种组合磁芯及三相电抗器电感磁芯及三相电抗器，本实用新型是对现有技术中的磁芯结构组进行改良，将其中磁芯的截面几何形状改成圆形，以取得每一圈最小的导线长度，将导线用量降至最低，从而有效降低成本。
6.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：
7.一种组合磁芯，其特征在于：所述组合磁芯主要由若干圆柱体磁块轴向组合而成。
8.进一步地，所述组合磁芯的两端分别设有端部磁块，所述组合磁芯的端面正对端部磁块的端面中心，其中端部磁块完全覆盖住组合磁芯的端面。
9.进一步地，所述端部磁块的端面为矩形，其中矩形的任一边长均大于组合磁芯的直径。
10.一种三相电抗器电感磁芯，主要由上轭部、下轭部和三个磁芯柱组成的横向“日”字型结构，其特征在于：所述磁芯柱为圆柱体，主要由若干圆柱体磁块轴向组合而成。
11.进一步地，所述上轭部和下轭部均沿长度方向分为三个轭部磁块，三个轭部磁块分别对应三个磁芯柱。
12.进一步地，位于中间的轭部磁块朝向磁芯柱的一侧设有垫片，位于两边的轭部磁块背向磁芯柱的一侧也设有垫片。
13.进一步地，所述轭部磁块的端面为矩形，所述磁芯柱的端面正对轭部磁块的端面中心，其中所述矩形的任一边长均大于磁芯柱的直径。
14.进一步地，所述矩形的任一边长均大于磁芯柱上绕着的线圈的外径。
15.进一步地，所述轭部磁块由若干磁块组合而成。
16.一种三相电抗器，包括上述任一所述的三相电抗器电感磁芯。
17.本实用新型的有益效果为：
18.(1)本实用新型是对现有技术(实用新型公开号cn 209357573 u)中的磁芯结构组进行改良，将其中三组竖向磁柱的截面几何形状改成圆形，以取得每一圈最小的导线长度，如此得以将三组线圈的铜线用量降至最低,从而有效降低三相电抗器的成本。
19.(2)本实用新型将上下轭部大小设置的比磁芯柱端面大，而且全部覆盖磁芯柱端面，上下轭部会增加对线圈磁遮蔽的效果，进而局部增加电感量，实现在不增加线圈圈数的情况下，局部增加电感量。
附图说明
20.图1是组合磁芯的示意图。
21.图2是三相电抗器电感磁芯的正面示意图。
22.图3是三相电抗器电感磁芯的侧面示意图。
23.图4是三相电抗器电感磁芯的横截面示意图。
24.图5是三相电抗器电感磁芯的组装示意图。
25.图6是三相电抗器的正面示意图。
26.图7是三相电抗器的侧面示意图。
27.图中：1、上轭部，2、下轭部，3、磁芯柱，4、垫片，5、线圈，6、圆柱体磁块，7、容置器，8、螺杆。
具体实施方式
28.为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
29.实施例一
30.如图1所示，一种组合磁芯，整体为圆柱体，所述组合磁芯主要由五块圆柱体磁块6
轴向组合而成。其中圆柱体磁块6的具体数量可以根据磁芯的具体需求和大小来确定，增加通用性，圆形的组合磁芯可以减少导线的用量。
31.所述组合磁芯的两端分别设有端部磁块，所述组合磁芯的端面正对端部磁块的端面中心，其中端部磁块完全覆盖住组合磁芯的端面。所述端部磁块为正方形横截面的长方体结构，可以由两块较小的长条形磁块胶合而成，其中正方形横截面的边长大于组合磁芯的直径。较大的端部磁块可以增加对线圈5的磁遮蔽的效果，进而实现在不增加线圈5圈数的情况下，局部增加电感量。
32.实施例二
33.如图2所示，一种三相电抗器电感磁芯，主要由上轭部1、下轭部2和三个磁芯柱3组成的横向“日”字型结构。
34.如图2、3、4所示，所述磁芯柱3为圆柱体，直径为d，主要由五块圆柱体磁块6轴向组合而成，圆柱体磁块6的直径也为d。
35.如图2、4所示，所述上轭部1(下轭部2同上轭部1)均沿长度方向分为三个轭部磁块，三个轭部磁块分别对应三个磁芯柱3。
36.位于中间的轭部磁块朝向磁芯柱3的一侧设有垫片4，为中间磁芯柱3隔出气隙使得三组线圈的电感达平衡状态。其中垫片4产生的气隙位于线圈5的外侧，故气隙边缘的扩散磁通效应对线圈5的影响可降至最低，从而有效降低线圈5上不必要的涡流损耗，增加使用寿命。
37.如图5所示，位于两边的轭部磁块背向磁芯柱3的一侧也设有垫片4，为两侧轭部磁块与中间轭部磁块之间的断差通过补偿，使得整个上轭部1表面形成共平面。其中所述垫片4均为非导磁性材料。
38.如图3、4所示，所述轭部磁块为正方形横截面的长方体结构，由两块长方体磁块胶合而成。其中磁芯柱3的端面正对轭部磁块的端面中心。
39.其中轭部磁块的正方形横截面边长w是大于或等于磁芯柱3直径d的，优选为大于线圈5的外径，且轭部磁块的正方形横截面面积与磁芯柱3端面面积差小于10％。
40.主要是针对线圈5两端开口的散磁场所做的屏蔽考量；若w＝d,则屏蔽效果有限,电感量会稍低；若w>d,则屏蔽效果逐渐曾加,电感量也会逐渐增加。会增加对线圈5磁遮蔽的效果，进而局部增加电感量，实现在不增加线圈5圈数的情况下，局部增加电感量。
41.实施例三
42.一种三相电抗器，如图6、7，包括实施例二中所述的三相电抗器电感磁芯。
43.所述三相电抗器电感磁芯的每个磁芯柱3上均设有线圈5，所述三相电抗器电感磁芯的上下两端各设有一个容置器7，作上下轭部固定用，两个容置器7之间通过螺杆8固定连接。
44.三相电抗器的制作：
45.(1)在进行三相电抗器组立的工作前，须先就各部件如线圈5、各区段磁块(上轭部1、下轭部2、磁芯柱3)、容置器7与螺杆8预做准备。其中，磁块材料的选择、组立堆迭的方式、尺寸与数量等的设计是根据应用条件中的工作频率、最大负载电流与所需电感量来做评估的。在磁块材料的选择上，以软磁金属合金粉芯为主，如铁硅粉芯、铁硅铝粉芯、铁镍粉芯等，如工作频率超过100khz，则锰锌铁氧体磁芯也会是一另种磁块材料的选择。带各区段磁
块堆迭组设计完成，且尺寸定案后，其他的部件(容置器7、螺杆8)才能根据组立上所需的尺寸来进行设计。
46.(2)先对各别区段磁块(上轭部1、下轭部2、磁芯柱3)中的小磁块进行胶合，以完成各区段磁块的固定连接。如图5所示，再安装垫片4，形成共面。
47.(3)待各部件制作完毕后，可先将上下轭部置入容置器7中，并予以胶合固定。再将磁芯柱3分別套入已绕制好的三个线圈5中，并置放于下轭部2之上；随后再将已置入容置器
⑨
中的上轭部1从上方放置于磁芯柱3的上端面相接合。最后再以螺杆8固定连接达到紧配的目的。
48.以上说明仅为本实用新型的应用实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。