专利名称：内置式永磁偏置铁磁导体的制作方法
内置式永磁偏置铁磁导体技术领域内置式永磁偏置铁磁导体，是一种新型的电磁部件，属于电工技术中电力设备技术领域。
技术背景高压、低压电器设备中有不少带线圈和铁心的电磁式电器，与本发明有关的如电磁式电 流互感器(测量电流用)、铁心式限流电抗器(限制短路电流用)、串联电抗器(限制合闸 电容器组涌流用)、磁饱和式故障电流限制器(限制短路电流用)等。在这些设备中，铁心 对设备的性能及经济性有重要影响，这里所提的经济性应包括产品的价格和减少其他附加的 设备价格、占地费用(特别是大型高压设备)以及运行费用、供电质量等。而铁心用量的减 少常又会使线圈铜的用量减少从而再提高其经济性。在以往的电磁电器产品中，无论是由一叠铁磁导体构成的圆环型、开口铁心或由几个铁 磁导体构成的框型的铁心结构都是由单一种铁磁材料(冷轧硅钢片等)构成，再围绕铁心绕 上或套上线圈就构成这些电器的主要部分。本发明的内容是将上述作为铁心的铁磁导体由单 一材料改为为用永久磁铁块和一般铁磁材料的叠片两种部件构成，再在外面绕上或套上线圈。 发明人称这种新型的铁磁导体为"内置式永磁偏置铁磁导体"。其屮"永磁偏置"指在线圈 中没有电流时，由于永磁的作用，铁磁导体中就有或多或少的磁感应强度。"内置"则指永 磁是夹放在铁磁体内而非体外。除了饱和电抗器式故障电流限制器中，其他电器如电磁式互感器、铁心式限流电抗器、 串流电抗器等设备中迄今尚未发现使用永磁偏置结构的产品。现有的使用永磁偏置结构的磁 饱和式故障电流限制器，永磁体是外置式的，如附图l中的示意图所示。附图l是现有的永 磁式磁饱和故障电流限制器结构示意图。该图为产品的正视图，在图中，l为日字形磁铁，2 为在线圈外的永久磁铁使铁磁体形成磁偏置。3为线圈，共两个，两个线圈中间上部的横线为 线圈间的连线，使两个线圈形成串联连接。I为线圈的两个出线，使限流器串在电路中间。这 种结构，为了引入永磁的偏置作用，不能使用简单低价的框型导磁体，而需要加装大截面的 (因为永磁材料的饱和磁密比冷轧硅钢片的低1/2)磁导体，因而多用了很多铁磁材料)。 同时，两个线圈只能各在正负半波电流中交替起作用，因而导线的利用率也很低。至于与当 前世界上普遍研发、推荐的串联谐振式故障电流限制器相比较，因为有可能减少甚至省去昂 贵的串联电容器及其检测、控制和保护设备，因而会有重要的经济意义
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的内置式永磁偏置铁磁导体电磁部件。 内置式永磁偏置铁磁导体，包括两块由普通铁磁材料构成的横截面为长方形的磁导体、 两块(或以上)永久磁铁以及一个(或几个)线圈。两块由普通铁磁材料构成的横截面为长 方形的磁导体中间隔开，在上下两端各装永久磁铁，首尾相接组成框型的、开口型的铁心或 圆环型的铁心；永久磁铁安装的极性方向左右相反；线圈绕在整个铁磁导体外，各个线圈互 相串联。它的典型结构有二种，如下(1) 直线型内置式永磁偏置铁磁导体直线型内置式永磁偏置铁磁导体，结构示意图见附图2。图2是直线型内置式永磁偏置 铁磁导体结构示意图。在图中，2为两块由普通铁磁材料叠成的横截面为长方形的磁导体， 两块磁导体中间隔开一定距离，在上下两端各装一块永久磁铁。由这样四块部件首尾相接， 就可以组成框型的铁心。由于磁铁的安装的极性方向左右相反，就会使铁磁导体中通过一定 磁通(或具有一定磁密)，这一现象称为磁偏置。图中3是绕在整个铁磁导体外的线圈，各 个线圈互相串联。根据具体情况，也可以只要两个线圈。这样，在线圈内没有电流的情况下， 铁磁导体内磁通就不是零，而是根据不同的电器选择适当的磁密。对电磁式电流互感器应用内置式永磁偏置铁磁导体可选择工作点处于接近最大磁导率处 (一般铁磁材料如硅钢片在磁密小时磁导率偏小，而在磁密约在0.8特斯拉时，磁导率可以 高出几倍)，使互感器的最主要指标一量测误差减小很多。特别要提出的是，对于通用的电 流互感器在小电流(如5%、 10%额定电流)时，因磁密常特别低而误差更大，这常是互感器 设计的难点。而对于用本发明构成的互感器在此情况下，磁导率仍然很高，在很小电流甚至 小于5%以下电流时的误差与较大电流时也会没有多少差别，这可以提高在大电网中电能计量 的准确度，因而具有重要的经济意义。此外，这对于降低电流互感器价格也会起相当作用。对于永磁饱和式故障电流限制器，则是在电力线路正常时使两侧铁磁材料都处于饱和状 态(饱和方向相反)，铁磁体饱和，电感很小，对电网影响(包括电压降落和无功损耗)很 小。而在线路出现大的短路电流时，由于两侧铁磁材料饱和方向相反，因此，必然有一侧铁 磁体的工作点会脱离饱和区进入不饱和区，磁导率大幅度增加，电感也急增，从而达到限制 短路电流的作用。由于线圈是套在两侧铁磁体上，因此在电流正负半波均会起作用， 一个线 圈会起外置式永磁式故障电流限制器两个线圈的作用。因而可以降低产品的材料消耗和降低 产品价格。此外，也可以构成开口的内置式永磁偏置开口电磁铁结构。(2) 圆环型内置式永磁偏置铁磁导体圆环型内置式永磁偏置铁磁导体见附图3，其结构原理和优点与直线型的相同，只是将 直线形结构改为一个封闭圆环而已。
本发明应用于不同电器，可节约材料，降低有功、无功损耗，简化结构，增加可靠性； 具有重要的技术和经济意义。
图1是现有的外置永磁式磁饱和故障电流限制器结构示意图。 图2是直线型内置式永磁偏置铁磁导体结构示意图。图3是圆环形永磁偏置铁磁导体的结构示意图；其中(a)为正视图，(b)为侧视图。 图4是方框型内置式永磁偏置铁磁导体构成的一种电器结构示意图；其中，图4 (a)是 该种电器的正视图，图4 (b)是套有线圈处上端的横截面图。
具体实施方式
下面通过几个应用举例来进一步说明本发明。图2是直线型内置式永磁偏置铁磁导体结构示意图。图中l为两块永久磁铁，极性左右 相反，2为铁磁材料构成的磁导体，3为围绕铁磁导体的线圈。l与2形成磁回路，从而在硅 钢片中呈现偏置磁场。应用4块直线型偏置铁磁导体可组成一个方框形磁铁。也可应用l块 组成开路式的铁心。当然也可以应用多块永磁体分布放置。图3是圆环型永磁偏置铁磁导体的结构示意图，其中(a)为正视图，(b)为侧视图。 该装置有两块永久磁铁l，圆环形的铁磁导体2也有两组。两块永久磁铁1极性左右相反， 夹置在圆环形铁心2两端。这四块部件首尾相接组成一个封闭圆形的铁心。此种结构的磁偏 置原理与直线型类似。当然也可以应用多块永磁体分布放置。实施例1用方框形内置式永磁偏置铁磁导体构成的电流互感器或故障电流限制器用方框形内置式永磁偏置铁磁导体构成的电流互感器或故障电流限制器的原理性结构见 附图4。图4 (a)是该种电器的正视图。图中1是线圈，共两个，串联连接；2是方框型内置式 永磁偏置铁磁导体。图4 (b)是电器一侧套有线圈处上端的横截面图。在图中，l是线圈，2是永久磁铁块， 3为两个铁磁导体，夹在永久磁铁两侧。实施例2圆环型用于电流互感器、故障电流限制器和串联电抗器圆环型结构也可以用于电流互感器、故障电流限制器和串联电抗器。其结构与上述类似， 此处不再赘述。本发明结构简化，节约材料，降低损耗，增加可靠性，具有重要应用意义。
权利要求
1、内置式永磁偏置铁磁导体，其特征在于，该铁磁导体包括两块由普通铁磁材料叠成的横截面为长方形的磁导体、两块永久磁铁以及线圈；两块由普通铁磁材料叠成的横截面为长方形的磁导体中间隔开，在上下两端各装一块永久磁铁，由这四块部件首尾相接组成框型的铁心；永久磁铁安装的极性方向左右相反；线圈绕在整个铁磁导体外，各个线圈互相串联。
2、 根据权利要求1所述的内置式永磁偏置铁磁导体，其特征在于，所述内置式永磁偏置 铁磁导体由两块永久磁铁、两块由普通铁磁材料叠成的横截面为长方形的磁导体，四块部件 首尾相接，组成一个开口的或封闭的圆环型的铁心；线圈套在铁心上。
全文摘要
内置式永磁偏置铁磁导体，是可应用于电工技术、电力设备领域的一种新型部件。本发明包括两块由普通铁磁材料构成的横截面为长方形的磁导体、两块(或以上)永久磁铁以及一个(或几个)线圈。两块由普通铁磁材料构成的横截面为长方形的磁导体中间隔开，在上下两端各装一块永久磁铁，由这四块部件首尾相接组成框型的、开口型的铁心或圆环型的铁心；永久磁铁安装的极性方向左右相反；线圈绕在整个铁磁导体外，各个线圈互相串联。本发明应用于不同电器，可节约材料，降低有功、无功损耗，简化结构，增加可靠性；具有重要的技术和经济意义。
文档编号H01F41/02GK101118800SQ200710118469
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月6日 优先权日2007年7月6日
发明者徐国政, 钱家骊, 彬 韩 申请人:清华大学