一种抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造
【技术领域】
[0001]本发明提出一种抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，涉及变压器、互感器等电能变换领域。
【背景技术】
[0002]磁场在人类的科技生活中起着举足轻重的作用，有效的磁能利用和传输一直以来是科技界研究的重点。变压器应用电磁感应原理工作，当向变压器一次侧施加交流电压Up流过一次绕组的电流为Ii，则该电流在铁芯中会产生交变磁通，通过连接一次侧和二次侧的铁芯使一次绕组和二次绕组发生电磁关联，将一次侧的磁能传输到二次侧，二次绕组将感应出电动势。电压互感器和电流互感器也工作于相同的原理。这类电能变换设备的效能取决于铁芯传输交变磁场的效率。为实现交流磁场的高效传输，一种有效的途径是提高铁芯对交流磁场磁通线的约束能力，减少漏磁通。传统铁芯一般都是由高磁导率的电工材料经过一定的工艺制作而成，其电磁性能基本都是各向同性的，难以将磁通线约束到传输方向上，进而引起漏磁，导致大量磁能被耗散。如果能够构造一种强各向异性的铁芯结构，磁导率在传输方向上大，而在与传输方向垂直的方向上小，这样交流磁场的磁通线将被约束至传输方向上，在其他方向上的漏磁将会被大大抑制。这种具有强各向异性磁导率性质的铁芯结构有望大幅提尚传输交流磁场的效率。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种用于抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，其基本思想是利用超导体的抗磁性和铁磁体的聚磁性这两种截然相反的磁性质形成一种具有强各向异性的传输介质，达到抑制漏磁约束磁通线路径的效果，从而实现二次侧线圈接收磁能的最大化。
[0004]本发明解决其技术问题采用的方案如下:
[0005]一种抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，用在包括交流变压器和互感器等磁交变装置中抑制漏磁提高交变磁场传输效率。在磁交变装置中:初级线圈2绕在铁芯1的一端，并且经过初级线圈接头3与交流电源相连；次级线圈5绕在铁芯1的另一端，通过外接引线7与负载相连。铁芯1上未被线圈包覆的部分是由超导层401与铁磁层402交替叠绕而成的超导体-铁磁体异质结构屏蔽层4。其中，超导层401是由高温超导材料制成，铁磁层402是普通的低电阻高磁导率的电工材料。
[0006]磁能收发部分:铁芯1、初级线圈2、次级线圈5以及交流电源共同组成了磁能收发部分。初级线圈2螺旋紧绕在铁芯1的一端，并由接头3和交流电源连接，次级线圈5螺旋紧绕在铁芯1的另一端，初级线圈2产生的交变磁场经铁芯1在次级线圈5感应出交变电流。
[0007]超导体-铁磁体异质结构屏蔽层:超导层401和铁磁层402两种不同材料组成了磁能屏蔽层4。超导层401是由高温超导材料制成，铁磁层402是普通低电阻高磁导率电工材料。铁磁层402在内层，超导层401在外层，交替重叠包裹铁芯1的中间部分，磁能屏蔽层4由扎带6固定。超导层401可由若干超导带材短样用低温绝缘胶带纵向并排拼接而成，也可沿铁芯1的周向与铁磁层一起裹绕而成。
[0008]磁能传输测量:利用示波器观察初级线圈2和次级线圈5中的电流变化。一个电流探头夹住初级线圈回路的一段，另外一个电流探头夹住次级回路的一段，装置工作时，通过示波器即能测出磁能的传输效率(初级输入电流与次级接受电流的幅值比)。
[0009]与现有技术相比，本发明的有益效果是:利用超导体的抗磁性和铁磁体的聚磁性构成了一个强各向异性强的磁能屏蔽层，磁能被压制在铁芯内部，可以有效降低漏磁，提高磁能的传输效率(见实证图5)。采用本发明制作的装置不需要改变原有变压器或互感器的结构就能实现传能效率的提升。
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0011]图1为整个交流磁能传输形装置的示意图(直线形)。
[0012]图2为异质结构屏蔽层展开示意图。
[0013]图3为磁能传输示意图。
[0014]图4为本发明采用环形结构的实施例结构图。
[0015]图5为实验验证结果图。
【具体实施方式】
[0016]以下描述的是结合附图对本发明的详细说明，而不应该理解为对本发明的限定。以下的实施方式是以直线形为例，另外还有环形、圆形等其他结构，但它们的实施方式都是一致的。
[0017]由附图.1示出，本发明的【具体实施方式】是:
[0018]初级线圈2绕在圆柱形铁芯1 一端，经过初级线圈接头3与交流电源相连，次级线圈5绕在铁芯1的另一端，通过外接引线7与负载相连，超导层401与铁磁层402交替叠绕而成的超导体-铁磁体异质结构屏蔽层4包裹铁芯1未绕制线圈的中间部分，并用扎带6固定，初级线圈2在交流电源的作用下激发交变磁场，经过传输路径铁芯1和屏蔽层4的约束作用，在次级线圈5中感应出交变电流。
[0019]附图2给出了超导体-铁磁体异质结构屏蔽层4的结构。超导层401由若干长度相同的矩形超导带材短样用低温绝缘胶带纵向并排拼接而成，相邻两段之间有微小重叠部分以保证在包裹时减小超导层401的间隙，铁磁层402的形状与超导层401 —致，铁磁层402在内层，超导层401在外层，紧密贴合成一个整体，充分发挥超导层401的抗磁性和铁磁层402的聚磁性，从而达到高效约束磁场的功能。
[0020]附图3给出了磁能传输示意图，初级线圈2中产生的磁场在经过铁芯1传输时，本来是存在漏磁的，但是由于超导层401的抗磁性和铁磁层402的聚磁性使得磁场被约束，只沿铁芯的路径传输至次级线圈5。
[0021]附图4为本发明采用环形结构的实施例结构图。通入交流电的环形结构初级线圈8绕在环形铁芯10的一边，磁场经环形铁芯10，在环形结构屏蔽层9的约束下，在环形结构次级线圈11中感应出电流。该环形结构的工作原理和各部分材料都与直线形一致，只是这种结构的磁路封闭，次级的接收效果更好，装置性能更优。
[0022]利用所述磁能传输测量方法，附图5为本发明传输效能的实验验证图。图中蓝色曲线为加超导体-铁磁体异质结构屏蔽层的铁芯传输效率，黑色曲线为传统的纯铁芯结构的传输效率。此图表明，加超导体-铁磁体异质结构屏蔽层后，铁芯传输体的传能效率提高约 50%。
【主权项】
1.一种抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，用在包括交流变压器和互感器等磁交变装置中抑制漏磁提高交变磁场传输效率，在磁交变装置中:初级线圈(2)绕在铁芯(1)的一端，并且经过初级线圈接头(3)与交流电源相连；次级线圈(5)绕在铁芯(1)的另一端，通过外接引线(7)与负载相连；其特征在于，铁芯(1)上未被线圈包覆的部分具有由超导层(401)与铁磁层(402)交替叠绕而成的超导体-铁磁体异质结构屏蔽层(4)。2.根据权利要求1所述的抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，其特征在于，屏蔽层(4)是由超导层(401)和铁磁层(402)交替叠绕而成。3.根据权利要求1所述的抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，其特征在于，所用的超导层(401)是由高温超导材料制成，且工作在液氮或制冷机所冷却的某一温区。4.根据权利要求1或3所述的抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，其特征在于，屏蔽层(4)中的超导层(401)由低温绝缘胶带将超导短样无缝接成长条状或沿铁芯(1)的周向随铁磁层一起裹绕。5.根据权利要求1所述的抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，其特征在于，磁能传输装置的结构可为线形、环形或其他外形结构。
【专利摘要】本发明公开了一种抑制漏磁提高交变磁场传输效率的构造，基于变压器或互感器的总体结构,采用该构造制作的磁能传输装置的结构是:初级线圈(2)绕在铁芯(1)的一端，并且经过初级线圈接头(3)与交流电源相连；次级线圈(5)绕在铁芯(1)的另一端，通过外接引线(7)与负载相连。铁芯(1)上未被线圈包覆的部分具有由超导层(401)与铁磁层(402)交替叠绕而成的超导体-铁磁体异质结构屏蔽层(4)。本发明可以有效抑制传统变压器的铁芯漏磁问题，提升变压器的传输效率，同时可以提高电流(压)互感器的测量精度。
【IPC分类】H01F38/14, H01F27/36, H05K9/00
【公开号】CN105355400
【申请号】CN201510915796
【发明人】马光同, 周鹏博, 王志涛
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年12月10日