环形电抗器及装置

摘要

本发明提供了一种环形电抗器及装置，涉及电抗器的技术领域，包括磁芯和线圈，磁芯为环形磁芯，该环形磁芯包括第一磁芯柱和与第一磁芯柱对称的第二磁芯柱，第一磁芯柱设置有第一气隙和第二气隙，第二磁芯柱上设置有第三气隙和第四气隙，第一气隙和第二气隙与第三气隙和第四气隙关于环形磁芯的中心点对称；第一磁芯柱上设置有第一线圈，第二磁芯柱上设置有第二线圈，第一线圈和第二线圈关于环形磁芯的纵轴线对称。本发明通过对环形磁芯气隙结构的设计，加长了磁力线改变方向时的引导磁路，减小了漏磁情况，消除了气隙与气隙之间的漏磁，优化了磁场分布，减少了绕组上的磁力线，有效的降低了损耗。

权利要求

1.一种环形电抗器，包括磁芯和线圈，其特征在于：

所述磁芯为环形磁芯，所述环形磁芯包括第一磁芯柱和与所述第一磁芯柱对称的第二磁芯柱，所述第一磁芯柱设置有第一气隙和第二气隙，所述第二磁芯柱上设置有第三气隙和第四气隙，所述第一气隙和第二气隙与第三气隙和第四气隙关于所述环形磁芯的中心点对称且关于所述环形磁芯的纵轴线不对称；

所述第一磁芯柱上设置有第一线圈，所述第二磁芯柱上设置有第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈关于所述环形磁芯的纵轴线对称；

所述第一气隙与所述第三气隙位于所述环形磁芯的横轴线上，所述第二气隙位于所述第一气隙上方，所述第四气隙位于所述第三气隙下方。

2.根据权利要求1所述的环形电抗器，其特征在于，所述第一气隙、所述第二气隙、所述第三气隙和所述第四气隙的大小相同。

3.根据权利要求1所述的环形电抗器，其特征在于，所述第一磁芯柱与所述第二磁芯柱的形状相同，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的距离为40mm。

4.根据权利要求1或3所述的环形电抗器，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈通过串联方式连接。

5.根据权利要求4所述的环形电抗器，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈都通过导线环绕而成，所述第一线圈和所述第二线圈中导线的环绕方向相同。

6.根据权利要求5所述的环形电抗器，其特征在于，所述导线的材质为铜。

7.根据权利要求6所述的环形电抗器，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈中相邻导线之间设置有绝缘层。

8.根据权利要求1所述的环形电抗器，其特征在于，所述环形磁芯的材质为铁基非晶。

9.一种电抗器装置，其特征在于，包括壳体和如权利要求1-8中任一项所述的环形电抗器，所述环形电抗器设置在所述壳体内部。

说明书

环形电抗器及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电气系统中的电抗器技术领域，尤其是涉及一种环形电抗器及装置。

背景技术

[0002] 电感具有抑制电流变化的作用，把具有电感作用的绕线式的静止感应装置称为电抗器。为了满足现代电气化铁路提速的要求，作为电气系统关键部件的储能系统容量越来越大，对储能系统的直流输入降压变换器中电抗器的要求也越来越高。为满足不断增大的储能要求，电抗器的体积与重量也随之增加。然而，为了便于在电气系统中的应用，满足直流输入降压变换器中电抗器的储能要求，需要将电抗器体积与重量控制在可容忍范围内，同时增大电抗器的储能容量。

[0003] 现有技术中，在电气系统中应用的电抗器按有/无铁心可分为2种：空心式电抗器即线圈中无铁心，其磁通全部经空气闭合；为了使空芯式电抗器具有更大的电感，增大储能容量，在线圈中插入铁心或者磁芯，称铁心/磁芯电抗器，其磁通全部或大部分经铁心/磁芯闭合。当铁心/磁芯式电抗器工作在铁心/磁芯饱和状态时，其电感值大大减少。为了防止铁芯/磁芯饱和，更好的控制电感量，现有技术中在线圈内的铁芯/磁芯上增加气隙，并通过调整气隙大小改变阻抗值。然而，虽然气隙可以避免在交流大信号或直流偏置下的磁饱和现象，更好地控制电感量。但是，铁芯/磁芯增加气隙的同时也加大了漏磁，而且在气隙降低磁导率的情况下要求线圈圈数较多，相应的损耗也随之增加。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环形电抗器及装置，以缓解或者降低上述现有技术中由于在铁芯/磁芯增加气隙引起的漏磁与损耗增加的技术问题。

[0005] 第一方面，本发明实施例提供了一种环形电抗器，包括磁芯和线圈：

[0006] 所述磁芯为环形磁芯，所述环形磁芯包括第一磁芯柱和与所述第一磁芯柱对称的第二磁芯柱，所述第一磁芯柱设置有第一气隙和第二气隙，所述第二磁芯柱上设置有第三气隙和第四气隙，所述第一气隙和第二气隙与第三气隙和第四气隙关于所述环形磁芯的中心点对称；

[0007] 所述第一磁芯柱上设置有第一线圈，所述第二磁芯柱上设置有第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈关于所述环形磁芯的纵轴线对称。

[0008] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述第一气隙与所述第三气隙位于所述环形磁芯的横轴线上，所述第二气隙位于所述第一气隙上方，所述第四气隙位于所述第三气隙下方。

[0009] 结合第一方面或者结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一气隙、所述第二气隙、所述第三气隙和所述第四气隙的大小相同。

[0010] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一磁芯柱与所述第二磁芯柱的形状相同，所述第一磁芯柱和所述第二磁芯柱的距离为40mm。

[0011] 结合第一方面或者结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一线圈和所述第二线圈通过串联方式连接。

[0012] 结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一线圈和所述第二线圈都通过导线环绕而成，所述第一线圈和所述第二线圈中导线的环绕方向相同。

[0013] 结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述导线的材质为铜。

[0014] 结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第一线圈和所述第二线圈中相邻导线之间设置有绝缘层。

[0015] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述环形磁芯的材质为铁基非晶。

[0016] 第二方面，本发明实施例还提供一种电抗器装置，包括壳体和如第一方面提供的任一种实施方式所述的环形电抗器，所述环形电抗器设置在所述壳体内部。

[0017] 本发明实施例带来了以下有益效果：本发明通过对环形磁芯气隙结构的设计，加长了磁力线改变方向时的引导磁路，减小了漏磁情况，消除了气隙与气隙之间的漏磁，优化了磁场分布，减少了绕组上的磁力线，有效的降低了损耗。

[0018] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

[0019] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0020] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0021] 图1为本发明实施例提供的环形电抗器的结构示意图；

[0022] 图2为本发明实施例提供的环形电抗器中磁芯的结构示意图；

[0023] 图3为本发明实施例提供的电抗器装置中的壳体的正面剖视图；

[0024] 图4为本发明实施例提供的电抗器装置中的壳体的左视图。

[0025] 图标：

[0026] 100-环形磁芯；101-第一磁芯柱；102-第二磁芯柱；201-第一线圈；202-第二线圈；301-第一气隙；302-第二气隙；303-第三气隙；304-第四气隙；400-通风孔；500-第一侧壁；
600-第二侧壁；700-安装层；800-减震元件；900-壳体。

具体实施方式

[0027] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 目前，在铁芯柱或磁芯柱中增加气隙的同时也加大了漏磁，在磁导率降低后相应的损耗也随之增加，基于此，本发明实施例提供的一种环形电抗器及装置，可以通过对环形磁芯气隙结构的设计，加长了磁力线改变方向时的引导磁路，减小了漏磁情况，消除了气隙与气隙之间的漏磁，优化了磁场分布，减少了绕组上的磁力线，有效的降低了损耗。

[0029] 为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种环形电抗器进行详细介绍，

[0030] 实施例一：

[0031] 图1为本发明实施例提供的环形电抗器的结构示意图，图2为图1所示的环形电抗器中磁芯的结构示意图，如图1和图2所示，本实施例提供的环形电抗器，包括磁芯和线圈。

[0032] 磁芯为环形磁芯100，该环形磁芯100包括第一磁芯柱101和与第一磁芯柱101对称的第二磁芯柱102。其中，环形磁芯100的材质为铁基非晶，优选的，在本发明提供的实施例中，环形磁芯100采用C型铁剂非晶磁芯。应当理解，所有可以形成环形磁芯的材质都在本发明的保护范围内。

[0033] 第一磁芯柱101与第二磁芯柱102的形状相同，且第一磁芯柱101和第二磁芯柱102的距离为40mm。

[0034] 优选的，在本发明提供的实施例中，环形磁芯100采用的尺寸：长为94mm、宽为85mm、高为166mm，环形磁芯100的窗口尺寸：长为40mm，宽为85mm、高为112mm。

[0035] 第一磁芯柱101设置有第一气隙301和第二气隙302，第二磁芯柱102上设置有第三气隙303和第四气隙304，第一气隙301和第二气隙302与第三气隙303和第四气隙304关于环形磁芯100的中心点对称。

[0036] 其中，如图2所示，第一磁芯柱101表示环形磁芯100的左侧部分，第二磁芯柱102表示环形磁芯100的右侧部分。

[0037] 第一气隙301与第三气隙303位于环形磁芯100的横轴线上，第二气隙302位于第一气隙301上方，第四气隙304位于第三气隙303下方。优选的，在本发明提供的实施例中，第一气隙301与第二气隙302的距离等于第三气隙303与第四气隙304的距离。

[0038] 第一气隙301、第二气隙302、第三气隙303和第四气隙304的大小相同。优选的，在本发明提供的实施例中，整个环形磁芯100中的上述四个气隙大小之和为14mm，且平均分布在上述四个气隙中。

[0039] 第一磁芯柱101上设置有第一线圈201，第二磁芯柱102上设置有第二线圈202，其中，第一线圈201和第二线圈202关于环形磁芯100的纵轴线对称。第一线圈201和第二线圈202通过串联方式连接。

[0040] 第一线圈201和第二线圈202均通过导线环绕而成，并且第一线圈201和第二线圈202中导线的环绕方向相同。第一线圈201和第二线圈202环绕匝数相同。优选的，在本发明提供的实施例中，第一线圈201和第二线圈202环绕的匝数均为27匝。其中，导线的材质一般为金属材质，优选的可以为铜。在本发明提供的实施例中，导线采用铜带，铜带的尺寸为：宽为0.5mm、长为100mm。不过应当理解，所有可以环绕形成线圈的材质都在本发明的保护范围内。

[0041] 第一线圈201和第二线圈202中相邻导线之间设置有绝缘层。优选的，在本发明提供的实施例中，绝缘层为绝缘纸，绝缘纸尺寸：宽为0.5mm、长为110mm，绝缘纸可以选用NMN绝缘纸。

[0042] 在本实施例中，通过对环形磁芯气隙结构的设计，加长了磁力线改变方向时的引导磁路，减小了漏磁情况，消除了气隙与气隙之间的漏磁，优化了磁场分布，减少了绕组上的磁力线，有效的降低了损耗。另外，通过设计线圈的结构、导线的尺寸及绝缘结构，从而实现了在保证电感量、能量密度、输入输出电气特性的条件下使电抗器的铁耗、铜耗较小，温升在容许范围内，体积和重量达到最优。

[0043] 实施例二：

[0044] 在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种电抗器装置，包括如图3所示的壳体900和如图1所示的环形电抗器，环形电抗器设置在壳体900内部。

[0045] 进一步的，壳体900的第一侧壁500和与第一侧壁500相对的第二侧壁600分别设置有通风孔400。这样，通过设置相对的通风孔400，使得空气从一侧的通风孔400进入，从另一侧的通风孔400排出，形成贯通的散热通道，有效提高了环形电抗器的散热性能。

[0046] 优选的，上述通风孔400可以由多个大小不同的镂空圆环组成，如图4所示。

[0047] 进一步的，壳体900底部的上方水平设置有安装层700，用于固定安装环形电抗器。

[0048] 进一步的，考虑到环形电抗器的振动会通过安装层700传递到壳体900，从而产生噪声，安装层700与壳体900底部通过多个减震元件800固定连接。当环形电抗器振动时，减震元件800可以将上述振动吸收隔离，防止因环形电抗器自身振动而传递到壳体900，从而达到降噪的目的。

[0049] 本发明实施例提供的电抗器装置，与上述实施例提供的环形电抗器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

[0050] 本发明实施例所提供的环形电抗器及装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0051] 在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0052] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0053] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0054] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0055] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0056] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。