[發明專利]磁芯

無效

• 申請號: 201080062454.1
• 申請日: 2010-01-27
• 公開（公告）號: CN102812527A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: R·S·帕拉沙爾;J·斯圖爾吉斯
• 申請（專利權）人: 奧斯特姆科技有限公司
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F27/26;H01F27/245;H01F3/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

本發明涉及一種制造磁芯的方法，并且特別地涉及一種制造用于在變壓器中使用的磁芯的方法。

在工業和電力傳輸和分配應用中使用的變壓器通常包括圍繞磁芯纏繞的初級繞組和次級繞組。初級網絡和次級網絡連接到初級繞組和次級繞組。

為了將電力從初級網絡傳輸到次級網絡，交流電流通過初級繞組。初級繞組中的交流電流在變壓器的磁芯中產生交變磁通，該交變磁通在次級繞組中感生交流電壓。初級繞組中的匝數與次級繞組中的匝數的比率確定兩個繞組上的電壓的比率。

在其它變壓器（例如，自耦變壓器）布置中，初級網絡和次級網絡可以連接到圍繞磁芯纏繞的單繞組。在這樣的布置中，網絡連接在不同點、或抽頭處，并且繞組的一部分用作初級繞組和次級繞組的一部分。

為了從源網絡傳輸電力，電流必須流過連接到源網絡的初級繞組以在磁芯中產生磁場。該電流通常被稱為“磁化電流”并且即使在電力沒有被傳遞到次級網絡時也存在。流過初級繞組的電流導致初級繞組以及將初級繞組連接到以發電站或風力發電廠的形式提供的電力源的電力系統的電阻性發熱，從而導致電力損耗。

變壓器中通常采用的磁芯通常具有比周圍空氣更高的磁導率。由流過初級線圈的電流產生的磁場的磁場線因此集中在磁芯結構內。使用磁芯減少了與建立磁場所要求的磁化電流的大小相關的電力損失，這是因為使磁通通過具有比空氣更大的磁導率的給定長度的磁性材料比使磁通通過對應長度的空氣要求更低的磁化電流。

變壓器常常包括使用鋼構造的磁芯以約束和引導磁場，鋼具有比空氣高的磁導率并且因此要求比空氣低的每單位長度的磁化電流。然而，鋼是電導體并且因此當交變磁通通過鋼芯時在鋼芯內感生渦電流，這導致電力損耗。

根據本發明的第一方面，提供了一種制造磁芯的方法，該方法包括下述步驟：連接具有布置為層疊結構的多層磁芯材料的第一和第二堆疊以使得第一芯堆疊的磁芯層與第二芯堆疊的磁芯層基本上對齊；以及將磁性填充物插入到基本上對齊的磁芯層之間的任何間隙中以橋接基本上對齊的磁芯層之間的間隙。

使用第一芯堆疊和第二芯堆疊允許制造尺寸大于單個芯堆疊的磁芯，并且還允許制造具有不同形狀的磁芯。例如，芯堆疊可以布置并連接為限定C形狀、U形狀的芯、H-I形狀的芯、E-I形狀的芯、L形狀的芯或者I形狀的芯。

在第一芯堆疊和第二芯堆疊中的每一個中提供磁芯材料層有助于提供其中減少了由于磁芯中的渦電流的產生導致的電力損耗的磁芯。通過每層磁芯材料的相對較小的截面大大地減小了當交變通量流過磁芯材料時在磁芯材料中感生的任何渦電流的大小，其中每層磁芯材料的相對較小的截面限制了渦電流的循環。

每個磁性層的相對較小的截面還意味著獲得的磁芯具有比非層疊的磁芯更高的電阻。

使用磁性填充物來橋接第一芯堆疊和第二芯堆疊的基本上對齊的磁芯層之間的任何間隙在使用中有利于磁通從一個芯堆疊流到下一芯堆疊，同時使得相鄰層疊之間的通量轉移最小，并且因此使渦電流的感生最小。

由于除非采用非常復雜且昂貴的制造工藝否則芯堆疊的抵靠面具有不可避免的粗糙度，因此上述方法是有利的。這意味著，抵靠面不能夠布置為完全地彼此接觸并且導致基本上對齊的磁性層之間的間隙，從而缺少磁性填充物將導致在使用時需要更大的磁化電流。

磁性填充物的使用因此有助于減少由于相鄰芯堆疊的基本上對齊的磁芯層之間的間隙的存在而導致可能發生的電力損耗。

優選地，該方法進一步包括下述步驟：激勵第一芯堆疊和第二芯堆疊以生成磁場以吸引基本上對齊的磁芯層之間的磁性填充物。

這提供了用于填充截面很小、深、截面變化和/或難以接觸的間隙的簡單的技術。

在本發明的實施方式中，磁性填充物可以包括軟磁材料的細粉末，軟磁材料優選地包括從Fe、Co、Ni和鐵素體鋼的組中選擇的一種或多種元素，并且優選地是鐵磁材料。

使用細粉末允許磁性填充物準確地橋接基本上對齊的磁芯層之間的任何間隙并且防止產生由于使用大小與任何間隙差不多的組件而可能出現的死體積。任何這樣的死體積導致了磁通流動的不規則路徑并且會影響磁芯的磁性質。

軟磁材料的諸如高飽和磁化、低抗磁力和高磁導率的優異的磁性質使得這樣的材料適合于用作磁性填充物并且減少了與磁滯相關的能量損耗。

在本發明的其它實施方式中，磁性填充物可以包括其中鐵磁材料的納米大小的顆粒懸浮在載液中的鐵磁流體，其中納米大小的顆粒中的每一個優選地具有1-150nm的范圍內的直徑。

使用鐵磁流體的有利之處在于其可以被倒入基本上對齊的磁芯層之間的任何間隙中并且將流動以占據任何形狀和大小的間隙。