[发明专利]一种同轴电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电抗器，特别是一种同轴电抗器。

背景技术

电抗器是电力电子系统中的重要元件，对系统的效率、损耗、噪声、电磁兼容性能都有影响。空心电抗器虽然具有良好的线性度，但是存在体积大、损耗大、漏磁范围大等缺点。带磁芯的电抗器能减小漏磁、增大电感值，因此获得广泛应用，采用C形铁芯的电抗器具有电感值高等优点，但是其气隙较小，存在局部磁密升高的问题，电感值随气隙长短、铁芯磁导率大小、绕组电流大小的变化而变化，工作时电感值的稳定度较差。

采用开路式磁芯可以简化电抗器的设计加工，文献“申请公布号是CN103794333A的中国发明专利申请”公开了一种磁条式干式电抗器，该方法制备的电抗器具有制作方便、散热良好和磁芯不易饱和等优点，但是该文献未对电抗器结构和磁路进行优化，线圈绕组长度与磁芯长度相当，电抗器的漏磁较大，使得电抗器的损耗增加、电感值下降；另外，外磁芯安装在外磁芯基筒的外表面上，使得外磁芯基筒只能采用绝缘材料，给电抗器外磁芯的安装固定带来了局限。

发明内容

为了克服电抗器局部磁密升高，减小电抗器的漏磁，本发明特提供了一种同轴电抗器，该电抗器主要由同轴装配的内磁芯、外磁芯和线圈绕组组成，内磁芯附着在内磁芯支撑的外部，外磁芯附着在外磁芯基筒的内部，线圈绕组安装在内外磁芯之间，由支撑骨架来连接固定内磁芯、外磁芯以及线圈绕组。对于同轴电抗器，当磁芯轴向长度大于外磁芯外径的3倍以上，并且线圈绕组的轴向长度缩短到磁芯轴向长度的一半以下时，线圈绕组产生的磁场被限制在电抗器内部，漏磁很小，线圈绕组的自耦系数较高，电抗器的气隙为线圈绕组端部到磁芯端部的两个圆筒形区域，气隙体积很大，气隙内磁场分布比较均匀，不存在局部磁密升高，因而电抗器的电抗值比较稳定，较少受到磁芯磁导率的影响。

本发明的技术方案是：一种同轴电抗器，包括同轴装配的内磁芯支撑、内磁芯、线圈绕组、支撑骨架、外磁芯与外磁芯基筒，所述的内磁芯与外磁芯轴向长度一致、截面积相同，截面积指的是内磁芯与外磁芯的横截面积，从附图中可知内磁芯与外磁芯均为圆筒形，因此其截面形状均为圆环形，其截面积即为外圆面积减去内圆面积。所述的内磁芯附着在内磁芯支撑的外部，所述的外磁芯附着在外磁芯基筒的内部，所述的线圈绕组位于内磁芯与外磁芯之间，线圈绕组附着在支撑骨架上，支撑骨架同时与内磁芯和外磁芯相连接，内磁芯支撑与外磁芯基筒为既可以为绝缘材料，也可以为导电材料或磁性材料，所述的内磁芯和外磁芯为硅钢、铁氧体、非晶材料中的一种。支撑骨架为无磁绝缘材料，外磁芯轴向长度与外磁芯外径的比值大于等于3，线圈绕组轴向长度小于等于外磁芯轴向长度的一半。

本发明的有益效果是：通过优化同轴电抗器的结构参数，圆筒形外磁芯轴向长度与其外直径的比值大于等于3，同时线圈绕组的轴向长度小于等于磁芯长度的50%，使用横截面积相同的内、外两部分同轴磁芯约束了线圈绕组产生的磁场，磁力线顺着内磁芯-端部气隙-外磁芯-端部气隙-内磁芯的路径构成闭合回路。优化后的结构保证气隙分布在内、外磁芯之间而不超出磁芯端部以外，磁力线亦不会漏出到磁芯端部以外，如果线圈绕组轴向长度超过磁芯轴向长度的一半，电感值将减小，内外磁芯端部磁场增强，而且会有磁场泄露出磁芯端部以外。内、外磁芯的共同作用使线圈绕组匝间具有高耦合系数，经数值模拟和实验验证，加入内磁芯和外磁芯的电抗器相比空心线圈绕组，电感值可以提高20倍以上，通过调整线圈绕组的匝数可以方便调节电感值，如果只有内磁芯，或者只有外磁芯，电感值都将大大降低。由于内、外磁芯之间存在较大的气隙，电抗器不易饱和，而且电感值相对磁芯磁导率的变化不敏感，经数值模拟验证，对于相同结构参数的同轴电抗器，选择磁导率分别为5000与500的不同磁芯时，对应的电感值相差仅5%，在工作状态下，同轴电抗器的电感值相对于小气隙的C型铁芯电抗器更加稳定，线性度更好。由于磁场被限制在内、外磁芯及其之间的气隙之内，外磁芯基筒处于外磁芯外部而内磁芯支撑处于内磁芯内部，在内、外磁芯支撑部件内没有磁场，内、外磁芯的支撑材料可以为导电、导磁的金属材料，在电抗器的安装固定过程中克服绝缘材料强度不足的问题。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的剖面结构示意图。

图中，1-内磁芯支撑；2-内磁芯；3-支撑骨架；4-线圈绕组；5-外磁芯；6-外磁芯基筒。

具体实施方式

实施例1：

同轴电抗器，组成包括：内磁芯支撑1、内磁芯2、线圈绕组3、支撑骨架4、外磁芯5与外磁芯基筒6，以上部分均为轴对称结构且共同组成同轴装配体，所述内磁芯2、外磁芯5轴向长度相等、截面积相等，所述磁芯轴向长度为外磁芯5外径的4倍，所述线圈绕组3为紫铜带绕制，线圈绕组3的轴向长度为磁芯轴向长度的一半，线圈绕组3与内磁芯2、外磁芯5为同轴、同心安装，线圈绕组3的两端嵌套在两个支撑骨架4上，支撑骨架与内、外磁芯紧密连接。所述内磁芯2、外磁芯5材料为取向硅钢片，其厚度由工作频率决定。所述内磁芯支撑1和外磁芯基筒6为不锈钢材料。 所述的支撑骨架4材料为尼龙。