專(zhuān)利名稱(chēng)：芯體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁故障限流器芯體及其在磁故障限流器中的使用。
背景技術(shù)：
當(dāng)操作任何電氣設(shè)備時(shí)，流過(guò)設(shè)備的電流通常保持在電氣設(shè)備的預(yù)定額定電流內(nèi)。然而，電氣設(shè)備中的故障或其他異常操作情況可以導(dǎo)致產(chǎn)生超過(guò)電氣設(shè)備額定電流的高故障電流。例如，在電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的操作期間，電壓源轉(zhuǎn)換器可能易受直流(DC)側(cè)故障的損害，這種直流側(cè)故障表現(xiàn)為橫穿直流電力傳輸線(xiàn)路或直流電力傳輸電纜的低阻抗短路。這種故障可以是由于絕緣物的損壞或擊穿、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)或由外物在導(dǎo)體之間的其他意外橋接所導(dǎo)致的。高故障電流的產(chǎn)生不僅會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞電氣設(shè)備部件，而且會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備離線(xiàn)(offline) 一段時(shí)間。這導(dǎo)致受損電氣設(shè)備硬件的修理和維護(hù)成本增加，并且給依賴(lài)電氣設(shè)備工作的最終用戶(hù)帶來(lái)麻煩?？梢酝ㄟ^(guò)使用限流器限制高故障電流的幅度(magnitude)來(lái)防止這些負(fù)面影響。對(duì)于限流器而言，一種已知的解決方案是磁故障限流器的形式。磁故障限流器表現(xiàn)得像可變電感器，該可變電感器在正常操作情況期間呈現(xiàn)低阻抗而在故障狀態(tài)期間(該故障狀態(tài)期間導(dǎo)致在相關(guān)電力系統(tǒng)中產(chǎn)生高故障電流)呈現(xiàn)高阻抗。在采用永久磁性材料的磁故障限流器中，在相關(guān)電力系統(tǒng)處于無(wú)故障狀態(tài)時(shí)的正常操作情況期間，以及在故障情況期間，磁通量穿過(guò)永久磁性材料。穿過(guò)永久磁性材料的磁通量會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)渦電流和磁滯。這不僅導(dǎo)致限流器中的功率損耗，而且導(dǎo)致永久磁性材料的溫度升高，這是不希望的，因?yàn)樵谔囟囟戎嫌谰么判圆牧峡赡軙?huì)遭受性能的下降?？梢酝ㄟ^(guò)將一整塊永久磁性材料細(xì)分為多個(gè)薄板來(lái)減小感應(yīng)渦電流的大小。這些板中的每個(gè)板可以涂覆有薄的電絕緣材料，然后經(jīng)由機(jī)械方法和/或粘合方法被連接在一起。每個(gè)板相對(duì)較小的橫截面減少了感應(yīng)渦電流的流通，從而最小化感應(yīng)渦電流的大小。流過(guò)永久磁性材料的磁通量可以保持得相當(dāng)?shù)鸵詼p小磁滯損耗，這是因?yàn)殡S著磁通密度增加，永久磁性材料經(jīng)受更大程度的磁滯。但是，該方法意味著磁故障限流器將不適于在特定電流水平以上使用，并且因此限制了限流器的操作范圍。永久磁性材料中的磁滯損耗的熱效應(yīng)可以通過(guò)將冷卻系統(tǒng)增加到磁故障限流器中來(lái)減小。但是，冷卻系統(tǒng)不僅形成了功率損耗的附加源，而且因冷卻系統(tǒng)及其各部件(諸如，檢測(cè)與控制設(shè)備和輔助電源)的可能故障而降低了裝置可靠性。冷卻系統(tǒng)的存在還導(dǎo)致了硬件成本、尺寸和重量的增加?？商娲兀谰么判圆牧峡梢员辉O(shè)計(jì)為采用促進(jìn)自然冷卻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(諸如，大的表面面積)。但是，永久磁性材料需要占據(jù)大量空間以在磁故障限流器的操作期間被充分冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種磁故障限流器芯體，該磁故障限流器芯體包括至少一個(gè)第一磁性元件和至少一個(gè)第二磁性元件，磁性元件布置為限定出一個(gè)大致平行的磁性元件陣列，所述第一磁性元件或各第一磁性元件包括軟磁性材料，并且所述第二磁性元件或各第二磁性元件包括硬磁性材料，其中，所述軟磁性材料或各軟磁性材料在未飽和狀態(tài)下的磁導(dǎo)率比所述硬磁性材料或每個(gè)硬磁性材料的磁導(dǎo)率更高。第一磁性元件和第二磁性元件的大致平行的陣列的設(shè)置得到了磁滯損耗減少的磁故障限流器芯體，這是因?yàn)樵诖殴收舷蘖髌鞯恼２僮髌陂g，流過(guò)硬磁性材料的磁通量被最小化。在使用中，當(dāng)線(xiàn)圈纏繞芯體以形成磁故障限流器時(shí)，第一磁性元件和第二磁性元件的大致平行的布置以及未飽和的軟磁性材料的較高磁導(dǎo)率使大部分磁通量能夠在相關(guān)電路的正常操作情況期間優(yōu)先地流過(guò)軟磁性材料。這意味著在正常操作情況期間流過(guò)硬磁性材料磁通量最少。這導(dǎo)致芯體中的磁滯損耗減少，因?yàn)檐洿判圆牧媳憩F(xiàn)出比硬磁性材料更低的磁滯水平。在故障或其他異常操作情況(其導(dǎo)致相關(guān)電路中的高故障電流)的情形下，磁通量的流動(dòng)路徑轉(zhuǎn)向硬磁性材料導(dǎo)致線(xiàn)圈中的高阻抗，這起到了限制故障電流的作用。盡管磁通量流動(dòng)路徑的這種變化導(dǎo)致了高磁滯水平，但是磁通量?jī)H短時(shí)間內(nèi)流過(guò)硬磁性材料。因此，在硬磁性材料中導(dǎo)致的磁滯損耗保持在最低程度。第一磁性元件和第二磁性元件的大致平行布置因此在磁故障限流器的正常操作期間使流過(guò)硬磁性材料的磁通量最小化，從而減小了磁故障限流器芯體中的磁滯損耗。此外，第一磁性元件和第二磁性元件的大致平行布置還意味著對(duì)流過(guò)磁故障限流器的磁通量的控制實(shí)際上是被動(dòng)的，并且不要求檢測(cè)和/或轉(zhuǎn)換設(shè)備形式的額外控制。這不僅使硬件尺寸、重量和成本最小化，而且通過(guò)消除相關(guān)檢測(cè)和/或控制設(shè)備的擊穿風(fēng)險(xiǎn)而增加了限流器的可靠性。優(yōu)選地，至少一個(gè)第一磁性元件通過(guò)絕緣體與至少一個(gè)相鄰的第二磁性元件隔離。該絕緣體或各絕緣體可以是氣隙或固態(tài)非導(dǎo)電材料(諸如，粘合劑、清漆、云母或其他相似材料)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，磁故障限流器芯體可以進(jìn)一步包括多個(gè)第一磁性元件和/或多個(gè)第二磁性元件，其中，所述磁性元件布置為形成第一磁性元件和第二磁性元件的交替初級(jí)層(primary layers)。在其他實(shí)施例中，至少一個(gè)第一磁性元件和/或至少一個(gè)第二磁性元件可以包括磁性材料的多個(gè)次級(jí)層(secondary layer),各次級(jí)層通過(guò)絕緣體與所述相鄰的次級(jí)層或各相鄰的次級(jí)層隔離。磁性元件的初級(jí)層和/或次級(jí)層的設(shè)置有助于提供這樣的磁故障限流器芯體:在其中由渦電流的產(chǎn)生所導(dǎo)致的功率損耗被減小。變化的磁通流過(guò)磁性元件時(shí)，第一磁性元件和/或第二磁性元件的各初級(jí)層和/或次級(jí)層的相對(duì)小的橫截面以及它們彼此的電絕緣(其共同限制了渦電流的流通)顯著地減小了在磁性元件中所感應(yīng)出的任何渦電流的幅度。磁故障限流器芯體可以包括具有空心孔的至少一個(gè)磁性元件，其中，至少一個(gè)第一磁性元件的一部分容納在具有空心孔的第二磁性元件的空心孔內(nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件的一部分容納在第一磁性元件的空心孔內(nèi)。磁故障限流器芯體還可以包括具有中空密封內(nèi)部的至少一個(gè)磁性元件，其中，至少一個(gè)第一磁性元件容納在第二磁性元件的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件容納在第一磁性元件的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，各磁性元件可以是棒或條。在其他實(shí)施例中，各磁性元件的橫截面可以是圓形的、橢圓形的或多邊形的。磁故障限流器芯體的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)與磁故障限流器相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用要求而改變。優(yōu)選地，在故障限流器芯體中，其中至少一個(gè)第一磁性元件通過(guò)氣隙與至少一個(gè)相鄰的第二磁性元件隔離，至少一個(gè)這種氣隙填充有電絕緣材料。以這種方式使用電絕緣材料不僅提供了相鄰磁性元件之間的電絕緣，而且提供了支承結(jié)構(gòu)以將相鄰磁性元件定位。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種磁故障限流器，該磁故障限流器包括根據(jù)任一上述實(shí)施例的磁故障限流器芯體和至少一個(gè)導(dǎo)電體，所述至少一個(gè)導(dǎo)電體纏繞所述芯體或各芯體的一部分以限定線(xiàn)圈。限流器的結(jié)構(gòu)是便于制造的，并且容易適于安裝到需求一個(gè)或多個(gè)限流器的任何設(shè)備中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述導(dǎo)電體或各導(dǎo)電體可以纏繞第一磁性元件和第二磁性元件。將該導(dǎo)電體或各導(dǎo)電體纏繞第一磁性兀件和第二磁性兀件使生成的磁場(chǎng)能夠?qū)Υ判栽a(chǎn)生更大的影響，從而改善限流器在控制磁通量的流動(dòng)路徑以及限制故障電流中的效率。 優(yōu)選地，在使用中，所述導(dǎo)電體或各導(dǎo)電體承載交流電。優(yōu)選地，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈在使用中可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)電路。在這樣的實(shí)施例中，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈在使用中提供一阻抗以將電路中的故障所導(dǎo)致的故障電流最小化。在故障情況或其他異常操作情況期間，限流器可以用于最小化一個(gè)或多個(gè)相關(guān)電路中的故障電流，以避免該相關(guān)電路或各相關(guān)電路受損。在其他實(shí)施例中，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈可以是螺線(xiàn)管或環(huán)形線(xiàn)圈的形式，以便提供均勻的并且可控的磁場(chǎng)。


現(xiàn)在將參照附圖，通過(guò)非限制性的示例來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的磁故障限流器芯體；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的磁故障限流器芯體。
具體實(shí)施例方式圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的磁故障限流器芯體10a。磁故障限流器芯體IOa包括第一磁性元件12和第二磁性元件14，第一磁性元件12和第二磁性元件14布置為限定出磁性元件12、14的大致平行的陣列。各第一磁性元件12包括軟磁性材料的多個(gè)次級(jí)層。優(yōu)選地，軟磁性材料為電工鋼(electrical steel),所述電工鋼具有高磁導(dǎo)率并且表現(xiàn)出低磁滯損耗。各次級(jí)層可以涂覆有薄的電絕緣材料以提供相鄰次級(jí)層之間的電絕緣。這些經(jīng)涂覆的次級(jí)層可以機(jī)械地和/或使用粘合劑連接在一起以形成第一磁性元件12?？梢韵氲降氖?，在本發(fā)明的實(shí)施例中，各次級(jí)層可以通過(guò)氣隙與各相鄰的次級(jí)層隔離，并且在一些情況下,至少一個(gè)這種氣隙可以額外地填充電絕緣材料。次級(jí)層的設(shè)置減小了與在磁故障限流器芯體中所感應(yīng)出的渦電流相關(guān)聯(lián)的功率損耗。這是因?yàn)?由于各次級(jí)層的橫截面相對(duì)較小，變化的磁通流過(guò)磁故障限流器芯體時(shí)在磁性元件中所感應(yīng)出的任何渦電流的幅度被顯著地減小，這大大地減少了渦電流的流通。此外，次級(jí)層彼此之間的電絕緣限制了渦電流的流通。第二磁性元件14包括硬磁性材料并且通過(guò)氣隙與第一磁性元件12隔離，在其他實(shí)施例中，氣隙可以填充有電絕緣材料。圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的磁故障限流器芯體10b。磁故障限流器芯體IOb包括多個(gè)第一磁性元件12和多個(gè)第二磁性元件14，這些磁性元件布置為形成第一磁性元件12與第二磁性元件14的交替初級(jí)層。各初級(jí)層可以涂覆有電絕緣材料以提供相鄰初級(jí)層之間的電絕緣。如上所述，這些經(jīng)涂覆的初級(jí)層可以機(jī)械地和/或使用粘合劑連接在一起以形成磁故障限流器芯體。可以想到的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，各初級(jí)層可以通過(guò)氣隙與各相鄰的初級(jí)層隔離，并且在一些情況下，至少一個(gè)這種氣隙可以額外地填充電絕緣材料。由于硬磁性材料的較大電磁趨膚深度所致，各第二磁性元件14的厚度可以比各第一磁性元件12的厚度更厚?？梢韵氲降氖牵诒景l(fā)明的實(shí)施例中，磁故障限流器芯體可以包括任意數(shù)量的第一磁性元件和第二磁性元件14，和/或第一磁性元件和/或第二磁性元件14兩者中的至少一種可以包括各自磁性材料的多個(gè)次級(jí)層。在其他實(shí)施例中，第一磁性元件12和第二磁性元件14之一或兩者可以具有空心孔，使得至少一個(gè)第一磁性元件12的一部分容納在具有空心孔的第二磁性元件14的空心孔內(nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件14的一部分容納在第一磁性元件12的空心孔內(nèi)。在其他實(shí)施例中，第一磁性元件12和第二磁性元件14之一或兩者可以具有中空密封內(nèi)部,其中，至少一個(gè)第一磁性元件12容納在第二磁性元件14的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件14容納在第一磁性元件12的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)。優(yōu)選地，各磁性元件是棒或條，和/或各磁性元件的橫截面是圓形的、橢圓形的或多邊形的。為了形成磁故障限流器，一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電體(例如，導(dǎo)電線(xiàn))可以纏繞部分磁故障限流器芯體10a、10b或整個(gè)磁故障限流器芯體10a、10b以限定一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)圈。優(yōu)選地，該導(dǎo)電線(xiàn)或各導(dǎo)電線(xiàn)纏繞第一磁性元件和第二磁性元件，以使硬磁性材料中的磁滯能夠?qū)€(xiàn)圈阻抗產(chǎn)生更大的影響，從而改善了限流器的效率。該線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈和芯體10a、10b形成了磁故障限流器，在使用中，該磁故障限流器在故障情況或其他異常操作情況期間起到了限制或抑制相關(guān)電路中的故障電流的作用。
在使用中，該線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈承載交流電，交流電可以采用正弦波形或其他類(lèi)型波形的形式。因此，限流器可以可操作地與承載交流電的一個(gè)或多個(gè)電路(諸如，功率轉(zhuǎn)換器和電動(dòng)機(jī))相關(guān)聯(lián)。在相關(guān)電路的操作期間，電流流過(guò)相關(guān)電路并且流過(guò)纏繞芯體10a、10b的線(xiàn)圈。隨著交流電通過(guò)線(xiàn)圈，流過(guò)線(xiàn)圈的電流導(dǎo)致在線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生流過(guò)芯體10a、10b的磁通量，這導(dǎo)致第一磁性元件12和第二磁性元件14的磁性材料的磁化和退磁。出于該說(shuō)明的目的，正項(xiàng)和負(fù)項(xiàng)是指磁化力和磁通密度的方向。為了在線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生第一磁場(chǎng)，交流電以正方向(forward direction)流過(guò)線(xiàn)圈。交流電在正方向上的幅度增加導(dǎo)致磁化力在正向(positive direction)上的相應(yīng)增加,這繼而導(dǎo)致在芯體10a、10b的磁性材料內(nèi)產(chǎn)生正磁通密度。正磁通密度在交流電的正方向上的峰值處達(dá)到其最大值。在正方向上達(dá)到其峰值之后，交流電開(kāi)始下降至零電流，這導(dǎo)致磁化力在正向上的相應(yīng)減小。在零電流處，磁化力具有零值。磁化力在正向上的減小導(dǎo)致磁性材料內(nèi)正磁通密度的減小。但是，磁性材料可以在零交流電和磁化力時(shí)保持正磁通密度。這是因?yàn)槭┘拥酱判圆牧系拇呕?dǎo)致磁性材料的磁化，這甚至在磁化力完全被去除之后，還可以保持磁化。磁化力去除之后在磁性材料中的磁性保留被稱(chēng)為永久磁性。為了在線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生第二磁場(chǎng),交流電以反方向(reverse direction)流過(guò)線(xiàn)圈。交流電在反方向上的幅度增加導(dǎo)致磁化力在負(fù)方向(negative direction)上的相應(yīng)增加。然而，磁性材料中的永久磁性意味著磁性材料中的磁通密度將保持為正，直到負(fù)方向上的磁化力足夠大以使磁性材料退磁。在磁性材料被退磁后，進(jìn)一步增加交流電在反方向上的幅度，從而負(fù)方向上的磁化力導(dǎo)致在磁性材料內(nèi)產(chǎn)生負(fù)磁通密度。磁性材料內(nèi)的負(fù)磁通密度在交流電的反方向上的峰值處達(dá)到最大負(fù)值。在交流電的流動(dòng)從反方向到正方向的變化期間，磁性材料保持負(fù)磁通密度，直到正向上的磁化力足夠大以使磁性材料退磁為止。在磁性材料退磁之后，進(jìn)一步增加交流電在正方向上的幅度，從而正向上的磁化力導(dǎo)致在磁性材料內(nèi)產(chǎn)生正磁通密度,該正磁通密度在交流電正向上的峰值處達(dá)到其最大值。上述循環(huán)特性限定了閉合的磁滯環(huán)，該閉合的磁滯環(huán)描述了磁化力與磁通密度之間的關(guān)系。磁滯環(huán)的形狀和大小影響了由線(xiàn)圈向相關(guān)電路提供的阻抗。線(xiàn)圈的阻抗是線(xiàn)圈電阻和電抗的函數(shù)。需要額外的能量克服磁性材料的磁滯。使用該額外能量有助于線(xiàn)圈電阻的增加。線(xiàn)圈電阻因此隨著芯體中的磁滯水平而增加。線(xiàn)圈電抗是線(xiàn)圈電感的函數(shù)，線(xiàn)圈電感反過(guò)來(lái)與磁性材料的磁導(dǎo)率成比例。磁導(dǎo)率等于磁通密度變化與磁化力的比率，該比率取決于磁滯環(huán)的形狀和大小。隨著交流電接近其正峰值或負(fù)峰值，寬的磁滯環(huán)導(dǎo)致磁通密度變化與磁化力的比率變得陡峭，從而導(dǎo)致磁導(dǎo)率的較高值。磁導(dǎo)率的較高值導(dǎo)致線(xiàn)圈電感的增加，從而導(dǎo)致線(xiàn)圈電抗的增加。在正常操作情況期間，相比該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料而言，該第一磁性元件12或各第一磁性元件12的軟磁性材料在軟磁性材料處于未飽和狀態(tài)時(shí)具有更高的磁導(dǎo)率。磁導(dǎo)率的這種差異因此使大部分磁通能夠優(yōu)先地流過(guò)芯體10a、IOb的該第一磁性元件12或各第一磁性元件12的軟磁性材料，從而最小化流過(guò)芯體的該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料的磁通量。這導(dǎo)致在相關(guān)電路的正常操作期間與芯體10a、10b中的磁滯相關(guān)聯(lián)的功率損耗的減少，這是因?yàn)檐洿判圆牧媳憩F(xiàn)出低磁滯水平，并且因此表現(xiàn)出比硬磁性材料更窄的磁滯環(huán)。由與相對(duì)低的電流水平耦合的軟磁性材料所表現(xiàn)出的低磁滯水平還導(dǎo)致該線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈對(duì)相關(guān)電路呈現(xiàn)低阻抗，從而導(dǎo)致在相關(guān)電路的正常操作期間具有對(duì)交流電流動(dòng)的最小影響。在故障或其他異常操作情況(其導(dǎo)致相關(guān)電路中的高故障電流)的情形下，芯體10a、10b中的磁通水平將升高。磁通將繼續(xù)優(yōu)先地流過(guò)該第一磁性元件12或各第一磁性元件12，直到該第一磁性元件12或各第一磁性元件12的軟磁性材料達(dá)到飽和為止。該軟磁性材料或各軟磁性材料的飽和引起相應(yīng)第一磁性元件12的相對(duì)磁導(dǎo)率朝一下降。在該階段，該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料具有比該第一磁性元件12或每個(gè)第一磁性元件12的飽和軟材料更高的磁導(dǎo)率。這導(dǎo)致電流承載線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通量?jī)?yōu)先流過(guò)該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料。這種針對(duì)磁通量從該飽和的第一磁性元件12或各飽和的第一磁性元件12流到該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的介質(zhì)變化導(dǎo)致了對(duì)限制相關(guān)電流中的故障電流起作用的線(xiàn)圈阻抗發(fā)生變化。這是因?yàn)殡S著高故障電流接近其正峰值或負(fù)峰值，與相對(duì)高故障電流水平耦合的硬磁性材料中的較高磁滯水平導(dǎo)致較寬的磁滯環(huán)面積，并且因此導(dǎo)致磁通密度的磁通量變化與磁化力的更陡峭的比率。正如以上所述，這導(dǎo)致線(xiàn)圈電阻和電抗的增加。因此，線(xiàn)圈對(duì)相關(guān)電路呈現(xiàn)高阻抗以限制在故障或其他異常操作情況期間故障電流的峰值。芯體10a、10b中的硬磁性材料的設(shè)置改善了磁故障限流器在其涉及限制故障電流時(shí)的效率，這是因?yàn)橄啾溶洿判圆牧隙?，硬磁性材料中的較高磁滯水平導(dǎo)致更高的線(xiàn)圈阻抗。否則，在沒(méi)有該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料的情況下，該第一磁性元件12或各第一磁性元件12的軟磁性材料的設(shè)置導(dǎo)致可能不足以限制故障電流的低線(xiàn)圈阻抗。優(yōu)選地，在故障情況期間提供到相關(guān)電路的高阻抗使得故障電流的峰值保持在相關(guān)電路的額定電流以?xún)?nèi)以保護(hù)相關(guān)電路的各部件。在本發(fā)明的實(shí)施例中，限流器可以設(shè)計(jì)為在外部電路斷路器被驅(qū)動(dòng)以斷開(kāi)電路并且因此抑制故障電流之前，在一短時(shí)間內(nèi)限制故障電流的幅度。由于磁通量?jī)H短時(shí)期內(nèi)流過(guò)該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料，所以硬磁性材料中產(chǎn)生的磁滯損耗和溫度升高被保持在最小值處。因此，第一磁性元件12和第二磁性元件14的大致平行的陣列的設(shè)置形成了磁故障限流器芯體10a、10b，在使用中，磁故障限流器芯體10a、10b在磁故障限流器的操作期間表現(xiàn)出減少的磁滯損耗和低的溫度升高，并且因此可以與處于高電流水平的電路一起使用。因?yàn)椴恍枰惭b冷卻系統(tǒng)或使用芯體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以處理芯體中的磁滯損耗和溫度升高，因此這導(dǎo)致了硬件成本、尺寸和重量的減少。這種布置還提供了對(duì)通過(guò)磁故障限流器芯體10a、10b的磁通量進(jìn)行控制的被動(dòng)方式。這可以消除對(duì)流過(guò)芯體10a、10b的磁通量提供主動(dòng)控制的檢測(cè)和/或轉(zhuǎn)換設(shè)備的需要。限流器操作的被動(dòng)性質(zhì)意味著其可以最小化或消除通常被用于監(jiān)視和控制相關(guān)電路內(nèi)的電流的檢測(cè)和/或控制設(shè)備的使用。優(yōu)選地，該第二磁性元件14或各第二磁性元件14的硬磁性材料被選擇為:要求硬磁性材料達(dá)到飽和的磁化力高于由故障電流所引起的磁化力。不希望該第二磁性材料14或各第二磁性材料14的硬磁性材料達(dá)到飽和，因?yàn)樗鼘?dǎo)致了第二磁性材料14的磁導(dǎo)率的減小，這導(dǎo)致了低的線(xiàn)圈阻抗，從而可能導(dǎo)致限流器的誤操作。
權(quán)利要求
1.一種磁故障限流器芯體，包括至少一個(gè)第一磁性元件和至少一個(gè)第二磁性元件，所述磁性元件布置為限定出大致平行的磁性元件陣列，所述第一磁性元件或各第一磁性元件包括軟磁性材料，并且所述第二磁性元件或各第二磁性元件包括硬磁性材料，其中，所述軟磁性材料或各軟磁性材料在未飽和狀態(tài)下的磁導(dǎo)率比所述硬磁性材料或各硬磁性材料的磁導(dǎo)率更高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁故障限流器芯體，其中，至少一個(gè)第一磁性元件通過(guò)絕緣體與至少一個(gè)相鄰的第二磁性元件隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁故障限流器芯體，進(jìn)一步包括多個(gè)第一磁性元件和/或多個(gè)第二磁性元件，其中，所述磁性元件布置為形成第一磁性元件和第二磁性元件的交替初級(jí)層。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，其中，至少一個(gè)第一磁性元件和/或至少一個(gè)第二磁性元件包括磁性材料的多個(gè)次級(jí)層，各次級(jí)層通過(guò)絕緣體與所述相鄰的次級(jí)層或各相鄰的次級(jí)層隔離。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，包括具有空心孔的至少一個(gè)磁性元件,其中，至少一個(gè)第一磁性元件的一部分容納在具有空心孔的第二磁性元件的空心孔內(nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件的一部分容納在第一磁性元件的空心孔內(nèi)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，包括具有中空密封內(nèi)部的至少一個(gè)磁性元件,其中，至少一個(gè)第一磁性元件容納在第二磁性元件的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)，和/或至少一個(gè)第二磁性元件容納在第一磁性元件的中空密封內(nèi)部?jī)?nèi)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，其中，各磁性元件是棒或條。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，其中，各磁性元件的橫截面是圓形的、橢圓形的或多邊形的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器芯體，其中，至少一個(gè)第一磁性元件通過(guò)氣隙與至少一個(gè)相鄰的第二磁性元件隔離，并且其中至少一個(gè)這種氣隙填充有電絕緣材料。
10.一種磁故障限流器，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的一個(gè)或多個(gè)磁故障限流器芯體和至少一個(gè)導(dǎo)電體，所述至少一個(gè)導(dǎo)電體纏繞所述芯體或各芯體的一部分以限定線(xiàn)圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁故障限流器，其中，所述導(dǎo)電體或各導(dǎo)電體纏繞所述第一磁性元件和所述第二磁性元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的磁故障限流器，其中，在使用中，所述導(dǎo)電體或各導(dǎo)電體承載交流電。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器，其中，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈在使用中可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁故障限流器，其中，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈在使用中提供一阻抗以將電路中的故障所導(dǎo)致的故障電流最小化。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的磁故障限流器，其中，所述線(xiàn)圈或各線(xiàn)圈是螺線(xiàn)管或環(huán)形線(xiàn)圈的形式。
全文摘要
一種磁故障限流器芯體(10a)包括至少一個(gè)第一磁性元件(12)和至少一個(gè)第二磁性元件(14)，磁性元件(12、14)布置為限定磁性元件(12、14)大致平行的陣列，所述第一磁性元件(12)或各第一磁性元件(12)包括軟磁性材料，并且所述第二磁性元件(14)或各第二磁性元件(14)包括硬磁性材料，其中，所述軟磁性材料或各軟磁性材料在未飽和狀態(tài)下的磁導(dǎo)率比所述硬磁性材料或每個(gè)硬磁性材料的磁導(dǎo)率更高。
文檔編號(hào)H01F38/02GK103155056SQ201080069461
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者喬納森·皮特·斯特奇斯 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司