制造用于發電的可分離電磁感應裝置的方法與流程

本發明涉及一種制造用于發電的可分離電磁感應裝置的方法，尤其涉及一種通過纏繞和切割由非磁性材料(無鈷材料)制成的磁芯來制造用于發電的低成本可分離電磁感應裝置的方法，使得在可分離磁芯的制造過程中氣隙最小化。
背景技術：
：現已經有種耦合裝置被開發用來在衰減低頻信號和改善高頻信號特性，因為在電力系統中使用的耦合裝置通常被用于阻斷電力頻率并且僅在高頻帶傳送通信信號。此外，在電流互感器(CT)應用的情況下，CT已經在特別用于提高線性度的方向上開發，以獲得理想的B-H特性。然而，當這些耦合裝置用于發電時，這種耦合裝置的特性變得無意義。此外，衰減電力頻率特性對于發電可能是致命的。因此，功率CT應被配置為具有與現有CT相反的特性，如下所示：(1)電力頻率特性應當最大化，并且其他高頻信號應當最小化。也就是說，特性應該在低于120Hz的頻率范圍內最大化，該頻率范圍是60Hz的工頻的倍頻，并且在120Hz以上的頻率范圍內的特性應該盡可能低；(2)一般CT所需的線性B-H特性不是必需的；(3)不需要一般的高飽和特性，而是通過所需的功率能量相對較低的飽和特性更有效。(應當防止高功率線路電流中的無感應感應電壓)(參見圖1)；(4)現有的CT制造工藝應該原樣使用，并且甚至應該從低成本材料實現。然而，這樣的條件相當適合用于制造具有此特點的功率CT。但是電感器、普通CT等所需的特性與之相反。因此普通電感或者CT的制造技術在用于制造功率CT需求的特性時，可能會招致很大的困難。也就是說，在電感器或CT應用中需要高飽和感應特性以增強線性并且提高在高頻帶中的信噪比。但是相反地，由于高飽和感應特性在高功率線路電流中產生不規則的高感應電壓，可分離CT在處理用作電源的高感應電壓時會引起許多問題。同時，由于功率CT在交流線路上運行，在一般磁線中出現的磁通密度的波形也看起來是正弦波波形。并且盡管時有發生，但磁飽和僅僅是暫時現象，在確保電源方面不涉及大的問題。而是相當高的磁飽和所產生的過高的感應電動勢，則有可能對生產電能的管理產生困難。圖1是功率CT的優選特性的B-H曲線的曲線圖。如圖1所示。與電感器或典型芯不同，當低電流通過功率線路時，功率CT表現出比典型芯更好的特性。并且當高電流通過電源功率時，功率CT應具有不高于電感器或典型芯的特性，以防止產生過大的感應電壓。然而，當功率CT由用于如上所述的現有的普通電感器或CT的磁性合金制成時，將引起各種限制。技術實現要素：本發明所要解決的課題為了解決現有技術的限制，本發明提供了一種用于制造用于發電的可分離的電動感應裝置的方法，該裝置可以從低功率線路中生成必要的電力力并具有低磁飽和點。解決課題的方案本發明包括：將由軋制的非晶磁性合金構成的鋼板卷繞成圓形以形成磁芯；熱處理和浸漬纏繞的不添加鈷的磁芯；在垂直于所述磁芯的卷繞方向的方向上切割所述熱處理和浸漬的磁芯；拋光磁芯的切割表面，磁芯具有在固定狀態中均勻排列的切面的三維表面。在一個實施例中，非晶磁性合金可以包括硅鋼(SiSteel)。在一個實施方案中，浸漬可以包括真空浸漬。在一個實施例中，切割可以包括在固定于切割方向和與磁芯的切割方向正交的方向的狀態下將磁芯切割成半圓形形狀。在一個實施例中，拋光可以包括與拋光工藝同時施加冷卻劑的拋光。有益效果根據本發明的用于制造用于發電的可分離電磁感應裝置的方法，其可以通過非接觸電磁感應方法從流過功率線路系統的電流產生電力，并且可以制造高效可分離的感應裝置，當低電流流過功率線路時具有高飽和感應特性，并且當高電流流過功率線路時表現出非高飽和感應特性，以便可以容易地調整功率輸出。此外，本發明使得可以制造可分離的感應裝置，其可以防止由于非高飽和特性而產生過大的感應電壓，并且因此可以向負載側提供穩定的電源。此外，根據本發明，具有非高飽和感應特性并且適合于電能的可分離電磁感應裝置可以通過現有的磁芯制造工藝由便宜的材料制造，而獲得更廉價的成本，并無需在熱處理過程中使用鈷。附圖說明圖1是表示優選功率CT的特性的B-H曲線的曲線圖。圖2是根據本發明的實施例的用于制造可分離電磁感應裝置的方法的流程圖。圖3是根據圖2中的纏繞步驟纏繞的磁芯的透視圖。圖4是根據圖2中的切割步驟切割的磁芯的透視圖。圖5是示出根據磁芯的切割的B-H特性的變化的曲線圖。圖6是示出執行圖2所示的芯的切割的切割夾具的分解圖。圖7是表示進行圖2所示的研磨工序的研磨夾具的動作狀態的立體圖。圖8示出了比較樣品(a)和實施例樣品(b)的可分離磁芯的照片。圖9是圖8所示的各磁芯的輸出比較圖。具體實施方式下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為本發明的限定。本發明涉及一種用于制造用于發電的電磁感應裝置的方法，其用作是使用從功率線發生的磁場信號來產生功率的功率CT。根據本發明，用于發電的電磁感應裝置被制造為可分離型，其在使用中可以容易地安裝到電力線路和從電力線路移除，并且被切割成使得三維平面被均勻地平整的切割面，以便最小化從兩個芯彼此耦合的表面泄漏的磁通量。此外，根據本發明，使用非鈷硅鋼來提高在低頻帶，特別是在120Hz以下的工頻范圍內的信號傳遞特性，在低功率線路電流中獲得高感應功率，并且為了實現低成本制造以及維持高磁導率，通過使用鋼板以減少的氣隙效應的方式來制造磁芯。進一步地，通過本發明的方法制造的電磁感應裝置可以在低功率線路電流中提供高輸出，同時防止過高電壓在高功率線路電流上感應，這是通過保持磁飽和點在一個相對于一般電感器或者CT較低的數值上來達到的。首先，圖2描述了根據本發明的實施例的制造可分離電磁感應裝置的方法。圖2是根據本發明的實施例的制造電磁感應裝置的方法的流程圖。用于制造電磁感應裝置的方法(200)包括：切割步驟(S201)，切割構成磁芯的鋼板；卷繞步驟(S202)，以圓形形式卷繞切割的鋼板；處理步驟S203)，對卷繞的磁芯進行熱處理和浸漬；切割步驟(S204)，切割經熱處理和浸漬的磁芯；以及切割表面處理步驟(S205)，對磁芯的切割表面進行拋光。進一步地，首先，如圖2所示，切割由軋制的非晶磁性合金制成的鋼板(S201)，用于制造磁芯。根據本發明的用于發電的電磁感應裝置的材料具有最大磁通密度，高諧振頻率，低電阻率，低磁芯損耗和不那么高的磁導率。這是因為磁飽和點不需要如上所述那么高，并且考慮了損耗因子和材料加工性。到目前為止還沒有材料完全滿足這樣的條件。由于功率CT的工作頻率在50-60Hz的功率頻率范圍內，所以不著重考慮電阻率指數。與這種條件最接近的材料是硅鋼，其是具有低鈷含量的金屬材料。因此，使用非鈷磁性材料或具有最小鈷含量的磁性材料(例如硅鋼)允許在低功率線路電流中獲得高感應功率，并且同時減小磁飽和點。同時，渦流損耗是磁芯損耗的主要因素，但是當使用由具有不高磁導率的硅鋼制成的薄鋼板并通過軋制技術進行卷繞時，渦流損耗可大大降低。然后，通過軋制技術卷繞切割鋼板，以形成圓形磁芯(S202)。在卷繞步驟中，多個芯層120堆疊以形成單個圓形芯。圖3是根據圖2中的纏繞步驟纏繞的磁芯的透視圖。如圖3所示，通過軋制技術將寬度為W，厚度為d的芯層110卷繞成總厚度為T。本發明采用軋制技術來卷繞鋼板，以便使可能發生在芯層110之間的耦合表面上的氣隙120最小化，并降低磁芯的磁導率。也就是說，當通過滾壓技術制造圓形磁芯時，可以使芯層110之間的空氣間隙12最小化，并且渦流損耗相應地減小，從而可以大大降低性能的劣化，特別是由氣隙導致的磁導率的劣化。一般來說，考慮到制造工藝，在一些昂貴且高導磁率的材料中減小氣隙是不容易的，因此盡管制造成本高，但是獲得的導磁率低于預期，并且性能亦將低于預期。然后，對該圓形磁芯進行熱處理和浸漬(S203)。在該步驟中，熱處理和浸漬過程可以以任何順序進行，例如，熱處理可以在浸漬過程之后進行或之前進行，或者熱處理和浸漬過程可以同時進行。熱處理和浸漬的具體條件采用磁芯的一般處理方法，因此這里不進行詳細描述。然而，本發明的熱處理工藝在該工藝期間不進一步添加鈷而進行，并且當通過熱處理工藝使鋼板本身的電阻含有最少量的鈷時，可以保持均勻的密度和非高飽和感應特性。此外，浸漬工藝優選為真空浸漬工藝，并且真空浸漬工藝可以使圓形磁芯的氣隙最小化。因此，如圖1所示，根據本發明的磁芯與一般的磁芯或電感器相比改善了低功率配電線路電流中的特性，并且可以具有相對較低的飽和特性。然后，將經熱處理和浸漬的磁芯切割以形成可分離磁芯(S204)。在該過程中，在與磁芯的卷繞方向正交的方向上切割磁芯。也就是說，在磁芯沿著切割方向和與磁芯100的切割方向正交的方向上被固定的狀態下，磁芯被切割成具有半圓形形狀。切割工藝是用于制造可分離磁芯的工藝，其可以安裝到電源線路或從電源線路移除，而不管電源線路的狀態如何，并且參考圖4和圖5進行詳細描述。圖4是在切割過程中切割的磁芯的透視圖，圖5是示出通過切割磁芯而變化的B-H特性的變化的曲線圖。如上所述，可通過最小化冷軋磁性合金(例如鎳-鐵)中的鈷含量而不在熱處理工藝期間添加鈷(Co)成分，以較低成本的方式提供非高飽和感應特性。然而，當切割磁芯以制造可分離磁芯時，由于切割表面之間的間隙而產生磁阻，導致磁通量泄漏。如圖4所示，當兩個磁芯聯接在一起時，可以通過兩個磁芯100a和100b的切割表面102之間的切割部分形成間隙。切割表面102之間的這種間隙對應于這樣的效果，即，在電力線路中產生的磁場的環路根據尺寸而增加，以呈現與如圖5所示的B-H特性的變化那樣相同的效果。特別地，低功率線路電流中的特性降低，即，可以降低低功率線路電流中的發電。在本發明的實施例中，在磁芯沿切割方向和與磁芯的切割方向正交的方向上固定的狀態下，將磁芯100切割成具有半圓形形狀。也就是說，磁芯的切割表面102之間的間隙最小化，使得由間隙引起的磁阻可以減小。因此，可以保持磁芯的良好性能，而無需在間隙中添加另一磁性材料或氧化物，以最小化在切割表面102處泄漏的磁通量(參見圖5A)這通過允許磁芯具有低電感而減小磁芯的諧振頻率，但是不涉及嚴重的問題。因為功率CT的操作頻率是電源頻率，而且通過允許保持磁性物質的固有磁導率而在低功率線路中電流表現出更有效的特性。圖6是詳細描述切割處理的具體示例。圖6是示出用于執行圖2所示的切割處理的切割夾具的透視分解圖。如圖6所示，用于切割磁芯100的夾具通過使用螺栓和螺母40和50將圓形芯10組裝并固定在導板30和固定板60之間而固定到基座20的頂表面。當圓形芯10處于如上所述的固定狀態時，切割裝置，例如插入到用于切割目的的槽30a或60a中的設置在引導板30或固定板60上的諸如電火花機的線路，切割磁芯朝向正交于磁芯的纏繞的方向移動。如上所述，在導向板30和固定板60中形成切割槽30a和60a，此外，分別形成用于安裝磁芯的一個表面和另一個表面的其它的槽60b。因此，芯10插入設計成適合于芯的尺寸的安裝槽60b中，并且通過諸如螺栓40和螺母50的固定裝置組裝，使得芯10完全固定在基部20的頂表面上。因為切割夾具被同時固定到X軸(切割方向)和Y軸(與切割方向正交的方向)，所以目標芯10被切割成圍繞預定中心的完全半圓形形狀，以便在切割過程中強制的動力不平衡被最小化，并且可以保護芯部10免于變形。本發明不限于使用圖6所示的切割夾具切割芯的方法。優選在切割方向和與切割方向正交的方向上切割磁芯固定的磁芯。再次參考圖2，提供冷卻劑的同時拋光磁芯100的切割表面102。拋光工藝是用于使磁芯100的切割表面102的間隙最小化以及使磁芯100的耦合表面相等的工藝，并且在磁芯的切割表面102的三維平面被固定以均勻地平整后，通過用磨石磨削切割表面來拋光切割表面102。參考圖7更具體地描述這種拋光工藝的具體實例。圖7是表示用于進行圖2的研磨工序的研磨夾具的動作狀態的立體圖。如圖7所示，用于拋光磁芯100的切割表面102的拋光夾具包括限定水平表面的基板20，安裝成接觸磁芯10的頂表面和底表面的一對頂部和底部固定板60在與磁芯10的軸線方向正交的方向上延伸，并且被安裝為沿著磁芯的軸線方向移動，同時磁芯10的切割表面朝向上方向放置，并且其中固定板、側板40與磁芯10的側表面緊密接觸并與基板20組裝，以保持磁芯10的切割面(11)的水平性；中心板30，其設置在磁芯之間，以與一個磁芯的頂表面和另一磁芯10的底表面緊密接觸，并安裝在基板20的上表面上。該過程的順序開始于將中心板30放置在適合于磁芯10的尺寸的位置，并且將穿過調節滑塊23的槽22a的調節螺栓23旋擰到中心板30，以固定中心板。當將磁芯10放置在支撐基板21上時，調整側板40的高度以適應磁芯10的尺寸，并且側板通過擰緊螺栓25來固定，同時磁芯10的頂表面和底表面與中心板30的指針31接觸，并且在支撐基板21上調節磁芯10，以確保磁芯的切割面11設置為平行于側板40。然后，固定板60的指針61通過轉動支撐桿50的手柄52而移動，以與磁芯10的頂表面和底表面緊密接觸，以這種方式固定磁芯10。當磁芯10固定時，拋光過程開始。對于拋光工藝，基板20以電子方式或通過夾具固定到拋光裝置，而磁芯10處于對夾具的固定狀態。在這種狀態下，磨石200向下移動以開始如圖7所示的拋光過程。本發明不限于使用如圖7所示的用于拋光的拋光夾具的方法。但是可以包括任何優選方法，由此在固定狀態下拋光磁芯的切割表面使得切割表面的三維平面被均勻地平整。圖8是根據比較樣品(a)和實施例樣品(b)的可分離磁芯的照片。比較例(a)和實施例樣品(b)的磁芯通過相同的方法，用具有不同鈷組分的不同硅鋼板制造。以這種方式制造的磁芯在圖8a和8b中示出，并且實施例樣品(b)含有的鈷量比對比樣品(a)少約50％。比較例和實施例之間的輸出特性示于圖9中。圖9是表示圖8所示的磁芯的輸出特性的比較圖。如圖9所示，具有低飽和特性的磁性材料制造的磁芯(b)在低功率線路電流中表現出高功率特性，并且由于磁飽和點低，在高電力線路電流中表現出相對低的輸出值。該特性可以執行主要作用，以防止功率CT驅動比電子系統所需的更高的無保護功率。表一功率線路電流(毫安)比較例(瓦)實施例(瓦)100.010.23150.861.55202.33.35305.857.07401011.25013.6915.36017.117.7701818.5801920.7+9021231002224.3815026.326.8420027.828.325028.8729.130029.2329.14如圖9和表1所示，通過本發明的實施例制造的磁芯與現有情況相比在低功率線路電流中具有更高的功率特性，并且由于其更快地達到磁飽和狀態而呈現相對低的輸出值。通過這種方法，可以制造具有容易調節的輸出功率的高效率可分離電感裝置，其具有在低功率線路電流中的高特性和在高功率線路電流中的飽和感應特性。此外，通過這種方法，在現有的磁芯制造過程中制造具有非高飽和特性的可分離電磁感應裝置，該非高飽和特性防止發生不規則感應電壓，從而向負載側提供穩定的電力，并且具有可以在熱處理工藝中不使用鈷的情況下以廉價的成本制造適合于非高飽和特性電源的器件。以上僅為本發明較佳的實施例，并非因此限制本實發明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本實用新型說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護范圍內。當前第1頁1 2 3