专利名称：用于控制磁通量的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对包括磁连接磁芯的电磁系统中的磁通 量进行控制的设备。本发明还涉及一种用于对包括磁连接磁芯的电磁系统中的磁 通量进行控制的方法。
背景技术：
电磁应用中的磁通量控制可以用于改变例如变压器的电装置 中线圏之间的链接路径，并由此在其功能性的某个方面实现所需的改 变，例如电压或阻抗的改变。交叉场磁饱和可以用于限制总的有效通量或者用于交换通过或经过电磁电机中线圏的通量5^，但这种方法不能很好地适用于连 续控制。为了线圏之间磁通量的连续重新分配，可以使用旋转电机转子 的受限角位移。本发明旨在提供用于控制磁通量的改进设备和控制磁通量的方法。 发明内容根据本发明的第 一方面，提供了 一种在磁芯之间设置了体积空 间(volume)的设备，其中该体积空间包括可控制的磁通量区域， 而且该磁通量区域包含呈现相对磁导率(permeability)的磁性材料， 该相对磁导率可以通过影响材料的温度来改变。通过利用以下事实，即可以通过改变热磁材料的温度及通itxt 充满适当选择的热磁材料的体积空间中的温度分布进行控制，可以在磁导通与磁不导通之间切换热磁材料，来获得链接例如两个定子的连 续可控制的磁通量路径模式。根据优选实施例，该系统是包括具有对置磁极的磁芯的多相系 统，该对置磁极关于彼此是固定设置的，且体积空间设置在对置^^极 之间，所述体积空间包括可控制的磁通量区域。以这种方式，不需要大的移动部件就实现了与定子的M相对 位移相同的效果。根据优选实施例，体积空间被划分成矩阵并包括用于控制每个 矩阵元温度的装置，以便关于量值和/或方向来控制通过体积空间的 磁通量。通过将体积空间划分成矩阵，可以通过活性材料的加热/冷却 来控制温度分布，优选地是利用通过活性材料的通道，并通过受适当 阀门控制的热流体通量来控制温度分布。根据优选实施例，磁性材料由居里点位于设备工作温度范围之 内并在所述温度范围中呈现顺磁性的材料组成。由此，可以使用可以获得的加热和冷却介质源。根据优选实施例，磁通量区域包含Gd (钆)，Gd呈现相对磁 导率大大依赖于温度的属性。已经证明元素钆(Gd)是特别适于根据优选实施例的磁区域 的材料。这是基于对作为铁磁材料的钆具有低居里温度的独特属性的 认识，钆的居里温度实际是292°K，对应于19°C。居里温M—个 界P艮，在其之上铁磁材料呈现正常的顺磁性能。这意味着当其温度在 居里温度周围变化时，钆的磁导率会改变。因此，对于钆，可以认识 到如果温度在室温周围及之上变化，磁导率是可以控制的。钆的一种 特殊属性是,在居里点之上间隔内的小温度变化也会使磁导率发生显 著的变化。例如，通过温度从20。C到40。C的改变，相对磁导率可 以从1000到1的量级改变。根据优选实施例，包含Gd (钆)的磁通量区域掺杂了影响晶 ;^对称性的物质和/或掺杂了影响其磁相变温度的物质。材料中的固 有磁耦合受到影响。由此，设备的磁通量区域针对在优选温度间隔的控制进行了优化。根据优选实施例，掺杂剂是一种或多种属于稀土元素族的物 质，例如La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu。根据优选实施例，用于温度控制的装置适于在20°C到150°C 之间，优选地是在30°C到70°C之间，改变矩阵元的温度。这个温度范围与工业上通常可以获得的热与冷却源一致，il^ 经济上讲是个技术优点。根据优选实施例，磁芯中的各个磁极设置有磁极线圏，这提供 了改进调节的可能性。根据本发明的第二方面，提供了一种方法，其中通过改变设置 在磁芯之间的体积空间的磁通量区域中磁性材料的温度来控制磁通 量，该磁性材料呈现高度依赖于温度的相对磁导率。根据优选方法，磁性材料的温度在20°C到150°C之间变化， 优选地是30°C到70°C之间变化。根据优选方法，可以进行控制而没有磁耦合磁芯之间的任何相 对机械移动。由此，通过改变体积空间中的 一个或多个磁区域的温度来进行 体积空间中磁通量的控制，相应的区域包含关于温度变化提供相对磁 导率显著变化的材料。
以下以仅作为例子的形式更为详细地参考附图来描述本发明的实施例，其中图1示意性地示出了根据本发明实施例的设备中具有>1^极行 的对置磁芯；图2示出了根据图1的示意设备，但是该示意设备处于不同的 控制位置；图3示出了根据本发明实施例的被划分成具有矩阵元的矩阵 的体积空间；以及图4以曲线图的形式分别示出了一些稀土金属关于绝对温度 的铁磁居里点和奈耳点。
具体实施方式
在图1中，101和201是三相磁系统中的磁芯，该三相磁系统 具有分别对置的>^极行102r、 102s、 102t和202r、 202s、 202t。图中 只示出了磁极行的一个截面。磁极线圏(未示出)设置在相应的磁极 周围。对置磁极行关于彼此是固定的，体积空间103设置在对置的 磁极行之间。体积空间103包括可控制的磁通量区域。图3示出了体积空间103是如何被成形为包括矩阵元104的 矩阵的。每个矩阵元由磁性材料组成，且其温度由设置在矩阵元中的 热交换介质的通道105单独控制。通过控制矩阵元104的温度，由该 体积空间在量值和/或方向上影响磁通量。可以实现这点是因为，矩阵元中的磁性材料包括其居里点位于 设备温度工作范围之内并在所述温度范围内呈现顺磁性的材料。通过对体积空间的矩阵元中相对磁导率的单独控制，可以关于 对置磁极的中心线实SMt通量的位移。所实现的控制区域如图l和2 所示。在图1中，将体积空间中标记为A的矩阵元设置成低温，这导致这个区域中材料的高相对磁导率，因此这个区域中的体积空间变得磁导通。因此，磁极行102r、 102s和102t及对置磁极行202r、 202s 和202t之间的磁通量集中到图1中由紧密的磁通线所示的这些区域。另一方面，将体积空间中标记为B的矩阵元设置成高温，这 导致这个区域中材料的低相对磁导率，因此这个区域中的体积空间不 会变成磁导通。因此，这个区域的磁通量变得非常低，如图1中的稀 疏的磁通线所示。在图2中，将体积空间中标记为C的矩阵元设置成低温，这 导致这个区域中的体积空间变得磁导通。将体积空间中标记为D的矩阵元设置成高温，这导致这个区 域中的体积空间变得弱磁导通或不磁导通。因此，在磁极行102r、 102s和102t之间控制了磁通量，而不是在对置>^极行202s 、 202t 和202r之间。由此，可以i人识到在电系统中实现了相移。类似地，例如，可以将体积空间中的所有矩阵元都设置成高温， 由此对置磁极之间的磁通量变得非常低或者终止。同样，还可以将体 积空间中的所有部分都设置成低温。图l和2示出了可实现相移功能的两个位置，但可以i^识到本 发明实施例使得可以任意且单独地控制各矩阵部分的温度，由此在具 有磁极的两个磁芯之间实现期望的磁通量导通，且这不需要>#极行的 任何相互的;Wfe位移。图4以曲线图的形式示出了一些稀土金属的磁居里温度。绝对 温度(°K)在Y轴示出，X轴则示出了根据4f的电子数所指示的属 于稀土金属的元素。这些元素是La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dv、 Ho、 Er、 Tm、 Yb和Lu。标i己为NP的曲线示出了 这些材料的奈耳温度，而标记为FCP的曲线示出了这些材料的铁磁 居里温度。该图尤其显示釓是这些物质中具有最高居里温度的物质，即大约为室温。以上将本发明的实施例描述为三相系统，但本发明还适用于单 相系统及其它多相交流系统。在以上描述中，本发明的实施例被示例为对电磁设备的控制， 其中在设置有磁极的磁芯之间控制磁通量，该磁极设置有磁极线圏。利用本发明的实施例，也可以控制任意>^路的磁通量。在设备打算工作在不同温度的情况下，例如对于超导应用，可 以选择、尤其是基于图中的数据来选择合适的材料作为矩阵元。通过理解此处的所述教导，本领域技术人员显然可以认识到， 在不损失所寻求效果的情况下，在此所给出的任何范围或设备值都可 以被扩展或改变。本申请要求2005年9月29日的瑞典专利申请No.0502169-6 及2005年11月29日的瑞典专利申请No.0502715-6和No.0502716-4 的优先权，其公开内^it过引用合并于此。
权利要求
1.一种用于对包括磁连接磁芯的电磁系统中的磁通量进行控制的设备，其特征在于所述磁芯之间设置了体积空间，其中所述体积空间包括可控制的磁通量区域，所述磁通量区域包含呈现相对磁导率的磁性材料，其中所述相对磁导率可以通过影响所述材料的温度来改变。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于所述系统是包括具有对 置>^极的磁芯的多相系统，其中所述对置磁极彼此相对固定设置， 所述体积空间设置在所述对置>^极之间，所述体积空间包括可控制 的磁通量区域。
3. 如权利要求1 - 2所述的设备，其特征在于所述体积空间被划分 成矩阵并包括用于控制每个矩阵元的温度的装置，以便关于量值和 /或方向来控制通过所述体积空间的磁通量。
4. 如权利要求1 - 3所述的设备，其特征在于所^性材料包含居 里点位于设备工作温度范围以内并在所述温度范围以内呈现顺磁 性的材料。
5. 如权利要求1 - 4所述的设备，其特征在于所U通量区域包含 Gd (钆)。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于包含Gd (钆)的所U 通量区域掺杂了影响其晶格对称性的物质和/或掺杂了影响其磁相 变温度的物质。
7. 如权利要求6所述的设备，其特征在于掺杂剂是属于如La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb、 Lu的稀 土元素族中的一种或多种物质。
8. 如权利要求1 - 7所述的设备，其特征在于所述用于温度控制的 装置适于在20°C到150°C之间、优选地在30°C到70°C之间改变 所述矩阵元的温度。
9. 如权利要求1 - 8所述的设备，其特征在于所逸磁芯中的各个磁 极设置有磁极线围。
10. —种控制电磁系统中磁通量的方法，其中所述系统包括磁连接 的磁芯，其特征在于通过改变设置在所逸磁芯之间的体积空间的磁 通量区域中磁性材料的温度来控制磁通量，所述磁性材料呈现高度 依赖于温度的相对磁导率。
11. 如权利要求11所述的方法，其中所U性材料的温度在20°C 到150°C之间、优选地在30°C到70°C之间变化。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于在没有磁耦合磁芯之间 的任何相对机喊移动的情况下进行所述控制。
全文摘要
一种用于对电磁系统中磁通量进行控制的设备，其中该系统包括磁连接的磁芯，在磁芯之间设置了体积空间。该体积空间包括可控制的磁通量区域，该磁通量区域包含呈现相对磁导率的磁性材料，该相对磁导率可以通过影响材料的温度来改变。磁性材料包含居里点位于设备工作温度范围以内并在所述温度范围以内呈现顺磁性的磁性材料。还描述了控制磁通量的方法。
文档编号G05F1/32GK101278249SQ200680036165
公开日2008年10月1日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月29日
发明者斯特凡·约翰松, 米卡埃尔·达尔格伦, 贡纳尔·鲁斯贝里 申请人:Abb研究有限公司