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去磁方法

xiaoxiao2020-08-01  2

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专利名称:去磁方法
技术领域
本发明涉及一种将外部激励串联共振电路的交变磁场中的铁磁元件去 磁的方法,具有关联共振频率的所述外部激励串联共振电路包括至少一个具 有非负载电感的去磁线圈,所述去磁线圈串联至少一个具有关联电容的第一 电容器,并联能够提供具有可调节激励频率和固定电压幅度的电源电压的电 压源。
背景技术
通过拉长线圈将待去磁材料连续输送时,拉长线圈用于将铁磁部分去
磁。线圈连接到频率和幅度恒定的AC电压,AC电压通常直接从电力网 (mains)引出。在实体进入线圈时,待去磁材料承受交变方向的磁通量不断 增加,直到在线圈中心磁场达到最大值。所述材料被磁场交替地循环贯通。 已知的方式是,达到最大值后交变磁场的幅度逐渐减小,从而产生去磁效应。
贯通线圈的磁场在线圈中感应出电压,这个电压与提供的电源电压相 抵。根据磁感应定律,这个反馈表现为与提供的频率成比例。此外它还是线 圈中铁磁材料质量的函数。由于电感的增加相关地受到被影响材料的磁饱和 的限制,所以这个作用是非线性的。
因此,线圈代表可变电感,电感的值是待去磁材料装入量(charging) 的函数。与之相关的两个问题是本发明想要解决的问题。
第一个问题是由于电感与线圈的功能有直接关系。为了获得与特定磁场 强度相应的特定电流,与通过直流电供电相比,线圈的电源电压应根据频率 明显更高。在交流电的术语中被称为视在功率的、由供电电源提供的功率比 被称为有效功率的、高效的有效功率高得多。因此,电压源应当提供的、关 于电压和电流(与频率成比例)的功率比用直流电产生相应的磁场必须提供 的功率高得多。
对于视在功率约达到5 kVA的小型去磁线圈,通常直接从电力网电压供电。用像在其它电感用电设备中一样的已知设备对连接小型去磁线圈的无功 电流的消耗进行补偿。功率越高,经变换器供电的线圈的频率越低,例如为
20 Hz。因此对电压和视在功率的要求降低。由于去磁过程要求特定次数的 振荡来延迟磁场,所以频率越低,它持续的时间相应地越长。作为降低所需 视在功率的措施,降低频率相应地会导致降低产量。
第二种方案包括给线圈添加电容器,形成串联共振电路,如图2所示。 与线圈串联连接的电容器设置为使得在供电频率时发生共振。由电容器提供 由于磁场的反馈而产生的感应电压。供电电源只提供与线圈的欧姆电阻相应 的有效功率(如图l所示)。因此,线圈的功率要求变为与频率无关,现在 只要考虑去磁过程本身来选择频率。但是,如果线圈的电感保持恒定(这在 装入材料时不能保证),这个方案只能在固定频率下进行。因此,该方案需 要特别措施来适应供电频率。
第二个问题在于线圈的电感是待去磁材料及其装入量的函数。供应恒定 的电压和频率时,作为线圈装入量的函数,线圈的吸收电流下降,导致去磁 过程的条件改变。实际上,直接由电力网供电的去磁线圈因此只得到弱的利 用,也就是说,与线圈的尺寸比较,只有小部分材料横截面被利用。另一方 面,在欧洲专利申请05 027 030.5中所述的方法提供一种经由变换器和串联 电容器的供电,频率自动跟踪串联共振电路的共振频率。这样,通过自动跟 踪频率,考虑去磁线圈的不同电感,上述两个问题都得到解决,但是电路的 费用不菲。
DE3005927使用改进的调节技术,使得提供给共振电路(包括电容器和 去磁线圈)的电源电压的频率被调节为连续跟踪共振电路的共振频率。这些 改进只有通过改善调节技术才能实现,对共振频率的调节导致通过去磁线圈 的电流量可能达到最大值,进而使交变磁场达到最大值。

发明内容
本发明涉及一种相对于现有技术显然更简单的电路,该电路一方面满足 了对去磁线圈视在功率的高要求,另一方面以这样的方式考虑它的可变电
感提供了去磁过程的可复制条件,并且与载入量无关。
通过这种方法,可在基本上恒定的处理条件下以从0到将近100%的填充程度运行去磁线圈,不需要以填充/空心线圈的控制/调节电路或者开/关序 列的形式的附加技术费用。因此,以最佳可能方式利用去磁线圈的磁通量。 去磁线圈可紧密包围材料,保持相对较小的尺寸。这样能够获得关于能量效 率的最佳去磁。
本发明的另一目的是提供一种故障保护和几乎免维修的去磁方法。 权利要求1的技术特征包括实现上述目的的方法。根据本发明方法的优
选实施例由从属权利要求得到,这些从属权利要求的特点如参照附图的以下
说明书所述。


下面结合附图描述本发明。
图1示出根据现有技术的串联共振电路的电流/频率特性以及阻抗/频率
特性;而
图2示出用于根据本发明方法的串联共振电路的示意图; 图3示出具有空心去磁线圈的串联共振电路的电流/频率曲线中工作范 围的位置;以及
图4示出对应于根据本发明的方法,在由电源电压外部激励的串联共振 电路中可获得的交变电流幅度以及线圈电路中的交变电流幅度作为填充程 度的函数;
图5示出流动交变电流、关联的总电感变化以及电源电压的变化作为彼 此相关的时间的函数。
具体实施例方式
这里提出的去磁方法利用贯通电流的去磁线圈2的交变磁场,具有无负 载电感L0的去磁线圈2是串联共振电路1的一部分,串联至少一个具有电 容C的第一电容器4。去磁线圈2包括多个绕组,优选地尽可能密集地缠绕, 以获得高磁场强度,并且,根据本实施例可具有圆柱形或矩形结构。去磁线 圈2具有中空的内腔,待去磁元件在内腔中可沿着线圈的纵轴方向移动。在 其它实施例中,去磁线圈2可由多个单独缠绕的去磁线圈2构成,这些去磁 线圈2相互连接使得它们的集合体形成磁场。在这些实施例中,待去磁的铁磁元件相应地通过已有去磁线圈2的集合体的内腔。
己知串联共振电路1具有阻抗Z,这可以通过各元件和供电线路的欧姆 电阻R、由空心去磁线圈2的无负载电感L0和附加电感确定的总电感L、以 及串联共振电路1的总电容、第一电容器4的电容C和起作用的附加电容计 算得出。通常,串联共振电路1的总欧姆电阻象征性地用电阻R表示。
提供具有可调节激励频率f的恒定AC电压(即电源电压U)的电压源3 与去磁线圈2并联连接,从而连接去磁线圈2的一极和第一电容器4的一极。 由于本方法不需要主动调节,所以对电压源3的要求不高。电压源3必须提 供恒定的峰到峰(peaktopeak)电压幅度,并且电源电压的激励频率必须在 大约1 Hz至100Hz的频率范围内可任意地调节到一个恒定值,以在1 Hz至 100 Hz的激励频率f下将电压源3用于期望的去磁过程。在2 Hz至50 Hz 的激励频率f下的实验已给出最佳结果。
图1示出串联共振电路1的已知电流/频率曲线K,根据对激励频率f的
选择获得流动交变电流I。可清楚地看出共振频率fK,因为在f二fR处阻抗达
到最小值,所以串联共振电路l的流动电流I取电流最大值In。共振频率fR 与无负载电感LO乘以电容C得到的乘积的倒数(inverse)成比例。已知用
这个计算方法能够估计出共振频率fR。
如果将元件通过去磁线圈2的内腔,则去磁线圈2的内腔被填充到一定 的程度,使得由空心去磁线圈2的非负载电感L0和补充元件的辅助电感L1 组成的总电感L因此而增加,导致串联共振电路l的共振频率fk下降,这可 以在电流/频率曲线K的移位中看出。因为在去磁过程中补充元件的辅助电 感L1也在变化,所以这个效应导致去磁过程中共振频率fR的动态移位。
当达到这一点所使用的去磁设备已经将激励频率f准确、连续地调节到 变化的共振频率fR,以获得通过去磁线圈2的最大可能电流(即电流最大值 IR)时,这里所述的方法按照另一途径。在整个去磁过程中,将激励频率f 保持在工作范围5内低于共振频率fk的一个恒定值。
只要激励频率f在工作范围5内,就达不到电流最大值lR,从而达不到 磁场最大值。实验表明,达到这一点所使用的去磁方法中出现的电流最大值
lK对于获得良好的去磁效果并非绝对必要,在较低的磁场强度下元件可能就
己经获得充分的饱和。在这里提出的去磁方法中,对于具有已知无负载电感L0的给定去磁线 圈2和具有已知电容C的至少一个第一电容器4,将激励频率f设定为使得 激励频率f (Hz)乘以无负载电感L0 (亨利)的乘积大小满足
如果使用电源电压U和在工作范围5内的激励频率f从外部激励串联共 振电路,使得/*^0大于或等于0.22[他*//],那么即使去磁线圈2的内腔被充 满,可能的交变电流幅度I也达不到电流最大值In。结果为通过图3的激励 频率f的工作范围5中的串联振荡电流1的稳定电流通量,图3的激励频率 f小于图1的电流/频率曲线的电感范围中的共振频率fR。
只要所选择的激励频率f与无负载电感LO相乘得到乘积满足 /*丄(^0.22[他*//],则该激励频率的值处于工作范围5内,因此即使去磁线 圈2的内腔被填充至90%,该激励频率仍然小于共振频率fR,因此即使提供 最大电源电压,也不能获得电流最大值In。因为没有达到电流最大值lR,所 以该串联共振电路1中的电压源3在最佳工作点运行。
如果将电压源3的电压幅度以及电源电压U的激励频率f设定为与乘积 /*£^).22[抢*用相应的期望值,则电压源3连续运行,将恒定的AC电压提 供给串联共振电路l,从而在串联共振电路l中产生交变电流I,交变电流I 在通过去磁线圈2时产生交变磁场。在开始去磁前除了将激励频率f调节到 工作范围5内,不需要对串联共振电路1进行其它调节,也就是说不需要主 动调节和改变电子元件,因此可实现故障保护和几乎免维修的运行。
如果用电压源3从外部激励串联共振电路1,则去磁线圈2的内腔被连 续填充到约90%的填充程度。为此,将待去磁的铁磁元件从一端沿轴向放入 去磁线圈2,或相应地放入多个去磁线圈2。在它们穿过内腔后,元件再次 离开去磁线圈2。可将元件放在输送工具上自动地、单个地通过至少一个去 磁线圈2的内腔,或者用环形输送工具将元件多次地通过至少一个去磁线圈 2的内腔。也可以人工地输送待去磁元件。
去磁过程中,去磁线圈2的磁场贯通元件的多少在很大程度上取决于元 件的壁厚。元件内的单元磁铁对应于外部磁场交替变向。
图4中绘出串联共振电路1的电流/填充程度曲线,用RLC表示,示出 填充程度约50%时可达到的交变电流幅度最大值。曲线的上升可解释为由于共振曲线因总电感L的增加而向左移位,因此电流的大小增加。如果根据 /*丄^0.22[他*//]来选择激励频率f,则不会因填充程度的增加而实现共振。 由于所提供元件的辅助电感L1因去磁过程而不断减小,所以共振曲线和/或 共振频率进一步右移到更高的频率。
作为与串联共振电路的比较,图4中示出没有电容器的线圈电路的电流 /填充程度曲线RL。由于总电感L因放入去磁线圈2内腔的元件而增加,按 照这种线圈电路的阻抗公式,电阻明显增加,所以流动交变电流幅度在10 %的填充程度时明显下降。这些测量结果清楚地表明具有至少一个电容器4 的串联共振电路1的作用,这种串联共振电路1在填充程度约10%至50% 的范围内提供最佳去磁效果。
由于铁磁特性,元件具有增加了总电感L的辅助电感L1。当电源电压U 连续工作时,交变电流流过去磁线圈2产生交变电流,交变电流产生磁场贯 通元件,从而降低辅助电感L1。根据瞬时流动交变电流I的大小,当铁磁元 件达到最大贯通时,总电感L降低到可能的最小无负载电感LO。对于将元 件填充去磁线圈2内腔的简单时间周期,图5中示出该周期性过程。
一旦将元件移出去磁线圈2,起作用的磁场就降低,从而使元件的剩磁 降低到零。
根据上述实施例,可将元件沿着与一个或多个方向相同的去磁线圈2的 纵轴平行的输送方向放入,使元件通过去磁线圈2。实验表明,元件的输入 方向与至少一个去磁线圈2的纵轴有一个不为零的夹角也可以获得良好的去 磁效果。
在根据本发明的方法中,将去磁线圈2添加具有特定电容C的第一电容 器4来形成串联共振电路1 (如图2所示),并使用具有固定电源电压U和 激励频率f的电压源3来连续运行电路。将待去磁部分单个地、成组地、或 者以特定速度连续地流动通过去磁线圈2。串联共振电路1 (如图3所示) 被设定为等于提供的激励频率f,使得串联共振电路1没有装入待去磁材料 时的固有频率或者共振频率fR比提供的激励频率f高一个特定的绝对值。
利用作为本发明特点的这种特殊调节, 一方面,电路可在高效率下运行, 即视在功率的多余量低,另一方面,电路可利用与材料产量无关的去磁过程 的条件来运行。这是基于下列效应的相互作用。根据共振点周围串联共振电路的视在电阻曲线,去磁线圈2的电压U和电流I随着它受待去磁材料的穿 入而增加。其原因是由于总电感L随着材料的穿入而增加,导致固有频率fR 下降,从而导致串联共振电路l的共振点接近提供的激励频率f。
恒定电压供电时,线圈电流随着负载(待去磁材料)的增加而下降,与 之不同的是,电压和电流随着负载的增加而上升,直到大约50%的填充程度 (如图4所示)。这种上升一方面受共振曲线本身的限制,另一方面受放入 材料的磁饱和的限制。在待去磁材料更大程度上填充去磁线圈2的情况下起 决定作用的第二个效应同时保证剩磁最小的理想去磁过程。
如果以根据本发明的方法运行去磁线圈2,并填充以铁磁材料,则交变 电流I、电感Lo以及电源电压U取图5所示的形状。电感U对应于空气线 圈的电感。电感Li对应于作为未饱和铁磁材料结果的电感增加。
当激励频率f为50 Hz,磁场的贯通深度充分时,如果将频率调节到自 由振荡的串联共振电路1 (去磁线圈2未被穿入)的固有频率fR (在70 Hz 范围内),则可直接将第一电容器4串联连接到去磁线圈2。
实验表明,如果去磁线圈2的品质Q优选在范围0.04〈Q〈0.4[H/Ohm]中 时,可获得良好的去磁效果,其中,品质Q通过计算空心去磁线圈2的无负 载电感(单位为亨利)除以串联共振电路l的欧姆电阻R (单位为欧姆)的 商得到。如果用铜或铝作为去磁线圈2的线圈材料,则品质Q在0.005至0.4 H/Ohm的范围内,优选在0.005至0.2 H/Ohm的范围内。
数值实例
典型的RL结构包括并联的线圈和AC电压源线圈的电感L。二44mH, 欧姆电阻为0.7欧姆,工作电压为130VAC (有效值),工作频率为25Hz。 在不装入待去磁材料的情况下,流过线圈的电流为18.7A,并产生相应的磁 场。
装入铁磁材料至 7.5%的填充程度时,电流和相应的磁场下降到U.15 A (有效值)。
装入铁磁材料至 82%的填充程度时,电流和相应的磁场下降到3.9 A (有效值)。根据本发明,如果用。=330 uF的电容器4串联连接线圈,则 得到以下数值不装入待去磁材料的线圈的电感L()-44mH,欧姆电阻为0.7欧姆,工作电压为232VAC (有效值),工作频率为25Hz,流过线圈的电 流为18.7 A (有效值)。
装入铁磁材料至 7.5%的填充程度时,电流和相应的磁场上升到21.9 A (有效值)。
装入铁磁材料至 82%的填充程度时,电流和相应的磁场下降到16.1 A (有效值)。
附图标记列表
1串联共振电路 Z共振电路的阻抗 fR共振频率 R欧姆电阻
IR电流最大值,最大电流 2去磁线圈
L0空心去磁线圈的无负载电感 Ll所提供元件的辅助电感 L总电感(L=L0+L1) K电流/频率曲线 3电压源
f电源电压的激励频率 I交变电流 U电源电压 4第一电容器
c电^^ 5工作范围
RLC串联共振电路1的电流/填充程度曲线 RL外部激励线圈电路的电流/填充程度曲线
权利要求
1、一种将外部激励电串联共振电路(1)的交变磁场中的铁磁元件去磁的方法,具有关联共振频率(fR)的所述外部激励电串联共振电路(1)包括至少一个具有无负载电感(L0)的去磁线圈(2),所述去磁线圈(2)与至少一个具有关联电容(C)的第一电容器(4)串联,且与所述电压源(3)并联;所述电压源(3)能够提供具有可调节激励频率(f)和固定电压幅度的电源电压(U),所述方法的特征在于a)将所述激励频率(f)设定为使得单位为Hz的所述激励频率(f)乘以单位为亨利的所述无负载电感(L0)的乘积满足f*L0≥0.22[Hz*H],从而使所述激励频率(f)被限制在小于所述共振频率(fR)的工作范围(5)内,之后b)将所述电压源(3)以恒定电压幅度和固定激励频率(f)运行,以及c)将待去磁的多个元件连续移动通过所述去磁线圈(2),所述多个元件在所述去磁线圈(2)中必须处于限定的填充程度范围内。
2、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述去磁线圈(2)的品质优 选为0.04<Q<0.4,其中Q=L0/R[H/Ohm]。
3、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述多个元件分别沿着与所述去磁线圈(2)的纵轴平行的方向移进和移出所述去磁线圈(2)。
4、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述多个元件的输入方向与所述去磁线圈(2)的纵轴有一个不为零的夹角。
5、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述电源电压(U)的激励频率(f)在1 Hz至100 Hz的频率范围内。
6、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述电源电压(U)的激励频率(f)优选在2 Hz至50 Hz的频率范围内。
7、 如前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于所述填充程度 大于10%。
8、 如权利要求3所述的方法,其特征在于所述填充程度优选为约等 于50%。
9、 如权利要求1所述的方法,其特征在于所述方法在所述激励频率(f)固定、且所述电源电压(u)保持恒定后,不通过调节和控制,在连续运行中执 行。
10、 如权利要求1所述的方法,其特征在于用输送工具将所述多个待 去磁元件自动地、单个地通过至少一个所述去磁线圈(2)的内腔,或者用环形输送工具将所述多个待去磁元件多次地通过至少一个所述去磁线圈(2)的内腔。
11、 如权利要求l所述的方法,其特征在于将待去磁的所述多个元件 人工地通过至少一个所述去磁线圈(2)的内腔。
全文摘要
提出一种将外部激励电串联共振电路的交变磁场中的铁磁元件去磁的方法。具有激励频率(f)的电源电压设置为与串联共振电路的具有无负载电感的去磁线圈并联,因此交变电流(I)流过所述串联共振电路(1),从而产生交变磁场。在适当地选择激励频率(f),使得单位为Hz的所述激励频率(f)乘以单位为亨利的所述非负载电感(L0)的乘积满足f*L0≥0.22[Hz*H]的情况下,所述激励频率(f)处于工作范围(5)内,可用该串联共振电路(1)将通过去磁线圈(2)内腔形成一定填充程度的元件去磁,而不需要其它调节技术。如果这样选择激励频率(f),就可能实现连续运行,即使在填充程度高的时候所述串联共振电路(1)也不会达到共振频率(f<sub>R</sub>)。
文档编号H01F13/00GK101286405SQ200810080529
公开日2008年10月15日 申请日期2008年2月21日 优先权日2007年2月21日
发明者阿尔贝特·莫伊雷尔, 马雷克·罗纳 申请人:阿尔贝特·莫伊雷尔

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