椭园形铁芯
——打造新一类高压变压器
Oval core

1.概述
我们可以这样认为，电子变压器的发展很大程度上依赖于铁心结构形式的改变。从铁心的演变历史中可以看出，铁心的结构形式从ED型——CD型（OD型）——R型，电子变压器的磁性能、电性能以及机械加工性能得到了一定程度的进步。（如图1）

比较一下：
（1）ED型：
虽然其各种性能差些，但目前因其材料成本、加工成本都很低，仍然有很大的市场。
（2）CD型：
由于其线圈绕制、铁心装配方便以及性能价格比最优，是目前应用最广泛一类。
（3）R型：
由于铁心十分接近园截面和较大窗高、心柱比而以其优异的磁性能，应用愈来愈广。
（4）OD型：
是最理想的铁心形状，没有应力作用，能够再现铁心材料的原有性能。目前精密软磁合金、超微晶等软磁材料均制造成环形铁心就是这个道理。

2.椭园形铁心

为了综合这些铁心形式的优点，我们拟采用新形式的铁心——椭园形铁心。（见图2）
a.这种椭园形铁心，可以通过结合CD型和OD型形成一类。也可以通过结合R型和OD型形成另一类。
b.椭园形铁心的磁性能和电性能与OD型一样最理想，而且其机械制造、安装形式又与CD型、R型一样方便。
因此，如果我们精心地设计好铁心的配套件以及安装件，将椭园形铁心形成系列化、标准化，椭园形铁心将可以成为新一类电子变压器的铁心。特别在用坡莫合金、非晶、超微晶等薄带卷绕的铁心中，椭园形铁心的磁性能将得到充分的利用和发挥。

3.应力比较
图2中CD/R型铁心应力影响是非常明显的，其产生的损耗约为总铁损的1/3，而且随钢带越薄应力的影响越大（如超微晶铁心，其应力铁损很大）。椭园形铁心完全消除了这种应力的影响。

4.高压变压器

图3是CD/R型铁心和椭园形铁心卷绕线圈后比较，椭园形铁心的窗口利用率低。但对高压变压器来说，这多余的窗口正好可以利用上。增大了耐压空间，同时也消除了因拐角产生的尖角，使线圈的高压与铁心之间的电压成梯度增长，匀场效果极为显著。

5.准椭园形铁心

为了改善椭园形铁心窗口的利用率，我们将铁心设计成近似为椭园形，称为准椭园形铁心（图4）。这可以根据电压的高、低以及用户的实际要求来确定。

6.椭园形铁心与常规铁心

如果仅仅将CD/R型铁心倒角加大（根据一些数据统计，CD/R铁心的倒角R大于10mm以上时，才能与椭园形铁心性能相当），那么同样大小的线圈就无法安装。如果将铁心两端拉长，那么它就和准椭园形铁心一样（见图5）。

7.铁心的制造
从上述的分析中，我们不难看出，制造椭园形铁心并不困难，其基本设备和基本工艺与原来一样。比如：用硅钢制造的铁心，只要将原来制造CD型和R型铁心的心子换一换，即将矩形心子换成椭园形或准椭园形心子就能制造了。
为了制造高频、高压变压器，我们采用不锈钢作底筒，取代常规的心子，直接在不锈钢底筒上绕制超微晶薄带。这样，增加了铁心的有效截面，降低了漏磁，增大要绕线空间，使铁心的性能更加完美地得到再现。同时，减小了变压器的体积和重量。

8.按装方式

卧式：采用R型铁心相似的结构安装件。竖式：采用与CD型铁心相似的结构安装件（如图6）。
9.结论与探讨
目前，我们对椭园形铁心做了一些的比较试验。希望以后能做更多具体的工作，以更详细的数据来说明椭园形铁心的优势。虽然椭园形铁心也有许多不足之处，如其磁路长度比常规铁心长一点，铁心的体积和重量均增加了一点。但从总体上来看，用椭园形铁心制造高压和高效率的高频变压器具有很大的优势。在同一功率、同一高电压量级的情况下，用椭园形铁心制造的高压变压器的体积和重量比常规高压变压器还要小一点。
最近，在国际上，有一些磁性材料和铁心的生产企业也推出了用超微晶制造的椭园形铁心系列。如：德国的VAC公司，他们不仅能制造超微晶的椭园形铁心，而且能对铁心进行很好的切割，使其铁心能得到广泛的应用。还有些铁氧体生产企业，也同样地制造了铁氧体椭园形磁心系列产品，以迎合各种变压器的需要。如我国的NCD（新康达磁业）公司等等。
因此，椭园形铁心值得在国内的变压器行业中推广与应用。特别是在高频、高压、高效的变压器中更应广泛地推广和应用。

参考文献
[1] 电子变压器手册 辽宁科学技术出版社
[2] 新康达磁心应用指南 NCD公司
[3] Advanced materials-the key to progress VAC公司
[4] Additional losses in high frequency magnetics
due to non ideal Rudy severns