旋阀结构可变磁阻器

人们从电阻这一物理量中引申出了对应的元件电阻器，方便了电类参数的调节；磁阻R_m也是物理量，但与之对应的元件却鲜有报道，磁类参数也难以直接且无级地调节．磁阻的定义表达式、单位和量纲分别为R_m=l/(μμ₀S)、H^-1和L^-2M ^-1T ² I ²，电感的定义表达式、单位和量纲分别为L=(NΦ)/I、H和L²MT ^-2I ^-2，两者的单位和量纲均互为倒数的关系在调节磁阻或电感时常被用到，其主要的调节策略及其结构缺陷有^[1-3]：(1)线圈抽头------能按预设的匝数比改变电感量，属有级调节，在高压大电流的工况下需要断流量和断流容量均很大附属开关来投切线圈；象调压器那样滑动地改变匝数虽能连续地调节电感量，但带负载调节匝数会产生火花，既限制了容量又难以满足防爆要求．(2)外加励磁------控制附加线圈中的电流可改变磁路饱和程度，能实现无火花且连续地调节电感量，其铁芯结构有同磁质的田字形、立体EU形、三相18柱12芯和异磁质的旁路组合之分，它们的共同特点是通过采取共用磁路部分对冲或交互垂直等措施减少了交直流间的干扰，但是仍然有半波局部饱和、交越失真、电磁干扰大和动态响应慢等结构缺陷；调节特定次谐波电流来改变该频段感抗的策略虽无偏磁之虞，但有需特定的变流装置和线圈间扰动大等问题．(3)改变气隙------虽然可直接调节磁阻改变电感量，但噪音大、敏感尺度小和直线调节精度低；用非铁磁质取代气隙可减小噪音，多级式磁阀具有电流分段饱和特征，再加上直流线圈还可实现无级调节控制，不但会随之带来前述附加线圈的若干缺点而且存在着输出与自变量直流电流平行的盲区；将永磁体作气隙形成预偏磁干预主磁路，能构筑大电流高感抗区域限制短路电流，并可减小继电器类器件的体积和损耗，但却均只能按预定的阈值动作．
铁磁质具有多值非线性，对温度、频率、气隙的依赖性和参数测算的艰巨性等特点，常令人困惑．但学者们仍在作不懈的努力，如文献[1]分析了偏磁饱和的成因，以外激励和优化铁心材料的方式防止了累积磁偏饱和，文献[2]阐明了铁磁质非线性是导致波形畸变主要因素，文献[1][2]分别析了铁磁系统的无功分量和热损耗，文献[3]对恒磁链控制的电感器作了分析，这些都为研制可变磁阻器的尝试提供了很好的借鉴．
作者尝试着融合蝶阀和球阀的概念并移植到磁路中来构成可变磁阻器，以调节铁芯局部饱和截面的方式来平滑且实时地调节磁阻，所涉旋阀刚被授权发明专利^[4]，本文结合阀芯角位移分析了电磁力矩、磁阻和电感量的变化，以期为改进电磁元件结构和电磁参数的调节效果提供点参考．