本发明涉及磁路理论及应用领域，尤其涉及磁路元件的设计。
背景技术：
在目前的教材和科研论文中，电路中包含电阻、电感、电容、受控源等多种电气元件，科研人员通过在电路中增加或减少电路元件的方式，可以控制电路中各个矢量的运行轨迹以及状态。与电路中的电气元件相比，磁路的组成元件较为简单，仅包含了永磁体(磁动势源)、磁阻这两种元件。通过增加或减少磁路元件的方式仅能改变磁路矢量的模值，难以改变磁路矢量的相位，无法完全体现出磁路矢量的特性。因此，如何补充与完善磁路理论中的磁路元件仍是国内外学者广泛研究的课题。
围绕磁路元件的构建与磁路的设计有许多研究工作。在哈尔滨理工大学的汤蕴璆教授的《电机学》中对磁路的基本定理与磁路元件进行了阐述，通过磁势、磁通、磁阻三个磁路物理量对无分支的变压器铁心磁路进行了建模。沈阳工业大学的唐任远院士在《现代永磁电机理论与设计》一书通过“场化路”的方法，将磁场的计算转化为磁路的计算，由定义的磁通源等效磁路和磁动势源等效磁路完成了对永磁电机等效磁路的构建。类比于电网络理论，阿克伦大学学者vladoostovic根据鼠笼式感应电机的几何结构和磁通走向，把磁场区域划分为若干串联或并联支路，每条支路由磁阻或者磁势源等单元组成，构成了饱和鼠笼感应电机的磁网络模型。英国谢菲尔德大学诸自强等学者通过非线性自适应的集总参数磁阻模型搭建了开关磁阻电机模型。现有的磁路理论或磁网络理论中，仅存在磁势、磁通、磁阻三个物理量，未考虑到磁通与磁势相位关系的变化。如何主动改变磁路矢量之间的相位关系，使得磁路矢量能够按照人们的意愿进行改变，这个问题尚未得到解决。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，针对背景技术的缺陷，提出了一种磁感元件，当磁势保持恒定时，通过在磁路中添加或减少磁感元件的方式，不仅能够控制磁通的大小，而且还可以控制磁通与磁势之间相位关系。
本发明提出一种改变磁路中矢量的运行状态及轨迹的磁感元件，所述磁感元件为一个缠绕在磁路的多匝短路线圈，通过选择不同匝数、材料、横截面积、长度的金属导体来调节磁感元件的磁感值，以改变磁路磁通的幅值及相位；或者，通过在磁路中增加或减少该磁感元件，使得磁路中的磁通矢量状态与目标磁通矢量状态一致。
进一步，本发明所提出的磁感元件，磁感元件磁感值的大小lmc与短路线圈的匝数nr和短路线圈的电阻rr有关，即
进一步，本发明所提出的磁感元件，磁感元件对交变磁通有阻碍作用，对于恒定磁通无阻碍作用，定义磁抗的表达式为xmc＝ωlmc，来描述磁感元件对于交变磁通阻碍作用的大小，ω为磁路中磁通变化的角频率。
进一步，本发明所提出的磁感元件，磁路中的磁阻抗值
进一步，本发明所提出的磁感元件，由磁路的欧姆定律，来验证所设置的磁感值是否与理论值相符；
所述磁路的欧姆定律表达式为
其中，j表示虚数单位，rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，ω为磁路中磁通变化的角频率，lmc表示磁感元件的磁感值，
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比其有益效果为：
1.在磁路设计时，通过设计磁阻、磁感等磁路元件排列组合可以构成任意磁路拓扑或磁阻抗网络。通过改变磁路的磁阻抗值，使得磁路中的磁通可以按照设计人员意愿进行流动。通过改变磁路的磁感值，可以改变磁路的特性，使磁路可以在目标状态运行。
2.在磁路建模时，通过所构成磁感元件能够准确地观测磁势与磁通之间的相位关系，相比于纯磁阻磁路，由磁感元件为核心所建立的磁路矢量模型与物理实际情况更吻合，有利提高磁路分析计算精度。
3.在磁路计算时，不同于电路理论中计算等效电路所采用的复杂操作，包含磁感元件的等效磁路能够对单一磁路多个电路的物理情况进行简洁地表达，为从事磁路计算相关领域的科研人员提供了一种新的工具。
附图说明
图1为本发明的多个磁感元件串联时的示意图。
图2为本发明的多个磁感元件并联时的示意图。
图3为本发明的磁感元件改变磁路运行状态的流程图。
图4为本发明的变压器初始励磁电流与初始磁通的波形图。
图5为本发明的加入磁感元件后变压器等效磁路图。
图6为本发明的加入磁感元件后变压器励磁电流与磁通的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明提出了一种磁感元件，其核心内容是通过在磁路中增加或减少磁感元件的方式，有目的地改变磁路中矢量的运行状态及轨迹。例如，当磁路中磁势稳定时，通过在磁路中增加磁感元件的方式，改变磁路中磁通大小以及磁势与磁通的相位角，使得磁路中的磁通矢量状态与目标磁通矢量状态一致。
磁感元件在物理形式上表现为一个缠绕在磁路的多匝短路线圈，其符号为lmc，下标表示的含义为英文单词magneticcircuit的缩写。对偶于电路中的电感元件，磁感lmc对交变磁通有阻碍作用，对于恒定磁通无阻碍作用。
进一步，磁感元件的计算式
进一步，与电路中的电感元件对偶，n个磁感元件串联时，如图1所示，等效磁感值的表达式为lmceq＝lmc1 lmc2 ... lmcn-1 lmcn，n个磁感元件并联时，如图2所示，等效磁感值的表达式为
进一步，为了描述磁感元件对于交变磁通阻碍作用的大小，定义磁抗的表达式为xmc＝ωlmc，ω为磁路中磁通变化的角频率。
进一步，磁路中的磁阻的定义式为
进一步，对偶于电路中的阻抗定义，磁阻与磁抗构成磁阻抗，磁路中的磁阻抗值可由
进一步，由磁势、磁通、磁阻、磁感四个磁路元件组成的磁路拓扑满足磁路的欧姆定律，即
本发明通过增加磁感元件改变磁路状态的过程如下：
设定磁路中磁通幅值(有效值)恒定
在变压器所构成的磁路中，设定目标磁通幅值为
通过对多匝短路线圈的匝数、材料、长度、横截面积的排列组合，可以获取多组符合条件的多匝短路线圈。本发明选取1匝横截面直径为0.5mm的铜质导线作为磁感元件串联到磁路中。对所选用的短路线圈通过毫欧表进行测定，所测电阻值为14.63mω，根据磁感计算式
加入磁感后的等效磁路图如图5所示，当励磁电压
总之，本发明提出了一种磁感元件。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围。
1.一种磁感元件，其特征在于，所述磁感元件为一个缠绕在磁路的多匝短路线圈，通过选择不同匝数、材料、横截面积、长度的金属导体来调节磁感元件的磁感值，以改变磁路磁通的幅值及相位；或者，通过在磁路中增加或减少该磁感元件，使得磁路中的磁通矢量状态与目标磁通矢量状态一致。
2.权利要求1所述的磁感元件，其特征在于，磁感元件磁感值的大小lmc与短路线圈的匝数nr和短路线圈的电阻rr有关，即
3.如权利要求1所述的磁感元件，其特征在于，磁感元件对交变磁通有阻碍作用，对于恒定磁通无阻碍作用，定义磁抗的表达式为xmc＝ωlmc，来描述磁感元件对于交变磁通阻碍作用的大小，ω为磁路中磁通变化的角频率。
4.如权利要求3所述的磁感元件，其特征在于，磁路中的磁阻抗值
5.如权利要求1所述的磁感元件，其特征在于，由磁路的欧姆定律，来验证所设置的磁感值是否与理论值相符；
所述磁路的欧姆定律表达式为
其中，j表示虚数单位，rmc为电感元件所匝链磁路的磁阻值，ω为磁路中磁通变化的角频率，lmc表示磁感元件的磁感值，
