CN108172379B - 一种快速散热阻尼电感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速散热阻尼电感器，包括绝缘骨架、固定杆、压装螺母和电感线圈，所述绝缘骨架为中空圆筒状，所述绝缘骨架具有螺旋槽，所述螺旋槽的深度与绝缘骨架的内、外圆半径之差相同，所述电感线圈绕制在绝缘骨架的螺旋槽内，所述固定杆用于将电感线圈与绝缘骨架固定连接，所述压装螺母位于绝缘骨架的上、下端面，所述压装螺母用于将固定杆与绝缘骨架固定连接；所述电感线圈未完全被包覆，电感线圈与空气直接接触，使得电感线圈散热变快。因此，在高重复频率脉冲电源中，阻尼电感器可作为并联型脉冲电容器组的保护元件，与电容器串联。并且不会发生电容器组重复频率工作引起的阻尼电感器线圈热积累问题。
Description
技术领域
本发明属于高电压电工电器技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种快速散热阻尼电感器。
背景技术
在脉冲功率系统多种初始储能技术中，电容储能具有技术成熟、可控性强、储能容量大等优点。目前，电容储能也是脉冲功率系统应用最为广泛的一种初始储能方式。
储能电容器组使用的电容器多为干式金属化膜电容器，各电容器之间采用并联连接。为提高金属化膜电容器储能密度，金属化膜电容器内的电介质就需工作在高电场下，此时金属化膜电容器易发生内部击穿，并且发生击穿的概率随着储能密度的提高而增大。由于电容器组工作在高电压大电流状态下，当电容器发生内部击穿时，并联的其余电容器将会对故障电容器放电，造成故障电容器的爆裂，甚至引起火灾等严重后果。因此，储能较大的电容器组中，每条并联支路上的电容器均需串联阻尼电感器。阻尼电感器为电阻电感一体式元件，其电阻可限制电容器组内部击穿时流过故障电容器的电流峰值，其电感可限制电流上升率。
通常，阻尼电感器的线圈被完全包覆在绝缘层中。在高重复频率脉冲电源中，电容器组周期性充放电运行，工作次数多，脉冲间隔时间短。由于绝缘层的热导率极小，电容器组重复频率工作将引起线圈的热积累，导致线圈温度的大幅度上升。这将会引起电感器的爆裂以及绝缘层起火等不良事故。
由此可见，现有技术存在电容器组重复频率工作引起线圈的热积累，进而引起电感器的爆裂以及绝缘层起火的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种快速散热阻尼电感器，由此解决现有技术存在电容器组重复频率工作引起线圈的热积累，进而引起电感器的爆裂以及绝缘层起火的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种快速散热阻尼电感器，包括绝缘骨架、固定杆、压装螺母和电感线圈，
所述绝缘骨架为中空圆筒状，所述绝缘骨架具有螺旋槽，所述螺旋槽的深度与绝缘骨架的内、外圆半径之差相同，所述电感线圈绕制在绝缘骨架的螺旋槽内，所述绝缘骨架和电感线圈均具有固定孔，所述固定杆位于固定孔内，所述固定杆用于将电感线圈与绝缘骨架固定连接，所述压装螺母位于绝缘骨架的上、下端面，所述压装螺母用于将固定杆与绝缘骨架固定连接；
所述电感线圈未完全被包覆，电感线圈与空气直接接触，使得电感线圈散热变快。
进一步地，电感线圈和螺旋槽的横截面均为矩形，所述电感线圈的宽度小于绝缘骨架的内、外圆半径之差。
进一步地，电感线圈的内圆半径与绝缘骨架的内圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，绝缘骨架的外圆半径与电感线圈的外圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，所述电感线圈的内圆半径为电感线圈靠近绝缘骨架内壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离，所述电感线圈的外圆半径为电感线圈靠近绝缘骨架外壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离。
进一步地，绝缘骨架的材料为环氧玻璃钢，所述电感线圈为不锈钢带或者锰铜带。
进一步地，绝缘骨架和电感线圈上设置若干垂直于绝缘骨架端面的固定孔，所述固定孔的直径小于电感线圈的宽度。
进一步地，固定孔均匀分布在绝缘骨架的端面，呈中心对称布局，所述固定孔的圆心位于电感线圈的宽的中心点。
进一步地，固定杆的横截面为圆形，所述固定杆的直径与固定孔相同，所述固定杆的长度大于绝缘骨架的高度，所述固定杆的中部的表面没有螺纹，所述固定杆的上、下端具有螺纹，所述固定杆的中部为与绝缘骨架的高度相等且位于绝缘骨架内的部分，所述固定杆的上、下端分别位于绝缘骨架的上、下端。
进一步地，固定杆的材料为PPS棒材、引拔棒或者PEEK棒材。
进一步地，压装螺母与绝缘骨架之间设置树脂垫片。
进一步地，电感器还包括引出端子，所述螺旋槽的两端具有矩形直槽，所述引出端子由电感线圈的两端弯折后沿矩形直槽穿出得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中所涉及的阻尼电感器，电感线圈未完全被环氧包覆，电感线圈侧面与外部空气直接接触，线圈散热较快。因此，在高重复频率脉冲电源中，阻尼电感器可作为并联型脉冲电容器组的保护元件，与电容器串联。并且不会发生电容器组重复频率工作引起的阻尼电感器线圈热积累问题。
(2)本发明中电感线圈的内圆半径与绝缘骨架的内圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，绝缘骨架的外圆半径与电感线圈的外圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，其目的是，提高相邻两匝线圈间的沿面距离，减小线圈匝间沿面闪络概率。
(3)本发明中固定杆和压装螺母的作用是当电感器通过大电流时，由于线圈受到的电磁力作用，将会导致线圈的形变与位移，径向向外膨胀，轴向由两端向中部压缩。在现有技术中，环氧树脂将线圈完全包覆，可起到结构支撑的作用。在本发明中，为加强电感器散热，线圈侧面与空气直接接触。为了限制大电流通过时线圈的形变与位移，使用若干根固定杆，每根穿过所有匝线圈与绝缘骨架，两端各使用一个压装螺母将整个绝缘骨架和其中的电感线圈压紧，从而起到线圈固定和电感器结构支撑的作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的阻尼电感器整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的阻尼电感器的东南等轴测外观图；
图3(a)为本发明实施例提供的电感线圈的东南等轴测外观图；
图3(b)为本发明实施例提供的绝缘骨架东南等轴测外观图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种快速散热阻尼电感器，包括绝缘骨架1、固定杆2、压装螺母3、电感线圈4和引出端子5，
所述绝缘骨架为中空圆筒状，所述绝缘骨架具有螺旋槽，所述螺旋槽的深度与绝缘骨架的内、外圆半径之差相同，所述电感线圈绕制在绝缘骨架的螺旋槽内，所述绝缘骨架和电感线圈均具有固定孔，所述固定杆位于固定孔内，所述固定杆用于将电感线圈与绝缘骨架固定连接，所述压装螺母位于绝缘骨架的上、下端面，所述压装螺母用于将固定杆与绝缘骨架固定连接；所述螺旋槽的两端具有矩形直槽，所述引出端子由电感线圈的两端弯折后沿矩形直槽穿出得到。所述电感线圈未完全被包覆，电感线圈与空气直接接触，使得电感线圈散热变快。
本发明实施例优选地，电感线圈和螺旋槽的横截面均为矩形，所述电感线圈的宽度小于绝缘骨架的内、外圆半径之差。电感线圈的内圆半径与绝缘骨架的内圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，绝缘骨架的外圆半径与电感线圈的外圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，所述电感线圈的内圆半径为电感线圈靠近绝缘骨架内壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离，所述电感线圈的外圆半径为电感线圈靠近绝缘骨架外壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离。绝缘骨架的材料为环氧玻璃钢，所述电感线圈具有电阻率较高，抗拉强度大的优点，为不锈钢带或者锰铜带。所述不锈钢带材料为304不锈钢。优选地，固定孔的直径不超过电感线圈的宽度的三分之二。
如图2、图3(a)、图3(b)所示，绝缘骨架和电感线圈上设置若干垂直于绝缘骨架端面的固定孔，所述固定孔的直径小于电感线圈的宽度。固定孔均匀分布在绝缘骨架的端面，呈中心对称布局，所述固定孔的圆心位于电感线圈的宽的中心点。固定杆的横截面为圆形，所述固定杆的直径与固定孔相同，所述固定杆的长度大于绝缘骨架的高度，所述固定杆的中部的表面没有螺纹，所述固定杆的上、下端具有螺纹，所述固定杆的中部为与绝缘骨架的高度相等且位于绝缘骨架内的部分，所述固定杆的上、下端分别位于绝缘骨架的上、下端。固定杆的材料为PPS棒材、引拔棒或者PEEK棒材。压装螺母与绝缘骨架之间设置树脂垫片。
每侧的引出端子上均开有一个孔，利用金属螺母，将外部线缆固定在此孔上，从而将阻尼电感器接入外部电路。保持固定杆半径不变，根数每增加三倍，电感器可承受的电流峰值增大一倍。当使用12根固定杆时，固定杆半径每增大1mm，电感器能承受的电流峰值增大6kA。阻尼电感器耐受的最大电压为0.25Nd(kV)，其中d(mm)为电感线圈相邻两匝间的匝间距离，N为电感线圈的匝数。
满足中心对称布局的要领是，两相邻固定孔的机械加工中心点分别与绝缘骨架顶部中心点的连线构成的夹角θ满足(公式I)： n是固定孔的数量。举例来说，若共有12个固定孔，则相邻固定孔的机械加工中心点分别与绝缘骨架顶部中心点的连线构成的夹角为30度。
使用若干根固定杆和压装螺母进行电感线圈的固定。其中，固定杆根数与固定孔数量一致，压装螺母数量为固定杆数量的两倍。固定杆为圆截面绝缘棒材，其直径与固定孔的直径一致，其长度大于绝缘骨架高度5cm。在固定杆中部与绝缘骨架高度相等的长度上，固定杆表面光滑未刻有螺纹。在固定杆两侧超出此长度外，固定杆表面刻有螺纹，用于压装螺母的旋接。进行电感线圈压装固定时，将固定杆穿过固定孔，刻有螺纹的两侧超出绝缘骨架端部，每侧约超出2.5cm。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，包括绝缘骨架(1)、固定杆(2)、压装螺母(3)和电感线圈(4)，
所述绝缘骨架(1)为中空圆筒状，所述绝缘骨架(1)具有螺旋槽，所述螺旋槽的深度与绝缘骨架(1)的内、外圆半径之差相同，所述电感线圈(4)绕制在绝缘骨架(1)的螺旋槽内，所述绝缘骨架(1)和电感线圈(4)均具有固定孔，所述固定杆(2)位于固定孔内，所述固定杆(2)用于将电感线圈(4)与绝缘骨架(1)固定连接，所述压装螺母(3)位于绝缘骨架(1)的上、下端面，所述压装螺母(3)用于将固定杆(2)与绝缘骨架(1)固定连接；
所述电感线圈(4)未完全被包覆，电感线圈(4)与空气直接接触，使得电感线圈(4)散热变快，所述电感线圈(4)和螺旋槽的横截面均为矩形，所述电感线圈(4)的宽度小于绝缘骨架(1)的内、外圆半径之差，所述电感线圈(4)的内圆半径与绝缘骨架的内圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍，绝缘骨架的外圆半径与电感线圈(4)的外圆半径之差为电感线圈匝间距的1～1.2倍；
所述电感器还包括引出端子(5)，所述螺旋槽的两端具有矩形直槽，所述引出端子(5)由电感线圈(1)的两端弯折后沿矩形直槽穿出得到。
2.如权利要求1所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述电感线圈(4)的内圆半径为电感线圈(4)靠近绝缘骨架内壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离，所述电感线圈(4)的外圆半径为电感线圈(4)靠近绝缘骨架外壁一端的端点与绝缘骨架的中垂线之间的垂直距离。
3.如权利要求1或2所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述绝缘骨架(1)的材料为环氧玻璃钢，所述电感线圈(4)为不锈钢带或者锰铜带。
4.如权利要求1或2所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述绝缘骨架(1)和电感线圈(4)上设置若干垂直于绝缘骨架端面的固定孔，所述固定孔的直径小于电感线圈(4)的宽度。
5.如权利要求4所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述固定孔均匀分布在绝缘骨架(1)的端面，呈中心对称布局，所述固定孔的圆心位于电感线圈(4)的宽的中心点。
6.如权利要求4所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述固定杆(2)的横截面为圆形，所述固定杆(2)的直径与固定孔相同，所述固定杆(2)的长度大于绝缘骨架的高度，所述固定杆(2)的中部的表面没有螺纹，所述固定杆(2)的上、下端具有螺纹，所述固定杆(2)的中部为与绝缘骨架的高度相等且位于绝缘骨架内的部分，所述固定杆(2)的上、下端分别位于绝缘骨架的上、下端。
7.如权利要求1或2所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述固定杆(2)的材料为PPS棒材、引拔棒或者PEEK棒材。
8.如权利要求1或2所述的一种快速散热阻尼电感器，其特征在于，所述压装螺母(3)与绝缘骨架(1)之间设置树脂垫片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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