CN110911104B - 一种可持续散热的脉冲电感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可持续散热的脉冲电感器及其制造方法，该脉冲电感器包括线排绕组、冷却循环系统和接线端子，所述冷却循环系统包括冷却通道，所述冷却通道中循环通有冷却液，所述线排绕组缠绕于所述冷却通道的外表面，所述线排绕组的一端与所述接线端子的正极固连，所述线排绕组的另一端与所述接线端子的负极固连。本发明技术方案中的线排绕组缠绕于冷却通道上，通过冷却通道中通入的冷却液对线排绕组进行持续散热、具有高刚度、加工装配工艺简单、成本低、冷却循环系统内置冷却液无需过滤绝缘等优点，主要用于脉冲功率电源连续工作的工况，特别适用于电磁发射连续工作时所需的脉冲电源。

Description

一种可持续散热的脉冲电感器及其制造方法

技术领域

本发明属于脉冲电源技术领域，尤其涉及一种脉冲电感器及其制造方法。

背景技术

电磁发射工作过程中最高功率可达GW级，发射过程需要大约数个 ms。常规电源无法支撑这样的瞬态功率需求，一般采用脉冲功率电源。脉冲功率电源主要包含金属化膜电容器、半导体主放电开关、半导体续流开关、脉冲电感器和同轴电缆等元件。受半导体主放电开关和发射器负载对电源输出电流特性的需求，在电路中需接入脉冲电感器用于控制放电电流的幅值与脉宽，减少电流时间变化率对半导体主放电开关的影响。为避免变化率过高造成开关的损毁，需将变化率控制在半导体开关的许可范围内，同时脉冲电感器在电路中还起到储能续流的作用。脉冲电源中电感需承受复杂的电磁环境、具备十kV以上电气绝缘特性、百 kA量级的脉冲大电流。电感的设计值一般需控制在几十μH量级，同时电感器电阻值需控制在数个mΩ以内。随着发射器负载对工作频率需求的提高，要求电源系统具备连续放电的能力，这也就要求脉冲电感器要能承受连续脉冲大电流放电产生的强电动冲击力，几十kV级的电气绝缘能力，且不能因为内部温升过高导致绝缘失效或结构强度不足造成损毁。

现有脉冲电感器内部热量不容易消散，特别是用于脉冲功率电源连续工作的工况，受电动力冲击大易导致内部电气绝缘失效、结构强度变弱等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种散热性能好、结构简单、强度高的脉冲电感器。

为实现上述目的，本发明的脉冲电感器，包括线排绕组、冷却循环系统和接线端子，所述冷却循环系统包括冷却通道，所述冷却通道中循环通有冷却液，所述线排绕组缠绕于所述冷却通道的外表面，所述线排绕组的一端与所述接线端子的正极固连，所述线排绕组的另一端与所述接线端子的负极固连。

进一步，所述冷却循环系统还包括冷却液入口、冷却液出口和循环泵，所述冷却液入口和所述冷却液出口的一端分别与所述冷却通道连通，所述冷却液入口和所述冷却液出口的另一端分别与所述循环泵连接，通过所述循环泵将冷却液循环泵入所述冷却通道。

进一步，所述冷却液入口、所述冷却通道和所述冷却液出口所组成的结构为Ω形。

进一步，所述冷却循环系统的外层设置有外层绝缘结构。

进一步，所述冷却通道、所述冷却液入口和所述冷却液出口一体成型。

进一步，所述冷却通道、所述冷却液入口和所述冷却液出口由绝缘材料浇筑成型。

进一步，所述冷却循环系统上设置有绝缘支撑结构，以加固所述冷却循环系统。

进一步，所述绝缘支撑结构包括多层绝缘板和紧固件，所述多层绝缘板套装于所述冷却循环系统的所述冷却通道上，通过所述紧固件将所述多层绝缘板固定。

进一步，所述线排绕组的两端通过压接结构与所述接线端子的正极和负极压接固连。

进一步，所述压接结构包括正极压接板、正极绝缘压块、负极压接板和负极绝缘压块，所述线排绕组的一端压接于所述正极压接板和所述正极绝缘压块之间，所述线排绕组的另一端压接于所述负极压接板和所述负极绝缘压块之间。

本发明还提供一种脉冲电感器的制造方法，包括：

冷却通道成型；

将绝缘支撑结构套装在所述冷却通道上；

将线排绕组缠绕于所述冷却通道的外表面；

将外层绝缘结构浇筑在所述冷却通道和所述线排绕组上；

将接线端子与线排绕组的两端固连。

本发明技术方案中的线排绕组缠绕于冷却通道上，通过冷却通道中通入的冷却液对线排绕组进行持续散热、具有高刚度、加工装配工艺简单、成本低、冷却循环系统内置冷却液无需过滤绝缘等优点，主要用于脉冲功率电源连续工作的工况，特别适用于电磁发射连续工作时所需的脉冲电源。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1为本发明可持续散热脉冲电感器的结构示意图；

图2为本发明可持续散热脉冲电感器的冷却循环系统的结构示意图；

图3为本发明可持续散热脉冲电感器的绝缘支撑结构的结构示意图；

图4为本发明可持续散热脉冲电感器的线排绕组的压接结构的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置还可以以其他方式定位，例如旋转90度或位于其他方位，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1-图4所示，本发明的脉冲电感器，包括线排绕组3、冷却循环系统1和接线端子6、7，所述冷却循环系统包括冷却通道1-4，所述冷却通道1-4中循环通有冷却液，所述线排绕组3缠绕于所述冷却通道1-4的外表面，所述线排绕组3的一端与所述接线端子6的正极固连，所述线排绕组3的另一端与所述接线端子7的负极固连。

本发明提供了一种可持续散热的脉冲电感器，解决了脉冲电感器连续工作时内部热量扩散难、体积庞大、冷却方式复杂的问题，具有抗电动力冲击特性好、加工装配工艺简单、成本低、便于移动等优点，灵活满足脉冲电源连续工作时内部散热的需求。

解决脉冲电感器连续工作时内部热量无法消散、导致超过耐受温度造成内部电气绝缘失效，连续电动力冲击下结构强度变差的问题。通过冷却通道中通入的冷却液对线排绕组进行持续散热、具有高刚度、加工装配工艺简单、成本低、冷却循环系统内置冷却液无需过滤绝缘等优点，主要用于脉冲功率电源连续工作的工况，特别适用于电磁发射连续工作时所需的脉冲电源。

可选的，所述冷却循环系统1还包括冷却液入口1-1、冷却液出口1-2 和循环泵1-5，所述冷却液入口1-1和所述冷却液出口1-2的一端分别与所述冷却通道1-4连通，所述冷却液入口1-1和所述冷却液出口1-2的另一端分别与所述循环泵1-5连接，通过所述循环泵1-5将箱体中的冷却液 1-6循环泵入所述冷却通道1-4。通过调节冷却通道1-4中通入冷却液的流速可以对冷却速度进行调节。其中，冷却通道1-4、所述冷却液入口1-1 和所述冷却液出口1-2可以采用绝缘材料一体成型，保证冷却通道有效密封以及工作安全性。

可选的，外层绝缘结构4为环氧绝缘围绕冷却通道绝缘支撑1-3与线排绕组3组合体向外浇筑成型，保证电感线圈外表面绝缘。

可选的，绝缘支撑结构2包括：多层绝缘板2-1、紧固螺栓2-2。各个部分位置和连接关系为：多层绝缘板2-1套装于冷却循环系统1上，将冷却液入口1-1、冷却液出口1-2至1-4循环通路进行加固保护，通过紧固螺栓2-2将多层绝缘板2-1进行固定。

可选的，所述冷却液入口1-1、所述冷却通道1-4和所述冷却液出口 1-2所组成的结构为Ω形，此结构简单且便于线排绕组3的缠绕和接线，线排绕组3为线圈绕组结构，起始端缠绕于冷却液入口1-1底端，随后围绕冷却通道绝缘支撑1-3缠绕，结束端缠绕于冷却液出口1-2底端。

可选的，所述线排绕组3的两端通过压接结构5与所述接线端子的正极和负极压接固连。

可选的，所述压接结构5包括正极压接板5-1、正极绝缘压块5-2、负极压接板5-3和负极绝缘压块5-4，每个压接板均有安装孔，绝缘压块均有螺纹。所述线排绕组3的一端压接于所述正极压接板5-1和所述正极绝缘压块5-2之间，所述线排绕组3的另一端压接于所述负极压接板5-3和所述负极绝缘压块5-4之间。

可选的，冷却液入口1-1冷却液出口1-2、冷却通道绝缘支撑1-3、多层绝缘压板2-1、外层绝缘4、正极绝缘压块5-2、负极绝缘压块5-4选用环氧树脂。

可选的，所述线排绕组3、正极线排压板5-1、负极线排压板5-3、选用铜，以保证绕组方便、材料一致、便于成形以及结构强度。

可选的，所述紧固螺栓2-2选用不锈钢。

本发明还提供一种脉冲电感器的制造方法，包括：

冷却通道成型；

将绝缘支撑结构套装在所述冷却通道上；

将线排绕组缠绕于所述冷却通道的外表面；

将外层绝缘结构浇筑在所述冷却通道和所述线排绕组上；

将接线端子与线排绕组的两端固连。

具体来说，首先，完成冷却循环系统1的定型浇筑；然后，将冷却液入口1-1、冷却液出口1-2内攻螺纹以连接外循环冷却液泵，绝缘支撑结构2套装于冷却通道绝缘支撑1-3，对冷却通道进行保护。正极绝缘压块 5-2从冷却液入口1-1套入至绝缘支撑结构2处，负极绝缘压块5-4从冷却液出口1-2套入至绝缘支撑结构2处，线排绕组3从正极绝缘压块5-2 处缠绕后沿冷却通道绝缘支撑缠绕一周至负极绝缘压块5-4处，线排绕组 3缠绕完成后围绕冷却通道绝缘支撑浇筑成型外层绝缘4，最后将正极线排压板5-1从冷却液入口1-1套入后，压接线排绕组3起始端固定于正极绝缘压块5-2处，负极线排压板5-3从冷却液出口1-2套入后，压接线排绕组3结束端固定于负极绝缘压块5-4处。完成安装后，测试冷却循环系统1密封性，通过对冷却液温度的调节，最终保证脉冲电感器散热的可持续性。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (6)

1.一种可持续散热的脉冲电感器，其特征在于，包括线排绕组、冷却循环系统和接线端子，所述冷却循环系统包括冷却通道、冷却液入口、冷却液出口和循环泵，所述冷却液入口和所述冷却液出口的一端分别与所述冷却通道连通，所述冷却液入口和所述冷却液出口的另一端分别与所述循环泵连接，通过所述循环泵将冷却液循环泵入所述冷却通道，所述冷却通道、所述冷却液入口和所述冷却液出口一体成型，所述冷却液入口、所述冷却通道和所述冷却液出口所组成的结构为Ω形，所述线排绕组围绕冷却通道的径向缠绕于整个所述冷却通道的外表面，所述线排绕组的一端与所述接线端子的正极固连，所述线排绕组的另一端与所述接线端子的负极固连；其中，冷却通道的外周具有绝缘支撑，两个接线端子之间与线排绕组的两端之间设置有绝缘支撑结构，所述绝缘支撑结构包括多层绝缘板和紧固件，所述多层绝缘板套装于所述冷却通道的绝缘支撑上，通过所述紧固件将所述多层绝缘板固定。

2.如权利要求1所述的脉冲电感器，其特征在于，所述冷却循环系统的外层设置有外层绝缘结构。

3.如权利要求1所述的脉冲电感器，其特征在于，所述冷却通道、所述冷却液入口和所述冷却液出口由绝缘材料浇筑成型。

4.如权利要求1所述的脉冲电感器，其特征在于，所述线排绕组的两端通过压接结构与所述接线端子的正极和负极压接固连。

5.如权利要求4所述的脉冲电感器，其特征在于，所述压接结构包括正极压接板、正极绝缘压块、负极压接板和负极绝缘压块，所述线排绕组的一端压接于所述正极压接板和所述正极绝缘压块之间，所述线排绕组的另一端压接于所述负极压接板和所述负极绝缘压块之间。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的可持续散热的脉冲电感器的制造方法，其特征在于，包括：

将冷却液入口、冷却液出口和冷却通道一体成型；

将绝缘支撑结构套装在所述接线端子与所述线排绕组两连接端之间的所述冷却通道外周的绝缘支撑上；

将线排绕组围绕冷却通道的径向缠绕于整个所述冷却通道的外表面；

将外层绝缘结构浇筑在所述冷却通道和所述线排绕组上；

将接线端子与线排绕组的两端固连。

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