CN112201434B - 一种用于特种电源系统中的多层电感及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于特种电源系统中的多层电感及其制备方法，属于电气工程技术领域。该多层电感包括：上端盖、下端盖、环氧筒以及绕制在环氧筒上的奇数层多层线圈、一对电极以及固定电极的绝缘套。本发明多层电感层间距离小，耐压高、通流大、电感量大，为毫亨级，一般为几毫亨到十几毫亨，电流通过时电磁感应集中，该电感既能调节线圈炮系统中的电流波形，又能产生极大的磁场力推动线圈炮中的弹丸运动。本发明能很好保证线圈炮的正常工作，解决了多线圈同轴及端面平行度问题，减少了系统所占空间，保证了系统工作的可靠性和便捷性。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，更具体地，涉及一种用于特种电源系统中的多层电感及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展和国防战略的需求，研究线圈炮非常必要。多级脉冲感应线圈炮是由多个单级线圈串列而成，多级同步感应线圈炮由一系列固定的驱动线圈组成发射(炮)“丝”，为了保证磁耦合最紧密，驱动线圈和弹丸线圈是同轴和等直径的，通常脉冲电流为几千安到十几千安。在外径和高度固定时，如何保证多层线圈既要达到几毫亨到几十毫亨级的电感量要求又满足到大电流下电动力的考核，这给设计带来很大难度。
通常线圈炮的长度是有限制的，装配时对电感线圈的要求精度极高。因此研制紧凑型大口径高电压大电流多层电感对建立紧凑型线圈炮有非常重要的现实使用价值以及理论指导意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于特种电源系统中的多层电感及其制备方法，目的在于增强线圈轨道炮中的磁场集中，增大磁场力，使得发射速度更大更强，解决炮管长度和内径固定时，如何提高磁场和磁场力的问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种用于特种电源系统中的多层电感，其多层电感层间距离小，电感量大，达毫亨级，一般为几毫亨到十几毫亨。目的是当脉冲电流通过时电磁感应集中，既能调节线圈炮系统中的电流波形，又能产生极大的磁场力推动线圈炮中的弹丸运动。这种多层线圈电感通过软态合金丝或合金带缠绕在环氧筒上进行制作，避免了趋肤效应，散热快，结构紧凑，体积小。本发明能很好保证线圈炮的正常工作，解决了多线圈同轴及端面平行度问题，减少了系统所占空间，保证了系统工作的可靠性和便捷性。
该多层线圈电感包括：上端盖、下端盖、上端盖和下端盖之间的环氧筒、绕制在环氧筒上的奇数层多层线圈以及引出的一对电极。
线圈采用软态合金丝或合金带绕制在环氧筒上，采用规定或设计要求的环氧筒直径、环氧筒管壁厚度(一般7～9mm)、高度和规定的最外层直径大小以及电感量、电阻值进行多层电感的设计。
进一步地，按照电感所需通过电流大小以及电阻值大小选取合适的软态合金丝或合金带。
进一步地，多层电感的外径与高度的比例为3.5：1。
进一步地，一对电极引出方式为同方向，定义为多层电感电极引出方式为0°方式。由于电极引出方式为0°方式，因此线圈为奇数层，否则两电极在同一端。电极外固定绝缘套。电极外固定的绝缘套宽度为电极宽度的2倍加5mm，厚度为电极厚度的5倍。
进一步地，多层电感的多层线圈的层间距离不大于3mm。
进一步地，外层环氧筒的高度比最内层环氧筒的高度短上端盖和下端盖的厚度之和。
本发明另一方面提供了一种上述用于特种电源系统中的多层电感的制备方法，包括以下步骤：
将最内的第一层环氧筒按设计螺距车丝，再在第一层环氧筒下端部开一个槽，槽距下端部距离h1，第二层环氧筒上车丝方向与第一层的方向相反，同样在第二层环氧筒上端部开一个同样大小的槽，槽的方向与第一层的方向相反；依次类推至最外层环氧筒；
制作模具，模具的外径为第一层环氧筒的内径，模具的内径等于绕线机的轴径；
把车好丝的第一层环氧筒套在模具上，先焊好一端引出电极并固定，然后进行绕线，待第一层环氧筒线绕完后，从端部槽口进行换线，采用环氧树脂绝缘漆均匀涂抹在绕制好的线圈上，然后将第二层车好丝的环氧筒套在已绕好线的第一层环氧筒上，换线处对准第一层环氧筒相应位置固定进行绝缘处理，保证与第一层环氧筒同轴心，然后开始第二层线圈制作；依次类推，直到最后一层线圈的制作完毕；
所需全部层数绕制完毕后，进行端部处理，把电极套将引出极固定在上、下端盖上。最后进行包封，加工处理达到所需要求。
进一步地，在第一层环氧筒两端按图纸要求各车一圈宽度和深度的台阶用于定位上下端盖。
进一步地，进行环氧筒车丝加工，奇数层与偶数层的车丝方向相反，第一层与第二层端部要进行特别处理，在第二层环氧筒端部换层处开一小槽，便于换线到外层和固定；依次类推，因引出方式为同方向，通常绕线层为奇数层，在第二层、第三层…直到倒数第二层环氧筒端部处均需特别处理并开一个槽。
进一步地，为了保证多层电感线圈的同轴及端面平行度，先要制作环氧筒模具，把车好后的环氧筒套在模具的芯轴并固定在绕线机上，在模具上进行第一层绕制，调整好绕线机转速和拉紧导线张力，第一层绕制成功后刷绝缘漆，从夹具的芯轴左侧套入第一层环氧筒，对准第一层相应位置固定，保证与第一层同轴心。
进一步地，从夹具的芯轴右侧套入第三层环氧筒再进行第三层绕制，依次方法类推，直到多层电感最外层绕制完后，刷绝缘漆，套上最外层环氧筒，将两端端盖装配并固定在内层和最外层环氧筒上并调整好相应位置，再将导线穿进接线片的压线孔内，用电动螺丝刀拧紧螺钉到设定的扭矩。包封时要在上端盖处加沉头绝缘销与内筒固定。
进一步地，用电极绝缘压块将引出接线电极固定在上、下端盖上，进行绝缘处理。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明提供的用于特种电源系统中的多层电感层间距离小，耐压高、通流大、电感量大，为毫亨级，一般为几毫亨到十几毫亨，电流通过时电磁感应集中，该电感既能调节线圈炮系统中的电流波形，又能产生极大的磁场力推动线圈炮中的弹丸运动。这种多层线圈电感通过软态合金丝或合金带缠绕在环氧筒上进行制作，避免了趋肤效应，散热快，结构紧凑，体积小，能够解决大口径高电压大电流多层电感的快速制作及同轴心，端面平行，减少了系统所占空间，保证了系统工作的可靠性和便捷性；还能够承受几千安到几十千安的大电流，很好保证线圈炮的正常工作。
附图说明
图1为本发明实施例的一种用于特种电源系统中的多层电感的结构剖视图。
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不构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种用于特种电源系统中的多层电感，该多层线圈电感包括：上端盖5、下端盖6、上端盖和下端盖之间的环氧筒、绕制在环氧筒上的奇数层多层线圈以及引出的一对电极2和3。电极外固定绝缘套1和4。
线圈采用软态合金丝或合金带绕制在环氧筒上，采用规定或设计要求的环氧筒直径、环氧筒管壁厚度(一般7～9mm)、高度和规定的最外层直径大小以及电感量、电阻值进行多层电感的设计。
具体地，按照电感所需通过电流大小以及电阻值大小选取合适的软态合金丝或合金带。
具体地，多层电感的外径与高度的比例为3.5：1。
具体地，一对电极2和3的引出方式为同方向，定义为多层电感电极引出方式为0°方式。电极2和3外固定绝缘套1和4。电极外固定的绝缘套宽度为电极宽度的2倍加5mm，厚度为电极厚度的5倍。
具体地，多层电感的多层线圈的层间距离不大于3mm。
具体地，外层环氧筒的高度比最内层环氧筒的高度短上端盖5和下端盖6的厚度之和。
本发明另一方面提供了一种上述用于特种电源系统中的多层电感的制备方法，包括以下步骤：
将最内的第一层环氧筒按设计螺距车丝，再在第一层环氧筒下端部开一个槽，槽距下端部距离h1，第二层环氧筒上车丝方向与第一层的方向相反，同样在第二层环氧筒上端部开一个同样大小的槽，槽的方向与第一层的方向相反；依次类推至最外层环氧筒；
制作模具，模具的外径为第一层环氧筒的内径，模具的内径等于绕线机的轴径；
把车好丝的第一层环氧筒套在模具上，先焊好一端引出电极并固定，然后进行绕线，待第一层环氧筒线绕完后，从端部槽口进行换线，采用环氧树脂绝缘漆均匀涂抹在绕制好的线圈上，然后将第二层车好丝的环氧筒套在已绕好线的第一层环氧筒上，换线处对准第一层环氧筒相应位置固定进行绝缘处理，保证与第一层环氧筒同轴心，然后开始第二层线圈制作；依次类推，直到最后一层线圈的制作完毕；
所需全部层数绕制完毕后，进行端部处理，把电极套将引出极固定在上、下端盖上。最后进行包封，加工处理达到所需要求。
实施例
本发明的实施例中给出紧凑型大口径高电压大电流多层电感的设计及制作方法，根据多层电感吸收能量、电感值、直流电阻、通流大小和温升的要求选取软态合金丝或合金带的截面积，多层电感的通流能力由其截面积决定，按照电阻公式计算所需的电阻值大小来选取合金丝或合金带直径来确定其截面积，然后按照焦耳定律公式计算温升，温升由合金丝或合金带重量吸收的能量来决定。
一种用于特种电源系统中的多层电感的设计方法，包括如下步骤：
第一、根据预给定的电流I确定所述软态合金丝或软态合金带的截面积S和直径D，并根据预给定的所述最内层环氧筒的内径Ф1和外径Ф2、筒壁的厚度h(一般7～9mm以内)，进一步确定出线圈的平均直径d；
第二、根据最内层环氧筒的绕线高度a，先确定空心螺线管电感
再利用空心螺线管电感公式
计算出电感的匝数N；
第三、由于引出片需在不同层环氧筒线圈的同一方向上(0°方式)的两个端面出线，计算得到的电感匝数N除以奇数层数，验算最内层环氧筒长度是否满足匝数N乘以螺距加上两端引出片的距离，若满足，进行下一步；若不满足，回到第一步重新选择预给定的值，直至最内层环氧筒长度满足上述要求；
第四、确定所述软态合金丝或软态合金带的长度l和电阻率ρ，并利用电阻定律
计算出多层电感的电阻R；
第五、若计算出的层电感的电阻R符合预定值，进行下一步设计，如果不满足，返回第一步重新选择不同电阻率的软态合金丝或软态合金带，直至计算出的电阻R符合预定值；
第六、根据所述软态合金丝或软态合金带的截面积S及其长度l，根据m＝S*l计算出所述软态合金丝或软态合金带的质量m；
第七、按照绝热过程进行计算，根据吸热公式Q＝C*m*Δt计算所述软态合金丝或软态合金带的温升Δt，其中C为合金材料的比热容，Q为给定的电感所承受的能量，若温升低于设定的温度阈值，则设计满足要求，否则回到第一步进行重新设计。
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 (2)
1.一种用于特种电源系统中的多层电感的制备方法，所述多层电感包括：上端盖、下端盖、上端盖和下端盖之间的多层环氧筒、绕制在环氧筒上的奇数层线圈以及引出的一对电极；其特征在于，包括以下步骤：
将最内的第一层环氧筒按预设螺距车丝，再在第一层环氧筒下端部开一个槽，槽距下端部距离h1，第二层环氧筒上车丝方向与第一层环氧筒的方向相反，同样在第二层环氧筒上端部开一个同样大小的槽，槽的方向与第一层的方向相反；依次类推至最外层环氧筒；
制作模具，模具的外径为第一层环氧筒的内径，模具的内径等于绕线机的轴径；
把车好丝的第一层环氧筒套在模具上，先焊好一端引出电极并固定，然后进行绕线，待第一层环氧筒线绕完后，从端部槽口进行换线对绕制好的线圈进行绝缘处理，然后将第二层车好丝的环氧筒套在已绕好线的第一层环氧筒上，换线处对准第一层环氧筒相应位置固定进行绝缘处理，保证与第一层环氧筒同轴心，然后开始第二层线圈制作；依次类推，直到最后一层线圈的制作完毕；
进行端部处理，将电极分别固定在上、下端盖上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述线圈为奇数层。
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