CN114496494B - 一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器 - Google Patents

一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器 Download PDF

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Abstract

一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，涉及线圈散热及接线领域,为了解决使用带有水冷结构的金属导线绕制的线圈在与外部连接的接口处实现电流传输路径与冷却水传输路径完全分开的问题，其方法的步骤为：剥离一定长度的金属导线外部导体露出金属冷却水管、将导体与电缆转接器连接、电缆转接器与电缆连接引出线圈输入输出端、金属冷却水管外部套绝缘管引出与绝缘水管连接。接线器包括金属导线外部的导体、电缆转接器、电缆、绝缘骨架和安装底座。本发明适用于较高真空条件下的水冷线圈接口的接线。

Description

一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器
技术领域
本发明专利涉及线圈散热及接线领域，具体涉及用于水冷线圈接口的接线技术。
背景技术
空间等离子环境模拟与研究系统是在地面模拟地球磁层环境，从而进行有关三维非对称磁重联及地球磁暴现象的研究。在空间等离子环境模拟与研究系统中，所有实验研究均在长10米、直径5米的真空舱内进行，真空舱内还包括一套由7种共18个线圈组成的磁体系统用来模拟地球磁层的磁场环境和等离子体环境。在进行实验时，真空舱内为较高的真空状态，而磁体系统则由真空舱外的脉冲功率电源提供激励脉冲大电流，从而产生脉冲磁场来模拟实验所需的背景磁场，由于磁体系统的负载线圈在接收到脉冲功率电源提供的激励电流时会产生热量，在高真空环境下，如果线圈单纯地采用一般导体制作而成，那么这些由线圈产生的热量无法通过热传导和热对流散热出去，这种情况很不利于整个实验装置的正常运行，所以整个磁体系统中的18个线圈均采用带有水冷管路的导线制作，即同轴结构的金属导线，外部为金属导体作为电流传输路径，内部为中空金属冷却水管作为冷却水的传输路径，两者之间直接接触，无其他物质。采用这种结构的金属导线制作而成的线圈与外部的接口有四个，即电流流入端、电流流出端、冷却水流入端和冷却水流出端，由于同轴结构的金属导线中电流传输路径和冷却水的传输路径在同一根金属导线中，所以实际制作完成的线圈与外部接口为两根同轴结构的金属导线。因此如何将线圈的两根作为外部接口的金属导线实现水电分离，使得电流传输路径与冷却水传输路径完全分开，从而实现线圈与外部脉冲功率电源和冷却水循环系统的可靠连接，并且在较高真空条件下满足绝缘要求，是当前急需解决的问题。
发明内容
针对现有的应用需求，本发明为了解决使用带有水冷结构的金属导线绕制的线圈在与外部连接的接口处实现电流传输路径与冷却水传输路径完全分开的问题，以及实现线圈与外部脉冲功率电源和冷却水循环系统的可靠连接，同时实现在较高真空条件下满足绝缘要求，从而提供了一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器。
本发明所采用的技术方案：
用于水冷线圈接口的接线方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、在保证作为线圈与外部连接的接口的两根金属导线长度满足使用需求的情况下，将金属导线外部作为电流传输路径的导体1剥离出部分长度d，d为正数，露出对应长度的内部金属冷却水管5，然后执行步骤二；
步骤二、将两根金属导线外部的导体1分别与电缆转接器2中的两个金属块连接，然后执行步骤三；
步骤三、将电缆转接器2中的两个金属块连接分别与两根电缆3连接，然后执行步骤四；
步骤四、将步骤一所述的两根金属导线露出对应长度的内部金属冷却水管5外部分别使用两根绝缘套管7固定，然后执行步骤五；
步骤五、将步骤四中所述的两根金属导线露出对应长度的内部金属冷却水管5分别与两根绝缘水管6连接，完成一次水冷线圈接口的接线。
本发明中，步骤二中电缆转接器2包括两个金属导体，所述两个金属导体的一端分别连接两根金属导线外部的导体1并固定，所述两个金属导体的另一端分别连接两根电缆3并固定。
本发明中，步骤四中的两根绝缘套管7分别套在两根露出的冷却水管5外部，用于绝缘和固定。
本发明中，步骤五中的两根绝缘水管6分别与两根金属冷却水管5连接，用于引出冷却水管并起到绝缘作用。
本发明中，使用绝缘骨架4放置和承托各部件。
实现上述用于水冷线圈接口的接线方法的接线器，其采用的技术方案是：它包括金属导线外部的导体1，它还包括电缆转接器2、电缆3、绝缘骨架4、金属导线内部金属冷却水管5、绝缘水管6、绝缘套管7和安装底座17；
所述金属导线外部的导体1为同轴结构金属导线的电流传输路径，金属导线外部由绝缘材料包裹，一共两根，分别作为线圈与外部接口的输入端和输出端，所述两根金属导线外部的导体1分别与电缆转接器2中的两个金属块连接；
所述电缆转接器2由两个金属块组成，所述两个金属块的一端分别连接线圈输入端和输出端的金属导线外部的导体1，所述两个金属块的另一端连接电缆3；
所述电缆3为单芯电缆，共两根，所述两根单芯电缆的一端与电缆转接器2的两个金属块的另一端连接，所述两根单芯电缆的另一端延伸到接线器的外部，作为线圈输入的和输出端的延长部分；
所述绝缘骨架4包括后绝缘板8、绝缘顶板9、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15和绝缘底板16，它们能够根据金属导线外部的导体1、电缆3、金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7的形状在相应的位置刻出相应形状的凹槽，用于固定电缆3和金属导线内部金属冷却水管5；
所述金属导线内部金属冷却水管5通过弯曲与电缆3平行引出到绝缘水管固定座12与绝缘水管6连接，金属导线内部金属冷却水管5为两根，分别作为冷却水的输入端和输出端；
所述绝缘水管6为绝缘材料的水管，其通过绝缘水管固定座12在前绝缘板11上与金属导线内部金属冷却水管5连接，共两根，分别作为冷却水的输入端和输出端，并起到绝缘作用；
所述绝缘套管7在接线器内部套在金属导线内部金属冷却水管5外部，用于加强金属冷却水管5的绝缘性能，以及用于起到加强接线器内部绝缘骨架的对金属冷却水管的固定作用；
所述后绝缘板8为绝缘材料，安装于接线器后部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
所述绝缘顶板9为绝缘材料，安装于接线器顶部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
所述左绝缘板10为绝缘材料，安装于接线器左侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
所述前绝缘板11为绝缘材料，安装于接线器前部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用，其上还安装有绝缘水管固定座12和电缆固定座13；
所述绝缘水管固定座12为绝缘材料，安装于前绝缘板11上，用于使金属导线内部金属冷却水管5和绝缘水管6连接，并紧固两者连接处，防止漏水；
所述电缆固定座13为绝缘材料，安装于前绝缘板11上，其用于固定两根电缆3的引出端口；
所述右绝缘板14为绝缘材料，安装于接线器右侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述绝缘固定板15为绝缘材料，安装于接线器内部，在绝缘底板16之上，绝缘顶板9之下，用于固定金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7并起到绝缘作用；
绝缘底板16为绝缘材料，与电缆转接器2连接，构成主体结构，后绝缘板8、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15均与其连接；
所述安装底座17为绝缘材料，安装于线圈输入输出端口处，并与绝缘底板16连接。
有益效果：本发明所述一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，在使用带有水冷结构的金属导线绕制的线圈在与外部连接的接口处，能够实现电流传输路径与冷却水传输路径完全分离，从而实现线圈与外部脉冲功率电源和冷却水循环系统的可靠连接，同时能够在较高真空条件下满足绝缘要求。
本发明中所述装置的有益效果是：1使用该用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，在使用带有水冷结构的金属导线绕制的线圈在与外部连接的接口处，能够实现电流传输路径与冷却水传输路径完全分离；2使用该用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，在较高真空条件下，真空舱外部的脉冲功率电源和冷却水循环系统能够与采用带有冷却水结构的金属导线绕制而成的线圈实现可靠连接，且脉冲功率电源与线圈的连接能够满足绝缘要求。
附图说明
图1为本发明的用于水冷线圈接口的接线方法的流程示意图；
图2为本发明的实现用于水冷线圈接口的接线方法的的接线器的结构示意图；
图3为一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器中的一种接线器的实物整体示意图；
图4为一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器中的一种接线器的实物分解示意图；
图中附图标记有：金属导线外部的导体1、电缆转接器2、电缆3、绝缘骨架4、内部金属冷却水管5、绝缘水管6、绝缘套管7、后绝缘板8、绝缘顶板9、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15、绝缘底板16、安装底座17。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1至4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，按照本发明的一个方面，提供了一种用于水冷线圈接口的接线方法，包括以下步骤：
1在保证作为线圈与外部连接的接口的两根金属导线长度满足使用需求的情况下，将金属导线外部作为电流传输路径的导体1剥离部分长度，露出一定长度的内部金属冷却水管5；
2两根金属导线外部的导体1与电缆转接器2中的两个金属块连接；
3电缆转接器2中的两个金属块连接分别与两根电缆3连接；
4两根金属导线露出一定长度的内部金属冷却水管5外部使用绝缘套管7固定；
5两根金属导线露出一定长度的内部金属冷却水管5与绝缘水管6连接。
所述一种用于水冷线圈接口的接线方法中的电缆转接器2包含两个金属导体，一端连接金属导线外部的导体1并固定，另一端连接电缆3并固定。
所述一种用于水冷线圈接口的接线方法中的绝缘套管7为绝缘材料制作，套在露出的金属导管外部，起到绝缘和固定作用。
所述一种用于水冷线圈接口的接线方法中的绝缘水管6为绝缘材料制作，与金属冷却水管5连接，引出冷却水管并起到绝缘作用。
所述一种用于水冷线圈接口的接线方法中还包括绝缘骨架4，由绝缘材料制成，用于放置和承托以上部件。
具体实施方式二、实现实施方式一所述的一种用于水冷线圈接口的接线方法的接线器，本实施方式中采用的技术方案是：它包括金属导线外部的导体1，它还包括电缆转接器2、电缆3、绝缘骨架4、金属导线内部金属冷却水管5、绝缘水管6、绝缘套管7和安装底座17；
所述金属导线外部的导体1为同轴结构金属导线的电流传输路径，金属导线外部由绝缘材料包裹，一共两根，分别作为线圈与外部接口的输入端和输出端，所述两根金属导线外部的导体1分别与电缆转接器2中的两个金属块连接；
所述电缆转接器2由两个金属块组成，所述两个金属块的一端分别连接线圈输入端和输出端的金属导线外部的导体1，所述两个金属块的另一端连接电缆3；
所述电缆3为单芯电缆，共两根，所述两根单芯电缆的一端与电缆转接器2的两个金属块的另一端连接，所述两根单芯电缆的另一端延伸到接线器的外部，作为线圈输入的和输出端的延长部分；
所述绝缘骨架4包括后绝缘板8、绝缘顶板9、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15和绝缘底板16，它们能够根据金属导线外部的导体1、电缆3、金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7的形状在相应的位置刻出相应形状的凹槽，用于固定电缆3和金属导线内部金属冷却水管5；
所述金属导线内部金属冷却水管5通过弯曲与电缆3平行引出到绝缘水管固定座12与绝缘水管6连接，金属导线内部金属冷却水管5为两根，分别作为冷却水的输入端和输出端；
所述绝缘水管6为绝缘材料的水管，其通过绝缘水管固定座12在前绝缘板11上与金属导线内部金属冷却水管5连接，共两根，分别作为冷却水的输入端和输出端，并起到绝缘作用；
所述绝缘套管7在接线器内部套在金属导线内部金属冷却水管5外部，用于加强金属冷却水管5的绝缘性能，以及用于起到加强接线器内部绝缘骨架的对金属冷却水管的固定作用；
所述后绝缘板8为绝缘材料，安装于接线器后部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
所述绝缘顶板9为绝缘材料，安装于接线器顶部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述左绝缘板10为绝缘材料，安装于接线器左侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述前绝缘板11为绝缘材料，安装于接线器前部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用，其上还安装有绝缘水管固定座12和电缆固定座13；
所述绝缘水管固定座12为绝缘材料，安装于前绝缘板11上，用于使金属导线内部金属冷却水管5和绝缘水管6连接，并紧固两者连接处，防止漏水；
所述电缆固定座13为绝缘材料，安装于前绝缘板11上，其用于固定两根电缆3的引出端口；
所述右绝缘板14为绝缘材料，安装于接线器右侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件；
所述绝缘固定板15为绝缘材料，安装于接线器内部，在绝缘底板16之上，绝缘顶板9之下，用于固定金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7并起到绝缘作用；
绝缘底板16为绝缘材料，与电缆转接器2连接，构成主体结构，后绝缘板8、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15均与其连接；
所述安装底座17为绝缘材料，安装于线圈输入输出端口处，并与绝缘底板16连接。
如图2、图3和图4所示，本实施方式所述的实现一种用于水冷线圈接口的接线方法及实现该方法的接线器，其采用的技术方案是：
它包括金属导线外部的导体1、电缆转接器2、电缆3、绝缘骨架4、金属导线内部金属冷却水管5、绝缘水管6、绝缘套管7、后绝缘板8、绝缘顶板9、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15、绝缘底板16、安装底座17。
金属导线外部的导体1为同轴结构金属导线的电流传输路径，金属导线外部由绝缘材料包裹，一共两根，分别作为线圈与外部接口的输入和输出端，金属导线外部的导体1与电缆转接器2中的两个金属块连接；
电缆转接器2由两个金属块组成，每个金属块的一端分别连接线圈输入和输出端的金属导线外部的导体1，另一端连接电缆3；
电缆3为单芯电缆，共两根，一端与电缆转接器2的金属连接，另一端延伸到接线器的外部，作为线圈输入输出端的延长部分；
绝缘骨架4包括后绝缘板8、绝缘顶板9、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15和绝缘底板16，它们能够根据金属导线外部的导体1、电缆3、金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7的形状在相应的位置刻出相应形状的凹槽，用来固定电缆3和金属导线内部金属冷却水管5。
金属导线内部金属冷却水管5通过弯曲与电缆3平行引出到绝缘水管固定座12与绝缘水管6连接，金属导线内部金属冷却水管5为两根，作为冷却水的输入和输出端；
绝缘水管6为绝缘材料的水管，通过绝缘水管固定座12在前绝缘板11上与金属导线内部金属冷却水管5连接，共两根，作为冷却水的输入和输出端，并起到绝缘作用；
绝缘套管7在接线器内部套在金属导线内部金属冷却水管5外部，加强金属冷却水管5的绝缘作用，以及加强接线器内部绝缘支撑结构的对金属冷却水管的固定作用；
后绝缘板8为绝缘材料，安装于接线器后部，起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
绝缘顶板9为绝缘材料，通过尼龙螺丝安装于接线器顶部，起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
左绝缘板10为绝缘材料，安装于接线器左侧，起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
前绝缘板11为绝缘材料，安装于接线器前部，起到绝缘和固定接线器内部部件作用，其上还安装有绝缘水管固定座12和电缆固定座13；
绝缘水管固定座12为绝缘材料，安装于前绝缘板11，其作用是使金属导线内部金属冷却水管5和绝缘水管6连接，并紧固两者连接处，防止漏水；
电缆固定座13为绝缘材料，安装于前绝缘板11，其作用是固定两根电缆3的引出端口；
右绝缘板14为绝缘材料，安装于接线器右侧，起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
绝缘固定板15为绝缘材料，安装于接线器内部，在绝缘底板16之上，绝缘顶板9之下，用于固定金属导线内部金属冷却水管5和绝缘套管7并起到绝缘作用；
绝缘底板16为绝缘材料，通过金属螺丝与电缆转接器2连接，构成主体结构，后绝缘板8、左绝缘板10、前绝缘板11、绝缘水管固定座12、电缆固定座13、右绝缘板14、绝缘固定板15都通过尼龙螺丝与其连接；
安装底座17为绝缘材料，可以通过金属或者尼龙螺丝安装于线圈输入输出端口附近，然后再通过金属或者尼龙螺丝与绝缘底板16连接。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情况或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (6)

1.用于水冷线圈接口的接线方法，其特征是：它包括以下步骤：
步骤一、在保证作为线圈与外部连接的接口的两根金属导线长度满足使用需求的情况下，将金属导线外部作为电流传输路径的导体(1)剥离出部分长度d，d为正数，露出对应长度的内部金属冷却水管(5)，然后执行步骤二；
步骤二、将两根金属导线外部的导体(1)分别与电缆转接器(2)中的两个金属块连接，然后执行步骤三；
步骤三、将电缆转接器(2)中的两个金属块分别与两根电缆(3)连接，然后执行步骤四；
步骤四、将步骤一所述的两根金属导线露出对应长度的内部金属冷却水管(5)外部分别使用两根绝缘套管(7)固定，然后执行步骤五；
步骤五、将步骤四中所述的两根金属导线露出对应长度的内部金属冷却水管(5)分别与两根绝缘水管(6)连接，完成一次水冷线圈接口的接线。
2.根据权利要求1所述的用于水冷线圈接口的接线方法，其特征在于，步骤二中电缆转接器(2)包括两个金属导体，所述两个金属导体的一端分别连接两根金属导线外部的导体(1)并固定，所述两个金属导体的另一端分别连接两根电缆(3)并固定。
3.根据权利要求1所述的用于水冷线圈接口的接线方法，其特征在于，步骤四中的两根绝缘套管(7)分别套在两根露出的冷却水管(5)外部，用于绝缘和固定。
4.根据权利要求3所述的用于水冷线圈接口的接线方法，其特征在于，步骤五中的两根绝缘水管(6)分别与两根金属冷却水管(5)连接，用于引出冷却水管并起到绝缘作用。
5.根据权利要求4所述的用于水冷线圈接口的接线方法，其特征在于，它还使用绝缘骨架(4)放置和承托各部件。
6.实现权利要求1所述用于水冷线圈接口的接线方法的接线器，它包括金属导线外部的导体(1)，其特征是：它还包括电缆转接器(2)、电缆(3)、绝缘骨架(4)、金属导线内部金属冷却水管(5)、绝缘水管(6)、绝缘套管(7)和安装底座(17)；
所述金属导线外部的导体(1)为同轴结构金属导线的电流传输路径，金属导线外部由绝缘材料包裹，一共两根，分别作为线圈与外部接口的输入端和输出端，所述两根金属导线外部的导体(1)分别与电缆转接器(2)中的两个金属块连接；
所述电缆转接器(2)由两个金属块组成，所述两个金属块的一端分别连接线圈输入端和输出端的金属导线外部的导体(1)，所述两个金属块的另一端连接电缆(3)；
所述电缆(3)为单芯电缆，共两根，所述两根单芯电缆的一端与电缆转接器(2)的两个金属块的另一端连接，所述两根单芯电缆的另一端延伸到接线器的外部，作为线圈输入的和输出端的延长部分；
所述绝缘骨架(4)包括后绝缘板(8)、绝缘顶板(9)、左绝缘板(10)、前绝缘板(11)、绝缘水管固定座(12)、电缆固定座(13)、右绝缘板(14)、绝缘固定板(15)和绝缘底板(16)，它们能够根据金属导线外部的导体(1)、电缆(3)、金属导线内部金属冷却水管(5)和绝缘套管(7)的形状在相应的位置刻出相应形状的凹槽，用于固定电缆(3)和金属导线内部金属冷却水管(5)；
所述金属导线内部金属冷却水管(5)通过弯曲与电缆(3)平行引出到绝缘水管固定座(12)与绝缘水管(6)连接，金属导线内部金属冷却水管(5)为两根，分别作为冷却水的输入端和输出端；
所述绝缘水管(6)为绝缘材料的水管，其通过绝缘水管固定座(12)在前绝缘板(11)上与金属导线内部金属冷却水管(5)连接，共两根，分别作为冷却水的输入端和输出端，并起到绝缘作用；
所述绝缘套管(7)在接线器内部套在金属导线内部金属冷却水管(5)外部，用于加强金属冷却水管(5)的绝缘性能，以及用于起到加强接线器内部绝缘骨架的对金属冷却水管的固定作用；
所述后绝缘板(8)为绝缘材料，安装于接线器后部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述绝缘顶板(9)为绝缘材料，安装于接线器顶部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述左绝缘板(10)为绝缘材料，安装于接线器左侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用；
所述前绝缘板(11)为绝缘材料，安装于接线器前部，用于起到绝缘和固定接线器内部部件作用，其上还安装有绝缘水管固定座(12)和电缆固定座(13)；
所述绝缘水管固定座(12)为绝缘材料，安装于前绝缘板(11)上，用于使金属导线内部金属冷却水管(5)和绝缘水管(6)连接，并紧固两者连接处，防止漏水；
所述电缆固定座(13)为绝缘材料，安装于前绝缘板(11)上，其用于固定两根电缆(3)的引出端口；
所述右绝缘板(14)为绝缘材料，安装于接线器右侧，用于起到绝缘和固定接线器内部部件的作用；
所述绝缘固定板(15)为绝缘材料，安装于接线器内部，在绝缘底板(16)之上，绝缘顶板(9)之下，用于固定金属导线内部金属冷却水管(5)和绝缘套管(7)并起到绝缘作用；
绝缘底板(16)为绝缘材料，与电缆转接器(2)连接，构成主体结构，后绝缘板(8)、左绝缘板(10)、前绝缘板(11)、绝缘水管固定座(12)、电缆固定座(13)、右绝缘板(14)、绝缘固定板(15)均与其连接；
所述安装底座(17)为绝缘材料，安装于线圈输入输出端口处，并与绝缘底板(16)连接。
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