專利名稱：帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電抗器結(jié)構(gòu)和散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器。
背景技術(shù)：
高壓脈沖電抗器是電磁領(lǐng)域最重要的電子元器件之一，為了獲得更高的能量，向功率源電抗器通入很窄脈寬強(qiáng)電流，在短時間內(nèi)積累大量熱量，且產(chǎn)生很大的電動力，這對電抗器的材料、制作工藝及冷卻技術(shù)提出很高的電絕緣性、機(jī)械性能、空間結(jié)構(gòu)、電動力、耐熱性能、甚至感應(yīng)電流和磁場的要求。電抗器工作時，電流在銅帶上的電阻發(fā)熱效應(yīng)以及電抗器內(nèi)磁場渦流制熱效應(yīng)， 電抗器在極短的時間內(nèi)聚集大量的能量，從而使其內(nèi)部溫度會急速上升，如沒有良好的散熱結(jié)構(gòu)和條件，會極大的影響電抗器的工作效率及壽命。電抗器工作時，大電流的通過會對銅帶產(chǎn)生很大的電動力(也稱沖擊力，力值極大，作用時間極短)，如果電抗器內(nèi)部材料沒有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，可能會破壞電抗器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。特別是進(jìn)行連續(xù)工作時，熱量與沖擊功多次累加，甚至?xí)龎幕驔_壞電抗器。電抗器工作時，內(nèi)部電壓很高，若沒有良好的絕緣材料，內(nèi)部極易發(fā)生沿面放電甚至短路，極大的影響了電抗器的安全性能。儲能密度也是衡量高壓脈沖電抗器綜合性能重要指標(biāo)之一，隨著高壓脈沖電抗器的發(fā)展，電抗器小型化已是一種趨勢。目前國內(nèi)外對高壓脈沖電抗器研究都取得了一定的成果。如中國專利200820110864. 9中公開了一種電抗器的散熱結(jié)構(gòu)(任玉民,韓先才等。一種電抗器的散熱結(jié)構(gòu)，實(shí)用新型專利，申請?zhí)?00820110864. 9，申請日2008.4. 29)，該電抗器有連接在電抗器油箱上的散熱器，包括兩個或兩個以上單獨(dú)的器身，各電抗器器身通過其內(nèi)部的線圈聯(lián)接在一起，電抗器器身的散熱效果好。但其結(jié)構(gòu)尺寸較大，儲能密度低，不適合在空間有限制，儲能密度高的情況下使用。國外專利93119758. 9中公開了具有徑向固定到結(jié)構(gòu)套筒上的導(dǎo)體繞組的空芯電抗器(亞當(dāng)·朱培斯，加拿大安大略，申請?zhí)?3119758. 9，申請日1993. 11. 05),該電抗器為一種可抽頭的空芯電抗器，其中可抽頭的部分具有以暴露的螺旋繞組的形式纏繞在電絕緣材料的套筒外表面的導(dǎo)體。該螺旋繞組被部分地嵌入，而留下裸露的外表面，一個抽頭能在繞電抗器的任一周邊位置上被裝到上述表面上，電抗器的絕緣效果優(yōu)越，機(jī)械性能強(qiáng)。但其散熱效果略顯不足，且加工復(fù)雜，工藝要求高。因此，權(quán)衡空間結(jié)構(gòu)、材料機(jī)械性能、冷卻效果、電動力緩沖、材料絕緣性五者之關(guān)系是高壓脈沖電抗器的發(fā)展必經(jīng)之路，也是現(xiàn)階段高壓脈沖電抗器技術(shù)亟待解決之難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的功率源脈沖電抗器，以解決現(xiàn)有技術(shù)對電抗器電絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)空間、電動力、散熱性能、甚至感應(yīng)電流和磁場要求的綜合瓶頸問題，達(dá)到脈沖電抗器能夠安全、可靠、持久的工作。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，所述帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器以流體介質(zhì)為冷卻媒體，在電抗器內(nèi)環(huán)側(cè)及單側(cè)端面通過對流或相變傳熱方式對高壓脈沖電抗器進(jìn)行冷卻。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)電抗器結(jié)構(gòu)緊湊，儲能密度大，滿足于空間要求緊湊，散熱密度大的環(huán)境。(2)采用內(nèi)電極供液及端面冷卻，極大改善在了緊湊結(jié)構(gòu)條件下電抗器的冷卻性能。(3)采用韌性層包裹設(shè)計緩沖并吸收銅帶電動力，提高電抗器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性。(4)采用高強(qiáng)度環(huán)氧外筒，機(jī)械強(qiáng)度高。(5)采用聚亞酰胺薄膜，內(nèi)部絕緣效果優(yōu)良。(6 )橫向連接槽上下兩面通過兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔使內(nèi)電極薄面彈性變形，夾緊銅帶和鋼帶，使橫向連接槽上下兩面同時導(dǎo)電，增加電流導(dǎo)通面積。冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔，可作為冷卻介質(zhì)的載體，提供彈性形變的源泉，也是內(nèi)電極減重的方式之一。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器主視圖示意圖。圖2為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器俯視圖示意圖。圖3為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電電抗器內(nèi)電極主視圖示意圖。圖4為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電電抗器內(nèi)電極俯視圖示意圖。圖5為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電電抗器內(nèi)環(huán)氧筒主視圖示意圖。圖6為本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電電抗器內(nèi)環(huán)氧筒俯視圖示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖I和圖2，本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器以流體介質(zhì)為冷卻媒體，在電抗器內(nèi)環(huán)側(cè)及單側(cè)端面通過對流或相變傳熱方式對高壓脈沖電抗器進(jìn)行冷卻。所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器I由銅帶2、鋼帶3、絕緣層4、內(nèi)電極5、內(nèi)環(huán)氧筒6、韌性層7、外環(huán)氧筒8、兩端面蓋板9、灌封層10、外邊緣連接外電極20組成，將疊加在一起的銅帶2和鋼帶3安裝在內(nèi)電極5的橫向連接槽13內(nèi)，將內(nèi)環(huán)氧筒6套在內(nèi)電極5外圓上，并使內(nèi)環(huán)氧筒6和內(nèi)電極5的端面齊平，銅帶2、鋼帶3從內(nèi)環(huán)氧筒6的不通透長槽14穿出；在銅帶2、鋼帶3下墊入絕緣層4，將銅帶2、鋼帶3和絕緣層4以內(nèi)環(huán)氧筒6為基圓，繞制多圈構(gòu)成多匝纏繞體，將繞制完的銅帶2、鋼帶3的最外端通過螺釘安裝在外電極20上，在多匝纏繞體和外電極20外圍繞制四層以上韌性層7構(gòu)成電抗器線包，電抗器線包放置在外環(huán)氧筒8內(nèi)，兩端面蓋板9將外環(huán)氧筒8兩個端口封裝，內(nèi)電極5的中心桿穿過兩端面蓋板9上的中心孔實(shí)現(xiàn)圓周定位，兩端面蓋板9的內(nèi)端面與內(nèi)電極5端面豎直定位，在外環(huán)氧筒8與韌性層7之間加入灌封層10，該灌封層10高度不超出絕緣層4。本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器的鋼帶3采用厚度O. 2mm以下的不銹鋼帶、碳素彈簧鋼帶或合金鋼帶。所述的絕緣層4采用聚亞酰胺薄膜或聚乙烯膜。韌性層7采用抗沖擊韌性好高溫固化的堿性熱固性樹脂浸潰帶或玻璃纖維帶。外環(huán)氧筒8采用玻璃纖維絲網(wǎng)狀纏繞的高強(qiáng)度環(huán)氧筒或徑向纏繞的普通環(huán)氧筒。結(jié)合圖3和圖4，本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器的內(nèi)電極5為銅柱，該銅柱由做成一體化的螺紋段、基圓段和光軸構(gòu)成，螺紋段和光軸穿過兩端面蓋板9上的中心孔，光軸為中空結(jié)構(gòu)，該光軸上設(shè)置冷卻介質(zhì)入口 11，基圓段上設(shè)置橫向連接槽13和兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔12，該橫向連接槽13穿過基圓段的軸線貫通，該橫向連接槽13內(nèi)安裝銅帶2和鋼帶3，兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔12與橫向連接槽13相通，冷卻介質(zhì)入口 11通過中空結(jié)構(gòu)與兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔12相通；冷卻介質(zhì)由冷卻介質(zhì)入口 11進(jìn)入，到達(dá)內(nèi)電極5的冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔12，再進(jìn)入內(nèi)電極5上的橫向連接槽13。結(jié)合圖5和圖6，本發(fā)明帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器的內(nèi)環(huán)氧筒6的端面與兩端面蓋板9之間作為冷卻介質(zhì)載體的冷卻空腔18，在外環(huán)氧筒8或兩端面蓋板9上設(shè)有冷卻介質(zhì)出口 19，并與冷卻空腔18相通。所述的內(nèi)環(huán)氧筒6上設(shè)置不通透長槽14、環(huán)形槽15、徑向盲槽16、導(dǎo)流孔17，過渡光滑的不通透長槽14在內(nèi)環(huán)氧筒6的軸向上用于穿出銅帶2、鋼帶3，軸向盲槽16在內(nèi)環(huán)氧筒6的軸向上，軸向盲槽16與冷卻空腔18相通，環(huán)形槽15在環(huán)氧筒6的徑向方向上，并在環(huán)形槽15、軸向盲槽16交叉處設(shè)有導(dǎo)流孔17 ;所述的導(dǎo)流孔17徑向尺寸隨流體的流動方向逐漸增大；冷卻介質(zhì)通過導(dǎo)流孔17進(jìn)入環(huán)形槽15,接觸銅帶2表面通過徑向盲槽16進(jìn)入冷卻空腔18，再由冷卻介質(zhì)出口 19排出。
實(shí)施例按照圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6將疊加在一起的TUl軟銅帶和304不銹鋼帶安裝在內(nèi)電極的橫向連接槽內(nèi)，將內(nèi)環(huán)氧筒套在內(nèi)電極外圓上，并使內(nèi)環(huán)氧筒和內(nèi)電極的端面齊平，TUl軟銅帶和304不銹鋼帶從內(nèi)環(huán)氧筒的不通透長槽穿出；在TUl軟銅帶和304不銹鋼帶下墊入聚亞酰胺薄膜，將TUl軟銅帶、304不銹鋼帶和聚亞酰胺薄膜以內(nèi)環(huán)氧筒為基圓，繞制多圈構(gòu)成多匝纏繞體，將繞制完的TUl軟銅帶和304不銹鋼帶的最外端通過螺釘安裝在外電極上，在多匝纏繞體和外電極外圍繞制四層以上高溫固化的堿性熱固性樹脂浸潰帶構(gòu)成電抗器線包，電抗器線包放置在外環(huán)氧筒內(nèi)，兩端面蓋板將外環(huán)氧筒兩個端口封裝，內(nèi)電極的中心桿穿過兩端面蓋板上的中心孔實(shí)現(xiàn)圓周定位，兩端面蓋板的內(nèi)端面與內(nèi)電極端面豎直定位，在外環(huán)氧筒與堿性熱固性樹脂浸潰帶之間加入固化環(huán)氧，該環(huán)氧高度不超出聚亞酰胺薄膜。電抗器工作時，電流從電抗器內(nèi)電極流進(jìn)，外電極流出，會在銅帶上產(chǎn)生很大的徑向向外電動力，通過熱固性樹脂浸潰帶的彈性包裹吸收其部分電動力；而電流熱效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，通過流體介質(zhì)由冷卻介質(zhì)入口 11進(jìn)入，到達(dá)內(nèi)電極5的一個冷卻介質(zhì)散熱孔12，再經(jīng)過內(nèi)電極5上的橫向連接槽13，通過內(nèi)環(huán)氧筒6上的導(dǎo)流孔17進(jìn)入環(huán)形槽15，接觸銅帶2表面通過徑向盲槽16進(jìn)入空腔18，再由冷卻介質(zhì)出口 19將其帶出。
權(quán)利要求
1.一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器以流體介質(zhì)為冷卻媒體，在電抗器內(nèi)環(huán)側(cè)及單側(cè)端面通過對流或相變傳熱方式對高壓脈沖電抗器進(jìn)行冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)高壓脈沖電抗器(I)由銅帶(2)、鋼帶(3)、絕緣層(4)、內(nèi)電極(5)、內(nèi)環(huán)氧筒(6)、韌性層(7)、外環(huán)氧筒(8)、兩端面蓋板(9)、灌封層(10)、外邊緣連接外電極(20)組成，將疊加在一起的銅帶(2)和鋼帶(3)安裝在內(nèi)電極(5)的橫向連接槽(13)內(nèi)，將內(nèi)環(huán)氧筒(6)套在內(nèi)電極(5)外圓上，并使內(nèi)環(huán)氧筒(6)和內(nèi)電極(5)的端面齊平，銅帶(2)、鋼帶(3)從內(nèi)環(huán)氧筒(6)的不通透長槽(14)穿出；在銅帶(2)、鋼帶(3)下墊入絕緣層(4)，將銅帶(2)、鋼帶(3)和絕緣層(4)以內(nèi)環(huán)氧筒(6)為基圓，繞制多圈構(gòu)成多匝纏繞體，將繞制完的銅帶(2)、鋼帶(3 )的最外端通過螺釘安裝在外電極(20 )上，在多匝纏繞體和外電極(20 )外圍繞制四層以上韌性層(7)構(gòu)成電抗器線包，電抗器線包放置在外環(huán)氧筒(8)內(nèi)，兩端面蓋板(9)將外環(huán)氧筒(8)兩個端口封裝，內(nèi)電極(5)的中心桿穿過兩端面蓋板(9)上的中心孔實(shí)現(xiàn)圓周定位，兩端面蓋板(9)的內(nèi)端面與內(nèi)電極(5)端面豎直定位，在外環(huán)氧筒(8)與韌性層(7)之間加入灌封層(10)，該灌封層(10)高度不超出絕緣層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的鋼帶(3)采用厚度O. 2mm以下的不銹鋼帶、碳素彈簧鋼帶或合金鋼帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的絕緣層(4)采用聚亞酰胺薄膜或聚乙烯膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的內(nèi)電極(5)為銅柱，該銅柱由做成一體化的螺紋段、基圓段和光軸構(gòu)成，螺紋段和光軸穿過兩端面蓋板(9)上的中心孔，光軸為中空結(jié)構(gòu)，該光軸上設(shè)置冷卻介質(zhì)入口(11)，基圓段上設(shè)置橫向連接槽(13)和兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔(12)，該橫向連接槽(13)穿過基圓段的軸線貫通，該橫向連接槽(13)內(nèi)安裝銅帶(2)和鋼帶(3),兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔(12)與橫向連接槽(13)相通，冷卻介質(zhì)入口( 11)通過中空結(jié)構(gòu)與兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔(12)相通；冷卻介質(zhì)由冷卻介質(zhì)入口(11)進(jìn)入，到達(dá)內(nèi)電極(5)的冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔(12)，再進(jìn)入內(nèi)電極(5)上的橫向連接槽(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于內(nèi)環(huán)氧筒(6)的端面與兩端面蓋板(9)之間作為冷卻介質(zhì)載體的冷卻空腔(18)，在外環(huán)氧筒(8)或兩端面蓋板(9)上設(shè)有冷卻介質(zhì)出口(19)，并與冷卻空腔(18)相通。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的內(nèi)環(huán)氧筒(6)上設(shè)置不通透長槽(14)、環(huán)形槽(15)、徑向盲槽(16)、導(dǎo)流孔(17)，過渡光滑的不通透長槽(14)在內(nèi)環(huán)氧筒(6)的軸向上用于穿出銅帶(2)、鋼帶(3)，軸向盲槽(16)在內(nèi)環(huán)氧筒(6 )的軸向上，軸向盲槽(16 )與冷卻空腔(18 )相通，環(huán)形槽(15 )在環(huán)氧筒(6 )的徑向方向上，并在環(huán)形槽(15)、軸向盲槽(16)交叉處設(shè)有導(dǎo)流孔(17);所述的導(dǎo)流孔(17)徑向尺寸隨流體的流動方向逐漸增大；冷卻介質(zhì)通過導(dǎo)流孔(17)進(jìn)入環(huán)形槽(15),接觸銅帶(2)表面通過徑向盲槽(16)進(jìn)入冷卻空腔(18)，再由冷卻介質(zhì)出口( 19)排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于韌性層(7)采用抗沖擊韌性好高溫固化的堿性熱固性樹脂浸潰帶或玻璃纖維帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，其特征在于所述的外環(huán)氧筒(8)采用玻璃纖維絲網(wǎng)狀纏繞的高強(qiáng)度環(huán)氧筒或徑向纏繞的普通環(huán)氧筒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶冷卻結(jié)構(gòu)的高壓脈沖電抗器，以流體介質(zhì)為冷卻媒體，在電抗器內(nèi)環(huán)側(cè)及單側(cè)端面通過對流或相變傳熱方式對高壓脈沖電抗器進(jìn)行冷卻。本發(fā)明電抗器結(jié)構(gòu)緊湊，儲能密度大，滿足于空間要求緊湊，散熱密度大的環(huán)境；采用內(nèi)電極供液及端面冷卻，極大改善在了緊湊結(jié)構(gòu)條件下電抗器的冷卻性能；橫向連接槽上下兩面通過兩個冷卻介質(zhì)聯(lián)通孔使內(nèi)電極薄面彈性變形，夾緊銅帶和鋼帶，使橫向連接槽上下兩面同時導(dǎo)電，增加電流導(dǎo)通面積。
文檔編號H01F27/29GK102945729SQ20121045834
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者董健年, 楊威, 張軍, 余延順 申請人:南京理工大學(xué)