专利名称：带冷却结构的高压脉冲电抗器的制作方法
技术领域：
本发明属于电抗器结构和散热技术领域，特别是一种带冷却结构的高压脉冲电抗器。
背景技术：
高压脉冲电抗器是电磁领域最重要的电子元器件之一，为了获得更高的能量，向功率源电抗器通入很窄脉宽强电流，在短时间内积累大量热量，且产生很大的电动力，这对电抗器的材料、制作工艺及冷却技术提出很高的电绝缘性、机械性能、空间结构、电动力、耐热性能、甚至感应电流和磁场的要求。电抗器工作时，电流在铜带上的电阻发热效应以及电抗器内磁场涡流制热效应， 电抗器在极短的时间内聚集大量的能量，从而使其内部温度会急速上升，如没有良好的散热结构和条件，会极大的影响电抗器的工作效率及寿命。电抗器工作时，大电流的通过会对铜带产生很大的电动力(也称冲击力，力值极大，作用时间极短)，如果电抗器内部材料没有足够的强度和冲击韧性，可能会破坏电抗器内部结构。特别是进行连续工作时，热量与冲击功多次累加，甚至会烧坏或冲坏电抗器。电抗器工作时，内部电压很高，若没有良好的绝缘材料，内部极易发生沿面放电甚至短路，极大的影响了电抗器的安全性能。储能密度也是衡量高压脉冲电抗器综合性能重要指标之一，随着高压脉冲电抗器的发展，电抗器小型化已是一种趋势。目前国内外对高压脉冲电抗器研究都取得了一定的成果。如中国专利200820110864. 9中公开了一种电抗器的散热结构(任玉民,韩先才等。一种电抗器的散热结构，实用新型专利，申请号200820110864. 9，申请日2008.4. 29)，该电抗器有连接在电抗器油箱上的散热器，包括两个或两个以上单独的器身，各电抗器器身通过其内部的线圈联接在一起，电抗器器身的散热效果好。但其结构尺寸较大，储能密度低，不适合在空间有限制，储能密度高的情况下使用。国外专利93119758. 9中公开了具有径向固定到结构套筒上的导体绕组的空芯电抗器(亚当·朱培斯，加拿大安大略，申请号93119758. 9，申请日1993. 11. 05),该电抗器为一种可抽头的空芯电抗器，其中可抽头的部分具有以暴露的螺旋绕组的形式缠绕在电绝缘材料的套筒外表面的导体。该螺旋绕组被部分地嵌入，而留下裸露的外表面，一个抽头能在绕电抗器的任一周边位置上被装到上述表面上，电抗器的绝缘效果优越，机械性能强。但其散热效果略显不足，且加工复杂，工艺要求高。因此，权衡空间结构、材料机械性能、冷却效果、电动力缓冲、材料绝缘性五者之关系是高压脉冲电抗器的发展必经之路，也是现阶段高压脉冲电抗器技术亟待解决之难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带冷却结构的功率源脉冲电抗器，以解决现有技术对电抗器电绝缘性、机械强度、结构空间、电动力、散热性能、甚至感应电流和磁场要求的综合瓶颈问题，达到脉冲电抗器能够安全、可靠、持久的工作。实现本发明目的的技术解决方案为一种带冷却结构的高压脉冲电抗器，所述带冷却结构高压脉冲电抗器以流体介质为冷却媒体，在电抗器内环侧及单侧端面通过对流或相变传热方式对高压脉冲电抗器进行冷却。本发明与现有技术相比，其显著优点(1)电抗器结构紧凑，储能密度大，满足于空间要求紧凑，散热密度大的环境。(2)采用内电极供液及端面冷却，极大改善在了紧凑结构条件下电抗器的冷却性能。(3)采用韧性层包裹设计缓冲并吸收铜带电动力，提高电抗器结构的稳定性与可靠性。(4)采用高强度环氧外筒，机械强度高。(5)采用聚亚酰胺薄膜，内部绝缘效果优良。(6 )横向连接槽上下两面通过两个冷却介质联通孔使内电极薄面弹性变形，夹紧铜带和钢带，使横向连接槽上下两面同时导电，增加电流导通面积。冷却介质联通孔，可作为冷却介质的载体，提供弹性形变的源泉，也是内电极减重的方式之一。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图I为本发明带冷却结构高压脉冲电抗器主视图示意图。图2为本发明带冷却结构高压脉冲电抗器俯视图示意图。图3为本发明带冷却结构高压脉冲电电抗器内电极主视图示意图。图4为本发明带冷却结构高压脉冲电电抗器内电极俯视图示意图。图5为本发明带冷却结构高压脉冲电电抗器内环氧筒主视图示意图。图6为本发明带冷却结构高压脉冲电电抗器内环氧筒俯视图示意图。
具体实施例方式结合图I和图2，本发明带冷却结构的高压脉冲电抗器，带冷却结构高压脉冲电抗器以流体介质为冷却媒体，在电抗器内环侧及单侧端面通过对流或相变传热方式对高压脉冲电抗器进行冷却。所述的带冷却结构高压脉冲电抗器I由铜带2、钢带3、绝缘层4、内电极5、内环氧筒6、韧性层7、外环氧筒8、两端面盖板9、灌封层10、外边缘连接外电极20组成，将叠加在一起的铜带2和钢带3安装在内电极5的横向连接槽13内，将内环氧筒6套在内电极5外圆上，并使内环氧筒6和内电极5的端面齐平，铜带2、钢带3从内环氧筒6的不通透长槽14穿出；在铜带2、钢带3下垫入绝缘层4，将铜带2、钢带3和绝缘层4以内环氧筒6为基圆，绕制多圈构成多匝缠绕体，将绕制完的铜带2、钢带3的最外端通过螺钉安装在外电极20上，在多匝缠绕体和外电极20外围绕制四层以上韧性层7构成电抗器线包，电抗器线包放置在外环氧筒8内，两端面盖板9将外环氧筒8两个端口封装，内电极5的中心杆穿过两端面盖板9上的中心孔实现圆周定位，两端面盖板9的内端面与内电极5端面竖直定位，在外环氧筒8与韧性层7之间加入灌封层10，该灌封层10高度不超出绝缘层4。本发明带冷却结构的高压脉冲电抗器的钢带3采用厚度O. 2mm以下的不锈钢带、碳素弹簧钢带或合金钢带。所述的绝缘层4采用聚亚酰胺薄膜或聚乙烯膜。韧性层7采用抗冲击韧性好高温固化的碱性热固性树脂浸溃带或玻璃纤维带。外环氧筒8采用玻璃纤维丝网状缠绕的高强度环氧筒或径向缠绕的普通环氧筒。结合图3和图4，本发明带冷却结构的高压脉冲电抗器的内电极5为铜柱，该铜柱由做成一体化的螺纹段、基圆段和光轴构成，螺纹段和光轴穿过两端面盖板9上的中心孔，光轴为中空结构，该光轴上设置冷却介质入口 11，基圆段上设置横向连接槽13和两个冷却介质联通孔12，该横向连接槽13穿过基圆段的轴线贯通，该横向连接槽13内安装铜带2和钢带3，两个冷却介质联通孔12与横向连接槽13相通，冷却介质入口 11通过中空结构与两个冷却介质联通孔12相通；冷却介质由冷却介质入口 11进入，到达内电极5的冷却介质联通孔12，再进入内电极5上的横向连接槽13。结合图5和图6，本发明带冷却结构的高压脉冲电抗器的内环氧筒6的端面与两端面盖板9之间作为冷却介质载体的冷却空腔18，在外环氧筒8或两端面盖板9上设有冷却介质出口 19，并与冷却空腔18相通。所述的内环氧筒6上设置不通透长槽14、环形槽15、径向盲槽16、导流孔17，过渡光滑的不通透长槽14在内环氧筒6的轴向上用于穿出铜带2、钢带3，轴向盲槽16在内环氧筒6的轴向上，轴向盲槽16与冷却空腔18相通，环形槽15在环氧筒6的径向方向上，并在环形槽15、轴向盲槽16交叉处设有导流孔17 ;所述的导流孔17径向尺寸随流体的流动方向逐渐增大；冷却介质通过导流孔17进入环形槽15,接触铜带2表面通过径向盲槽16进入冷却空腔18，再由冷却介质出口 19排出。
实施例按照图I、图2、图3、图4、图5、图6将叠加在一起的TUl软铜带和304不锈钢带安装在内电极的横向连接槽内，将内环氧筒套在内电极外圆上，并使内环氧筒和内电极的端面齐平，TUl软铜带和304不锈钢带从内环氧筒的不通透长槽穿出；在TUl软铜带和304不锈钢带下垫入聚亚酰胺薄膜，将TUl软铜带、304不锈钢带和聚亚酰胺薄膜以内环氧筒为基圆，绕制多圈构成多匝缠绕体，将绕制完的TUl软铜带和304不锈钢带的最外端通过螺钉安装在外电极上，在多匝缠绕体和外电极外围绕制四层以上高温固化的碱性热固性树脂浸溃带构成电抗器线包，电抗器线包放置在外环氧筒内，两端面盖板将外环氧筒两个端口封装，内电极的中心杆穿过两端面盖板上的中心孔实现圆周定位，两端面盖板的内端面与内电极端面竖直定位，在外环氧筒与碱性热固性树脂浸溃带之间加入固化环氧，该环氧高度不超出聚亚酰胺薄膜。电抗器工作时，电流从电抗器内电极流进，外电极流出，会在铜带上产生很大的径向向外电动力，通过热固性树脂浸溃带的弹性包裹吸收其部分电动力；而电流热效应所产生的热量，通过流体介质由冷却介质入口 11进入，到达内电极5的一个冷却介质散热孔12，再经过内电极5上的横向连接槽13，通过内环氧筒6上的导流孔17进入环形槽15，接触铜带2表面通过径向盲槽16进入空腔18，再由冷却介质出口 19将其带出。
权利要求
1.一种带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述带冷却结构高压脉冲电抗器以流体介质为冷却媒体，在电抗器内环侧及单侧端面通过对流或相变传热方式对高压脉冲电抗器进行冷却。
2.根据权利要求I所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的带冷却结构高压脉冲电抗器(I)由铜带(2)、钢带(3)、绝缘层(4)、内电极(5)、内环氧筒(6)、韧性层(7)、外环氧筒(8)、两端面盖板(9)、灌封层(10)、外边缘连接外电极(20)组成，将叠加在一起的铜带(2)和钢带(3)安装在内电极(5)的横向连接槽(13)内，将内环氧筒(6)套在内电极(5)外圆上，并使内环氧筒(6)和内电极(5)的端面齐平，铜带(2)、钢带(3)从内环氧筒(6)的不通透长槽(14)穿出；在铜带(2)、钢带(3)下垫入绝缘层(4)，将铜带(2)、钢带(3)和绝缘层(4)以内环氧筒(6)为基圆，绕制多圈构成多匝缠绕体，将绕制完的铜带(2)、钢带(3 )的最外端通过螺钉安装在外电极(20 )上，在多匝缠绕体和外电极(20 )外围绕制四层以上韧性层(7)构成电抗器线包，电抗器线包放置在外环氧筒(8)内，两端面盖板(9)将外环氧筒(8)两个端口封装，内电极(5)的中心杆穿过两端面盖板(9)上的中心孔实现圆周定位，两端面盖板(9)的内端面与内电极(5)端面竖直定位，在外环氧筒(8)与韧性层(7)之间加入灌封层(10)，该灌封层(10)高度不超出绝缘层(4)。
3.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的钢带(3)采用厚度O. 2mm以下的不锈钢带、碳素弹簧钢带或合金钢带。
4.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的绝缘层(4)采用聚亚酰胺薄膜或聚乙烯膜。
5.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的内电极(5)为铜柱，该铜柱由做成一体化的螺纹段、基圆段和光轴构成，螺纹段和光轴穿过两端面盖板(9)上的中心孔，光轴为中空结构，该光轴上设置冷却介质入口(11)，基圆段上设置横向连接槽(13)和两个冷却介质联通孔(12)，该横向连接槽(13)穿过基圆段的轴线贯通，该横向连接槽(13)内安装铜带(2)和钢带(3),两个冷却介质联通孔(12)与横向连接槽(13)相通，冷却介质入口( 11)通过中空结构与两个冷却介质联通孔(12)相通；冷却介质由冷却介质入口(11)进入，到达内电极(5)的冷却介质联通孔(12)，再进入内电极(5)上的横向连接槽(13)。
6.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于内环氧筒(6)的端面与两端面盖板(9)之间作为冷却介质载体的冷却空腔(18)，在外环氧筒(8)或两端面盖板(9)上设有冷却介质出口(19)，并与冷却空腔(18)相通。
7.根据权利要求2或6所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的内环氧筒(6)上设置不通透长槽(14)、环形槽(15)、径向盲槽(16)、导流孔(17)，过渡光滑的不通透长槽(14)在内环氧筒(6)的轴向上用于穿出铜带(2)、钢带(3)，轴向盲槽(16)在内环氧筒(6 )的轴向上，轴向盲槽(16 )与冷却空腔(18 )相通，环形槽(15 )在环氧筒(6 )的径向方向上，并在环形槽(15)、轴向盲槽(16)交叉处设有导流孔(17);所述的导流孔(17)径向尺寸随流体的流动方向逐渐增大；冷却介质通过导流孔(17)进入环形槽(15),接触铜带(2)表面通过径向盲槽(16)进入冷却空腔(18)，再由冷却介质出口( 19)排出。
8.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于韧性层(7)采用抗冲击韧性好高温固化的碱性热固性树脂浸溃带或玻璃纤维带。
9.根据权利要求2所述的带冷却结构的高压脉冲电抗器，其特征在于所述的外环氧筒(8)采用玻璃纤维丝网状缠绕的高强度环氧筒或径向缠绕的普通环氧筒。
全文摘要
本发明公开了一种带冷却结构的高压脉冲电抗器，以流体介质为冷却媒体，在电抗器内环侧及单侧端面通过对流或相变传热方式对高压脉冲电抗器进行冷却。本发明电抗器结构紧凑，储能密度大，满足于空间要求紧凑，散热密度大的环境；采用内电极供液及端面冷却，极大改善在了紧凑结构条件下电抗器的冷却性能；横向连接槽上下两面通过两个冷却介质联通孔使内电极薄面弹性变形，夹紧铜带和钢带，使横向连接槽上下两面同时导电，增加电流导通面积。
文档编号H01F27/29GK102945729SQ20121045834
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者董健年, 杨威, 张军, 余延顺 申请人:南京理工大学