一种新型电磁线圈组件及该组件的制造方法与流程

本发明涉及反应堆控制棒驱动机构技术领域，特别是涉及一种新型电磁线圈组件及该组件的制造方法。

背景技术：

反应堆是核电站的核心部分，而反应堆上的控制棒驱动机构(CRDM)可以提升、下插或保持控制棒在堆芯中的位置，用以控制反应堆的裂变速率，实现启动、停止反应堆及堆功率的调节，并可在事故工况下快速下插控制棒(快速落棒)，使反应堆在短时间内紧急停堆，以确保核电站安全运行。CRDM实现上述功能离不开电磁线圈组件，该组件因其特殊的工作环境和功能的至关重要性，故要求电磁线圈组件必须具有稳定可靠、耐温高、绝缘性能好、耐辐照、长寿面等特点。

现有技术中，针对电磁线圈的寿命和可靠性设计，行业技术人员从电磁线圈组件的结构及其中零件的材料上均作了诸多探索，如申请号为CN103329209A的发明专利以及申请号为201410500311.4的发明申请文件所述。针对电磁线圈组件的寿命及稳定性问题做进一步研究，无疑会进一步提高控制棒驱动机构的可靠性。

技术实现要素：

针对上述提出的针对电磁线圈组件的寿命及稳定性问题做进一步研究，无疑会进一步提高控制棒驱动机构的可靠性的问题，本发明提供了一种新型电磁线圈组件及该组件的制造方法，本方案提供的线圈组件或所述方法得到的线圈组件可以显著提高电磁线圈组件的散热效果，有效降低线圈内部温度，并大大增强线圈的整体强度，达到提高CRDM电磁线圈组件可靠性和使用寿命的目的。

本发明提供的一种新型电磁线圈组件及该组件的制造方法通过以下技术要点来解决问题：一种新型电磁线圈组件，包括线圈及用于镶嵌线圈的磁轭，所述磁轭上设置有镶嵌孔，所述线圈安装于镶嵌孔中，所述镶嵌孔的深度等于或大于线圈的长度，所述镶嵌孔的孔壁与线圈之间的空间中还填充有灌封层。

长期以来，核电站CRDM电磁线圈组件中的三个线圈，都是采用单独绕线、灌封封装之后，再与4块磁轭组装到一起的形式，因此线圈与磁轭相互配合的圆周面之间不可避免地留有间隙，这一间隙不利于线圈通过磁轭向外散热，会使线圈内部温度偏高。同时，单独绕线、灌封的线圈整体强度低，耐潮及抗震性能不高。

现有技术中，用于安装同一线圈的空间位于相邻两个磁轭之间，即：相邻的两个磁轭上均设置有镶嵌孔，且两个镶嵌孔的孔深之和与线圈的长度相当，在装配时，制作完成的线圈的一端先嵌入其中的一个磁轭的镶嵌孔中，此时，线圈的另一端相对于所述的其中的一个磁轭外凸，再采用将另一个磁轭盖在线圈另一端的手段，同时满足线圈的另一端嵌入另一个磁轭镶嵌孔中的装配形式，完成线圈与磁轭的组装，而由于特殊的结构设计，线圈与磁轭之间的间隙最多仅能通过绝缘性材料填补一部分，但未被完全填补的间隙区域不利于线圈通过磁轭向外进行散热。同时，线圈安装在磁轭的内腔之中后，震动时存在逐渐松动为线圈遭受冲击提供了可能，使得电磁线圈组件的整体抗震性能较差。

以上方案中，所述的镶嵌孔即为开设在磁轭上的内腔，设置为镶嵌孔的深度等于或大于线圈的长度，旨在实现当线圈嵌入镶嵌孔中后，线圈靠近镶嵌孔开口端的端部与镶嵌孔的开口端齐平或位于镶嵌孔中，相当于将相邻磁轭之间的结合面由线圈的中部转移到了线圈的端部，故可以镶嵌孔的开口端作为灌封料的灌封口，为实现在电磁线圈组件制造过程得到灌封层提供了结构支撑，以实现在镶嵌孔的孔壁与线圈之间的空间中得到灌封层。完成所述灌封层制作后，再将均设置有线圈的磁轭、作为电磁线圈组件端盖的磁轭顺序相连，得到能够运用于控制棒驱动机构的电磁线圈组件。

本方案提供的结构，由于采用了灌封层作为磁轭与线圈之间空间的填充层，以上填充层可作为热传递媒介，相对于现有直接为孔隙或含有孔隙的空间，便于实现线圈工作时所产生的热量能够更好的通过所述热传递媒介向外传递，达到优化电磁线圈组件中线圈散热的效果；同时，以上结构在电磁线圈组件组装时，相当于灌封层作为线圈与磁轭之间的中间连接件，将线圈磁轭两者连接为一体，得到了“线圈磁轭组合体”，这样，由于在线圈与磁轭之间的间隙均被灌封层填充，这样，震动时线圈与磁轭的连接关系可靠，不会因为线圈与磁轭两者之间逐渐松动为线圈遭受冲击提供可能，使得本案提供的电磁线圈组件具有良好的整体抗震性。

同时，本方案中，由于采用灌封层实现线圈与磁轭之间的固封，故灌封层可作为线圈与磁轭之间的稳定支撑层，这样，可省去现有线圈中的外壳体，即外壳体的作用由磁轭与灌封层替代，线圈仅包括线圈绕组及内骨架，这样，不仅利于简化线圈的结构，同时可减小线圈向外散热时的热阻，利于提升线圈散热速度，同时还具有减小本组件体积的效果。

综上，该组件中线圈的散热效果可得到显著提高，有效降低线圈内部温度的目的，同时，以上提供的组件结构可大大增强电磁线圈组件的整体强度，达到提高CRDM电磁线圈组件可靠性和使用寿命的目的。

作为本领域技术人员，将所述磁轭限定为用于镶嵌线圈的磁轭，不难得出，位于本组件的端部的作为端部封板的磁轭上是不需要设置镶嵌孔的，即相邻的两个磁轭中，其中的一个磁轭上设置镶嵌孔即可，另外一个磁轭作为设置有镶嵌孔的磁轭的盖体；所述的线圈的长度数值即为线圈两端之间的距离数值，即在CRDM中，线圈包括骨架及线圈绕组，一般线圈绕组的端部位于骨架的两端之间，即线圈绕组的长度小于骨架的长度，此情况下，以上线圈的长度即为骨架的长度。

作为以上所述的一种新型电磁线圈组件进一步的技术方案，还包括设置在磁轭上的引线孔，所述引线孔与镶嵌孔两者之间为相对独立的孔。具体的，以上引线孔作为线圈引出线在本组件上的设置区域，即本组件的几个磁轭串联后，各磁轭的引线孔呈正对关系，各线圈的引出线即通过所述引线孔穿出本组件，作为本领域技术人员，针对某一特定线圈安装在特定的磁轭上，该特定线圈的引出线通过其他磁轭上的引线孔最终引出至本组件的外部；而针对整个组件，并非每个磁轭上均需要设置引线孔，如处于本组件最下端的磁轭上不设置引线孔，其他磁轭上均设置长度方向平行于磁轭轴线方向的引线孔，同时，为避免引出线外露，设置为各引线孔均贯穿对应磁轭的上、下端，这样，本组件可将本组件的各引出线由组件的上端或中部某一位置引出，同理，亦可仅不在本组件最上端的磁轭上设置引线孔，这样，可将引出线由组件的下端或中部某一位置引出。作为本领域技术人员，以上引线孔可采用钻床加工，具体加工方式为可设置为刀具的轴线方向与磁轭的轴线方向平行。进一步的，所述引线孔与镶嵌孔两者之间为相对独立的孔的进一步限定，旨在使得引线孔与镶嵌孔相互隔开，这样，可有效避免在设置灌封层时，灌封料堵塞引线孔而影响后续组件装配时的穿线操作，同时，还可避免在灌封得到灌封层时，灌封料由引线孔中流失而导致浪费灌封料或影响灌封效果。

为提高灌封层的导热性能，所述灌封层中还镶嵌有导热绝缘颗粒。所述导热绝缘颗粒可采用石英砂，PPS聚苯硫醚、PA46尼龙等。

作为线圈的一种具体实现形式，所述线圈包括线圈绕组及骨架，所述骨架的材质为非金属材料。

作为线圈的另一种实现形式，所述线圈包括线圈绕组及骨架，所述骨架包括内骨架，所述内骨架为金属材料，且内骨架与线圈绕组之间还设置有作为隔离层的绝缘材料。本方案中，可成分利用金属材料相对于非金属材料更好的耐热性提高本组件的耐热性能。同时，采用在内骨架与线圈绕组之间还设置有作为隔离层的绝缘材料，可利用绝缘材料的热阻，降低由反应堆冷却剂系统传递至本组件的热量，达到有效降低线圈温度的目的。

作为一种易于涂覆、设置，同时具有理想隔热性能的绝缘材料，所述绝缘材料为云母。

为提升线圈的端部散热能力，所述线圈的端部上亦覆盖有灌封层。设置位于线圈端部的灌封层，旨在克服现有镶嵌孔、线圈端部、磁轭端部加工精度不易保证镶嵌孔的底部与线圈的端部、线圈的端部与磁轭端部能够完全贴合的缺陷，这样，本方案可使得以上两个配合位置的孔隙由灌封层填满，利于线圈的散热效果；同时，设置有以上灌封层后，相当于灌封层与线圈两者的组合体长度可控，这样，可利用以上长度略大于对应镶嵌孔的深度，在两个相邻磁轭连接时，可利用所述端部的灌封层被压缩而用于线圈端部的密封。

进一步的，磁轭材料采用导磁率与导热性能较高的材料，如：碳钢、纯铁、电磁纯铁、铸铁、马氏体不锈钢等，能进一步提高线圈的散热效果，有助于实现省去反应堆顶部通风冷却系统的目标。

同时，本方案还公开了一种新型电磁线圈组件的制造方法，包括顺序进行的以下步骤：

S1、在骨架上绕制线圈绕组得到线圈，将所得线圈嵌入磁轭的镶嵌孔中；

S2、将由线圈与磁轭组成的装配体进行整体灌封，以在镶嵌孔的孔壁与线圈之间的空间中得到灌封层。

以上方法方案中，所述整体灌封即为将线圈与磁轭组合形成整体后，再进行灌封，相当于线圈装入磁轭后再进行整体灌封浸漆，这样，区别于现有技术线圈与磁轭分体式的结构设计，以上工艺方法能够得到线圈磁轭组合体：不仅两者可通过整体灌封得到的灌封层紧密的粘接在一起，同时在线圈的径向和轴向方向，均能够做到两者之间无缝隙，这样，不仅线圈的散热效果好，有效降低线圈工作过程中的温升，同时得到的组件区别于现有技术具有更好的抗震性能，即整体灌封浸漆后，使得电磁线圈组件的机械强度、耐潮湿、抗震性能均大幅提高，这样有利于提高电磁线圈组件的可靠性，故以上方法得到的电磁线圈组件具有更长的使用寿命；

进一步的，由于在步骤S2中采用整体灌封得到灌封层，如采用浸漆灌封、绝缘胶灌封等，如浸漆后，线圈同磁轭整体灌封形成一体不可拆开，区别于现有技术在线圈与磁轭之间的间隙中设置填充物的方案，可使得所述间隙更小，这样，得到的线圈灌封层相比于填充物厚度减薄，更利于散热及缩小磁轭的外形尺寸。

作为以上所述的一种新型电磁线圈组件的制造方法进一步的技术方案，为使得线圈侧面各点均具有通过磁轭良好的向外散热的能力，在步骤S1中，完成线圈在镶嵌孔中的安装后，所述线圈靠近镶嵌孔开口端的一端与镶嵌孔的开口端齐平或位于镶嵌孔中。本方案中，可使得线圈侧面各点与镶嵌孔的孔壁之间均具有灌封层。

为提高灌封层的热传导能力，在步骤S2中，完成所述整体灌封所采用的灌封料包括浸渍漆及混合于浸渍漆中的导热绝缘颗粒。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的电磁线圈组件结构及采用本发明提供的制造方法得到的产品具有以下特点：

1、本发明提供的组件中线圈与磁轭两者的结构特点以及本发明提供的方法便于实现：线圈装入磁轭后再进行灌封浸漆，所得组件中线圈的散热效果好，可有效降低电磁线圈组件的工作温升，达到延长电磁线圈组件寿命的目的；

2、灌封后，使得电磁线圈组件的机械强度、耐潮湿、抗震性能大幅提高，提高了电磁线圈组件的可靠性；

3、灌封后，线圈同磁轭整体灌封形成一体不可拆开，可使得灌封层厚度相较于传统的填充层厚度能适当减薄，更利于线圈散热及缩小磁轭的外形尺寸。

附图说明

图1是本发明所述的一种新型电磁线圈组件一个具体实施例中，反映线圈与磁轭连接关系的结构示意图；

图2是本发明所述的一种新型电磁线圈组件一个具体实施例的结构示意图。

图中的附图标记依次为：1、磁轭，11、镶嵌孔，12、引线孔，2、灌封层，3、线圈，4、骨架。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，一种新型电磁线圈组件，包括线圈3及用于镶嵌线圈3的磁轭1，所述磁轭1上设置有镶嵌孔11，所述线圈3安装于镶嵌孔11中，所述镶嵌孔11的深度等于或大于线圈3的长度，所述镶嵌孔11的孔壁与线圈3之间的空间中还填充有灌封层2。

长期以来，核电站CRDM电磁线圈组件中的三个线圈，都是采用单独绕线、灌封封装之后，再与4块磁轭组装到一起的形式，因此线圈与磁轭相互配合的圆周面之间不可避免地留有间隙，这一间隙不利于线圈通过磁轭向外散热，会使线圈内部温度偏高。同时，单独绕线、灌封的线圈整体强度低，耐潮及抗震性能不高。

现有技术中，用于安装同一线圈的空间位于相邻两个磁轭之间，即：相邻的两个磁轭上均设置有镶嵌孔，且两个镶嵌孔的孔深之和与线圈的长度相当，在装配时，制作完成的线圈的一端先嵌入其中的一个磁轭的镶嵌孔中，此时，线圈的另一端相对于所述的其中的一个磁轭外凸，再采用将另一个磁轭盖在线圈另一端的手段，同时满足线圈的另一端嵌入另一个磁轭镶嵌孔中的装配形式，完成线圈与磁轭的组装，而由于特殊的结构设计，线圈与磁轭之间的间隙最多仅能通过绝缘性材料填补一部分，但未被完全填补的间隙区域不利于线圈通过磁轭向外进行散热。同时，线圈安装在磁轭的内腔之中后，震动时存在逐渐松动为线圈遭受冲击提供了可能，使得电磁线圈组件的整体抗震性能较差。

以上方案中，所述的镶嵌孔11即为开设在磁轭1上的内腔，设置为镶嵌孔11的深度等于或大于线圈3的长度，旨在实现当线圈3嵌入镶嵌孔11中后，线圈3靠近镶嵌孔11开口端的端部与镶嵌孔11的开口端齐平或位于镶嵌孔11中，相当于将相邻磁轭1之间的结合面由线圈3的中部转移到了线圈3的端部，故可以镶嵌孔11的开口端作为灌封料的灌封口，为实现在电磁线圈组件制造过程得到灌封层2提供了结构支撑，以实现在镶嵌孔11的孔壁与线圈3之间的空间中得到灌封层2。完成所述灌封层2制作后，再将均设置有线圈3的磁轭1、作为电磁线圈组件端盖的磁轭顺序相连，得到能够运用于控制棒驱动机构的电磁线圈组件。

本方案提供的结构，由于采用了灌封层2作为磁轭1与线圈3之间空间的填充层，以上填充层可作为热传递媒介，相对于现有直接为孔隙或含有孔隙的空间，便于实现线圈3工作时所产生的热量能够更好的通过所述热传递媒介向外传递，达到优化电磁线圈组件中线圈3散热的效果；同时，以上结构在电磁线圈组件组装时，相当于灌封层2作为线圈3与磁轭1之间的中间连接件，将线圈3磁轭1两者连接为一体，得到了“线圈磁轭组合体”，这样，由于在线圈3与磁轭1之间的间隙均被灌封层2填充，这样，震动时线圈3与磁轭1的连接关系可靠，不会因为线圈3与磁轭1两者之间逐渐松动为线圈3遭受冲击提供可能，使得本案提供的电磁线圈组件具有良好的整体抗震性。

综上，该组件中线圈3的散热效果可得到显著提高，有效降低线圈3内部温度的目的，同时，以上提供的组件结构可大大增强电磁线圈组件的整体强度，达到提高CRDM电磁线圈组件可靠性和使用寿命的目的。

本实施例中，所述灌封层2为将线圈3完全嵌入磁轭1后，通过向磁轭1与线圈3之间的孔隙中灌封浸渍漆，得到的位于线圈3与磁轭1之间的隔离层和连接层；磁轭1采用以下导磁率与导热性能均较高的材料中的任意一种：碳钢、纯铁、电磁纯铁、铸铁、马氏体不锈钢。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为以上所述的一种新型电磁线圈组件进一步的技术方案，还包括设置在磁轭1上的引线孔12，所述引线孔12与镶嵌孔11两者之间为相对独立的孔，本实施例中，所述引线孔12贯通对应磁轭1的两端，且引线孔12的轴线方向与磁轭1的轴线方向平行。

为提高灌封层2的导热性能，所述灌封层2中还镶嵌有导热绝缘颗粒。所述导热绝缘颗粒可采用石英砂，PPS聚苯硫醚、PA46尼龙、玻璃粉、金属氧化物陶瓷粉等。优选采用具有更好温度耐受能力和传热性能更好的石英砂玻璃粉、金属氧化物陶瓷粉，本实施例中，导热绝缘颗粒采用热膨胀系数小的石英砂或无棱角的硅砂。

作为线圈3的一种具体实现形式，所述线圈3包括线圈3绕组及骨架4，所述骨架4的材质为非金属材料。

作为线圈3的另一种实现形式，所述线圈3包括线圈3绕组及骨架4，所述骨架4包括内骨架，所述内骨架为金属材料，且内骨架与线圈3绕组之间还设置有作为隔离层的绝缘材料。本方案中，可成分利用金属材料相对于非金属材料更好的耐热性提高本组件的耐热性能。同时，采用在内骨架与线圈3绕组之间还设置有作为隔离层的绝缘材料，可利用绝缘材料的热阻，降低由反应堆冷却剂系统传递至本组件的热量，达到有效降低线圈3温度的目的。本实施例中，骨架4的材料均采用不锈钢。

作为一种易于涂覆、设置，同时具有理想隔热性能的绝缘材料，所述绝缘材料为云母。

为提升线圈3的端部散热能力，所述线圈3的端部上亦覆盖有灌封层2。

实施例3：

本实施例提供了一种新型电磁线圈组件的制造方法，包括顺序进行的以下步骤：

S1、在骨架4上绕制线圈3绕组得到线圈3，将所得线圈3嵌入磁轭1的镶嵌孔11中；

S2、将由线圈3与磁轭1组成的装配体进行整体灌封，以在镶嵌孔11的孔壁与线圈3之间的空间中得到灌封层2。

以上方法方案中，相当于线圈3装入磁轭1后再进行整体灌封浸漆，这样，区别于现有技术线圈3与磁轭1分体式的结构设计，以上工艺方法能够得到线圈3磁轭1组合体：不仅两者可通过整体灌封得到的灌封层2紧密的粘接在一起，同时在线圈3的径向和轴向方向，均能够做到两者之间无缝隙，这样，不仅线圈3的散热效果好，有效降低线圈3工作过程中的温升，同时得到的组件区别于现有技术具有更好的抗震性能，即整体灌封浸漆后，使得电磁线圈组件的机械强度、耐潮湿、抗震性能均大幅提高，这样有利于提高电磁线圈组件的可靠性，故以上方法得到的电磁线圈组件具有更长的使用寿命；

进一步的，由于在步骤S2中采用整体灌封得到灌封层2，如采用浸漆灌封、绝缘胶灌封等，如浸漆后，线圈3同磁轭1整体灌封形成一体不可拆开，区别于现有技术在线圈3与磁轭1之间的间隙中设置填充物的方案，可使得所述间隙更小，这样，得到的线圈3灌封层2相比于填充物厚度减薄，更利于散热及缩小磁轭1的外形尺寸。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上作进一步限定：为使得线圈3侧面各点均具有通过磁轭1良好的向外散热的能力，在步骤S1中，完成线圈3在镶嵌孔11中的安装后，所述线圈3靠近镶嵌孔11开口端的一端与镶嵌孔11的开口端齐平或位于镶嵌孔11中。本方案中，可使得线圈3侧面各点与镶嵌孔11的孔壁之间均具有灌封层2。

为提高灌封层2的热传导能力，在步骤S2中，完成所述整体灌封所采用的灌封料包括浸渍漆及混合于浸渍漆中的导热绝缘颗粒。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。