一种管状空心可变电感器的制作方法

本发明涉及电感器领域，具体涉及一种管状空心可变电感器。
背景技术：
：电感器是通过围绕芯缠绕电线制造的无源元件，电感可以根据电感器的材料和形状而改变。一般电感器的电感是常量，通常电感器具有恒定电感值，恒定电感值与电流相关，直到电感器的磁芯饱和为止。然而，中波发射机配备的天线，在不同频率下天线的阻抗呈现感性或容性。当天线的阻抗呈现容性时，则需要人为加入电感，以使电感与电容串联组成的调谐电路能够在不同频率具有谐振点。谐振时电路的感抗与容抗等值反向，感抗与频率对应的关系如公式(1)所示：XL＝2πfL(1)在感抗XL不变的情况下，当频率发生改变时，需改变电感量才能保持感抗不变。因此，需要为中波发射机设计电感量可变化的电感即可变电感器。由于中波发射机使用的频率范围较宽，电感量变化范围较大且变化具有均等、阶跃性，为了能快速满足某一频率变化对电感量的要求，亟需设计一种性能稳定可靠的可变电感器。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单且性能稳定可靠的管状空心可变电感器，尤其适用于大功率电感量不连续可变的谐振回路。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架和绕制在所述加感线圈骨架上的线圈，所述线圈为带有抽头的加感线圈，所述抽头的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。本发明的有益效果在于：本发明结构的管状空心可变电感器，电感量可变化范围大，电感变化具有均等和阶跃性；该电感器结构简单、性能稳定可靠、生产加工方便。通过电感量调节装置调节不同抽头的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节，如将抽头0与抽头X间实现电连接导通，则管状加感线圈的电感量为加感线圈抽头0至抽头X的电感量，抽头X以外的加感线圈全部被短路，操作简便，能够快速满足某一频率变化对电感量的要求。附图说明图1为本发明加感线圈制作模型示意图；图2为本发明常温下铜材料趋肤深度分析图；图3为本发明实施例1～3的管状空心可变电感器的结构示意图；图4为本发明实施例1～3的电感量调节装置的结构示意图；图5为本发明实施例1～4的加感线圈装置的结构示意图；图6为本发明实施例1～4的加感线圈装置的侧视图；图7为本发明实施例1～4的加感线圈装置的俯视图；图8为本发明实施例1～4的安装板的正视图；图9为本发明实施例2的双层加感线圈的结构示意图；图10为图9的I向视图。标号说明：1、线圈；11、抽头；2、加感线圈骨架；21、支板；22、弯角；23、安装板；24、柱杆；31、旋钮；32、连轴；33、绝缘连接器；34、跳步轮；35、支撑板；36、导电片；37、接触刷。具体实施方式为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。本发明最关键的构思在于：通过旋转开关的导电片或真空继电器调节接入线圈的电感量实现管状空心电感器的电感量增加或减少，实现管状空心可变电感器的电感的阶跃变化。一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架和绕制在所述加感线圈骨架上的线圈，所述线圈为带有抽头的加感线圈，所述抽头的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明结构的管状空心可变电感器，电感量可变化范围大，电感变化具有均等和阶跃性；该电感器结构简单、性能稳定可靠、生产加工方便。通过电感量调节装置调节不同抽头的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节，如将抽头O与抽头X间实现电连接导通，则管状加感线圈的电感量为加感线圈O抽头至抽头X的电感量，抽头X以外的加感线圈全部被短路，操作简便，能够快速满足某一频率变化对电感量的要求。进一步地，所述电感量调节装置包括粗调旋转开关组件、定位杆、绝缘连接器、跳步轮、连轴和支架，所述连轴安装在所述支架上；所述粗调旋转开关包括旋钮、导电片和接触刷，所述导电片为多个且呈周向向外延伸，所述接触刷的数量至少与所述导电片的数量相适应；所述导电片、跳步轮、绝缘连接器和旋钮依次安装在所述连轴上；所述定位杆安装在所述支板上，并与所述跳步轮相连；所述接触刷固定于所述支架上并位于所述导电片的上方，所述抽头与所述接触刷相连。本发明装置的工作原理如下：通过旋钮旋转带动连轴转动，在连轴的转动下带动绝缘连接器、跳步轮和导电片转动，通过跳步轮和定位杆将导电片固定在所需要的档位后，通过导电片与接触刷的导通，实现对管状加感线圈的电感量选择，实现对管状空心可变电感器的电感量的阶跃变化。当导电片接通与抽头X连接的接触刷时，管状加感线圈电感量为加感线圈0抽头至接触刷接触抽头X的电感量，接触抽头X以后的加感线圈全部被短路。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过旋转粗调旋转开关旋钮，即可控制线圈电感量变化，简便可行。进一步地，所述支架上设有支撑板，所述跳步轮和所述导电片分别位于所述支撑板的两侧，所述连轴穿过所述支撑板向外延伸。进一步地，所述电感量调节装置为真空继电器，所述真空继电器为带有多个受控输入端口、一个常导通输入端口和一个输出端口的受控射频器，其中，所述受控输入端口受控导通后与所述输出端口电连接，所述常导通输入端口与所述输出端口电连接且常导通，所述受控输入端口与所述常导通输入端口互为反向，每个受控输入端口与一个抽头相连。本发明装置的工作原理如下：通过多个真空继电器控制不同受控输入端口与抽头相连，通过控制真空继电器受控输入端口与输出端口导通与断开，将对应的抽头实现电连接，进而实现对电感量的自动阶跃调节。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过真空继电器即可实现管状空心可变电感器电感的自动阶跃变化。进一步地，所述加感线圈骨架由柱杆、弯角、支板及安装板组成，所述安装板为两块，所述支板穿过所述安装板中部向两端延伸，所述安装板之间设有多根柱杆，所述安装板通过弯角与所述支板固定连接。进一步地，所述加感线圈骨架呈圆柱形、三角形、四方形或六边形。进一步地，所述加感线圈骨架由不导磁材料制作而成。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：不使用磁性材料，因而不易产生磁饱和，使得管状空心可变电感器性能理稳定可靠。进一步地，所述加感线圈为依据需要的电感量绕制成单层、两层、三层或多层线圈，再依据电感量变化需求对加感线圈等量抽头。进一步地，所述加感线圈采用铜芯导线，优选地，所述铜芯导线的截面积为1.25～2mm2。优选地，加感线圈绕制的线圈的匝数N为98，线圈绕距τ取2.3mm，螺旋线圈直径D取30cm，则需要导线长度l’＝πD×N＝9236.28cm≈93m，加感线圈间间隔长度为4.55mm。进一步地，所述导线为多股细线并联。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：用多股细线并联代替单根导线来减低趋肤效应的影响。进一步地，所述导线为扁铜带。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在大电流时使用扁铜带，在可能的情况下，将导线的厚度减小，宽度增加，使其变成带状。优选地，所述加感线圈的外围长宽高尺寸分别至少为60cm、50cm和50cm。从上述描述可知，本发明的有益效果在于：为防止功率过大时，线圈导线间及线圈与机壳面板间出现打火现象，需要保证它们之间留有足够的空间。线圈导线之间的距离通过绕距控制，线圈与面板之间的空间距离问题是主要的考虑因素。加感线圈与天线组成串联谐振回路，其中串联谐振回路在谐振点下的电压为施加的电压乘以品质因数Q，所以即使加感线圈在某条件变化下时，也完全能够安全放电，避免打火。具体操作过程中，加感线圈的各参数的选取过程分析如下：1)根据电感量L的范围计算，至少提供的感抗范围，计算过程可参考如下步骤：首先，根据天线阻抗匹配需要至少提供感抗的范围(XLmin～XLmax)，再根据天线工作频率范围及公式(1)，求得最大感抗和最小感抗：XL＝ωL＝2πfL(1)将(1)式变换后得出最小感抗公式如公式(2)所示：式中，Lmin为最小电感量，|XL|min为最小感抗；fmax为最大工作频率。将(1)式变换后得出最大感抗公式如公式(3)所示式中，Lmax为最大感量，|XL|max为最大感抗；fmin为最小工作频率。2)加感线圈绕制导线的选取：其中，加感线圈的导线选取，根据电路中的电流I的大小选择导线，通常选取铜芯导线，所述铜芯导线的截面积为1.25～2mm2。通常，铜芯导线的安全载流量(电流密度J)为5A～8A/mm2，因此，铜芯导线的截面积S＝I/J＝10/(5～8)＝(1.25～2)mm2。3)导线经济截面积的选取：从线损的基本计算公式ΔP＝I2R可知，要降低线损，可降低导线的电阻R值或减小电流。导线的经济截面积按年运行总费用最小指标选取，导线载流的经济电流密度是对应于经济截面积的电流密度，经济电流密度与导线材料及线路最大利用时间有关，具体如表1所示。表1不同材料的导线经济截面积注：上表摘自于《电工手册》。根据表1选用铜导线及电路的电流I，计算出导线截面积S，再推导出导线直径d，可确定加感线圈绕制导线的经济截面积。4)加感线圈绕制参数选取：加感线圈制作模型如图1所示，图1为一单层螺旋管线圈，计算空心螺旋管电感量的理论计算公式如公式(4)所示，修正计算公式如公式(5)所示：其中，公式(4)和(5)中单位均为国际标准单位，k为修正系数，与D/l的比值有关，L为线圈电感量，单位为H；D为导线的直径，单位为m；l为导线的长度，单位为m；N为线圈匝数；S为螺旋线圈的截面积，单位为m2；D/l范围在(0.1～20)，具体取值如下表2所示。表2修正系数k值D/l0.10.20.30.40.60.81.0k0.960.920.880.850.790.740.69D/l1.52.03.04.05.01020k0.600.520.430.370.320.200.12结合表2中的修正系数k值及公式(4)和(5)得出经验计算公式(6)如下：式(6)中，L为线圈电感量，单位为μH；D为螺旋线圈直径，单位为cm；l为螺旋线圈的长度，单位为cm；N为线圈的匝数。线圈的最小绕距τmin计算公式如公式(7)所示：式中，τ为线圈绕距，单位为cm，τ≥τmin＞d；Eg若以空气为介质，取值为5kV/cm；Umax为线圈的最高端电压；N为线圈匝数；d为导线直径。通过对公式(4)、(5)、(6)的计算比较，采用公式(6)更接近于实际应用，因此在对加感线圈绕制参数设计时，按照公式(6)计算数值。假设加感线圈电感量范围L＝(130～1500)μH，导线直径d＝0.225cm，绕距τ＝0.23cm，D＝30cm，采用数值尝试法，则：解下面方程根据N的不同取值，可以推导出l、L及τ。当N＝98时，按照公式(9)、(10)推出l＝443.6mm，L＝1501.67μH≈L＝1500μH；当设定l＝445mm，按照公式(8)、(9)则可推出τ1＝2.3144mm＞τ，L＝1498.02μH<1500μH。当N＝18时，按照公式(9)、(10)推出l＝79.6mm，L＝137.80μH＞L＝130μH。当N＝17时，按照公式(9)、(10)推出l＝75.05mm，L＝125.62μH＜L＝130μH。综上所述，加感线圈绕制的线圈的匝数N取98，线圈绕距τ取2.3mm，螺旋线圈直径D取30cm，则需要导线长度l′＝πD×N＝9236.28cm≈93m，加感线圈间间隔长度为Δl＝τ+d＝4.55mm。5)加感线圈抽头设计：假设加感线圈相邻抽头之间的感量为ΔL＝130μH，则抽头的个数H＝(1500-130)/130+1≈11。由此确定抽头的位置，如下表3所示。表3加感线圈抽头位置表6)加感线圈的损耗分析6.1)加感线圈的趋肤效应分析交流电流流过导体时，电流方向是交替变化的，电流在导体中所产生的交变磁场对电荷的推斥作用力，迫使电流电荷向导体的表面集中，使得导体的实际有效载流面积减小。交流电流流过导体时，发生电流向导体表面集中的现象，称之为交流电流的趋肤效应。铜材料在常温下的趋肤深度(单位：mm)如图2所示，公式为：式中f为频率，单位Hz；不同的频率，δskin不同，频率越大，趋肤效应越明显；如当f＝400kHz时，δskin＝0.104mm；当f＝800kHz时，δskin＝73.9μm。设圆形截面导线的直径为d，则趋肤效应面积S′为：当d>2δskin时，采用公式(12)进行计算：当d≤2δskin时，采用公式(13)进行计算：趋肤效应电阻计算公式如下式所示：式中，ρ：绕制导线的电阻率；l：绕制导线的长度；S′：趋肤效应面积；损耗功率计算公式如(15)所示：ΔP＝I2R(15)式中，I：电路工作电流；R：趋肤效应电阻。从上述公式可以看出，降低趋肤效应影响的方法如下：(1)用多股细线并联代替单根导线来减低趋肤效应的影响。(2)在大电流时使用扁铜带，在可能的情况下，将导线的厚度减小，宽度增加，使其变成带状。当采用多股铜质细线并联而成的材料绕制空心电感线圈，且细线的直径d＜2δskin时，可忽略趋肤效应对电感损耗的影响。7)加感线圈的功率损耗忽略掉趋肤效应的影响后，加感线圈阻抗的计算公式如下：式中，ρ：为铜的电阻率，ρ＝1.673×10-8Ωm；D：螺旋线圈直径，单位m；N：线圈的匝数；d：绕制导线的直径；L：线圈电感量，单位H；f：工作频率。加感线圈总共功率损耗损ΔP计算公式如下：式中，I为工作电流，其它参数同(16)式。8)加感线圈占用空间设计分析为防止功率过大时，线圈导线间及线圈与机壳面板间出现打火现象，需要保证它们之间留有足够的空间。线圈导线之间的距离通过绕距控制，这里主要考虑线圈与面板之间的空间距离问题。空气击穿与电压大小、作用距离、湿度、压强等有关，距离越小、压强越小、湿度越大，则空气击穿所需电压越小。国标大气条件(温度t＝20℃，压强P＝101.3kPa，绝对湿度h＝11g/m3)下，击穿电压可用巴申定律得到：式中，Ub：击穿电压峰值，单位kV；δ：空气相对密度，δ＝2.9×P/T，P为大气压，单位kPa；T为温度，单位K；d：极间距离，单位cm。平均击穿场强Eb(单位：kV/cm)的计算公式如下式所示：从而可以算出国标大气条件下，均匀电场的平均击穿场强为Eg≈30kV/cm＝3kV/mm；粗略计算，当d＝(1～10)cm时，均可按Eb＝Eg＝30kV/cm。当外界环境变化时，空气击穿电压要做修正为:U＝U0KdKh(20)式中，U为变化环境下击穿电压；U0为标准大气条件下击穿电压；kd为空气密度校正因数；kh为湿度校正因数，两者的具体计算较为复杂。现假设Eb＝1kV/cm，线圈与面板间隔10cm，则空气击穿电压为10kV，加感线圈与天线组成串联谐振回路，其中串联谐振回路在谐振点下的电压为施加的电压乘以品质因数Q，所以即使加感线圈在某条件变化下时，也完全能够安全放电，避免打火。根据以上数据可大致估算加感线圈所占用的空间V(长×宽×高)＝60cm×50cm×50cm。请参照图3-8所示，本发明的实施例一为：一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架2和绕制在所述加感线圈骨架2的线圈1，所述线圈1为带有抽头11的加感线圈，所述抽头11的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头11相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头11的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。所述加感线圈骨架2呈圆柱形。所述加感线圈采用铜芯导线，所述铜芯导线的截面积为1.8mm2。所述线圈1也可称为导线线圈。本实施例1装置的工作原理如下：通过电感量调节装置调节不同抽头11的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节，如将抽头0与抽头X间实现电连接导通，则管状加感线圈的电感量为加感线圈抽头0至抽头X的电感量，抽头X以外的加感线圈全部被短路。请参照图3-10所示，本发明的实施例二为：一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架2和绕制在所述加感线圈骨架2的线圈1，所述线圈1为带有抽头11的加感线圈，所述抽头11的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头11相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头11的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。所述电感量调节装置包括粗调旋转开关组件、定位杆、绝缘连接器33、跳步轮34、连轴32和支架，所述连轴32安装在所述支架上；所述粗调旋转开关包括旋钮31、导电片36和接触刷37，所述导电片36为多个且呈周向向外延伸，所述接触刷37的数量至少与所述导电片36的数量相适应；所述导电片36、跳步轮34、绝缘连接器33和旋钮31依次安装在所述连轴32上；所述定位杆安装在所述支架上，并与所述跳步轮34相连；所述接触刷37固定于所述支架上并位于所述导电片36的上方，所述抽头11与所述接触刷37相连。所述支架上设有支撑板35，所述跳步轮34和所述导电片36分别位于所述支撑板35的两侧，所述连轴32穿过所述支撑板35向外延伸。所述加感线圈采用铜芯导线，所述铜芯导线的截面积为1.25mm2。所述加感线圈骨架2由不导磁材料制作而成。所述加感线圈为依据需要的电感量绕制成双层线圈，再依据电感量变化需求对加感线圈等量抽头11。本实施例2装置的工作原理如下：通过旋钮31旋转带动连轴32转动，在连轴32的转动下带动绝缘连接器33和跳步轮34转动，通过跳步轮34和定位杆将连轴32固定在所需要的档位后，通过导电片36与接触刷37的导通，实现对管状加感线圈的电感量选择，实现对管状空心可变电感器的电感量的阶跃变化。当导电片36接通与抽头X连接的接触刷37时，管状加感线圈电感量为加感线圈抽头0至接触刷37接触抽头X的电感量，接触抽头X以后的加感线圈全部被短路。图10为图9的I向视图，将图9中的加感线圈骨架左侧0抽头开始按顺时针方向绕制，根据设计要求绕制固定的线圈匝数后，进行抽头并编号，然后依次按照工剖视图绕制线圈匝数、抽头编号，所述抽头编号为1-10，得出其I向视图如图10所示。请参照图3-8所示，本发明的实施例三为：一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架2和绕制在所述加感线圈骨架2的线圈1，所述线圈1为带有抽头11的加感线圈，所述抽头11的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头11相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头11的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。所述电感量调节装置包括粗调旋转开关组件、定位杆、绝缘连接器33、跳步轮34、连轴32和支架，所述连轴32安装在所述支架上；所述粗调旋转开关包括旋钮31、导电片36和接触刷37，所述导电片36为多个且呈周向向外延伸，所述接触刷37的数量至少与所述导电片36的数量相适应；所述导电片36、跳步轮34、绝缘连接器33和旋钮31依次安装在所述连轴32上；所述定位杆安装在所述支架上，并与所述跳步轮34相连；所述接触刷37固定于所述支架上并位于所述导电片36的上方，所述抽头11与所述接触刷37相连。所述支架上设有支撑板35，所述跳步轮34和所述导电片36分别位于所述支撑板35的两侧，所述连轴32穿过所述支撑板35向外延伸。所述加感线圈骨架2由柱杆24、弯角22、支板21及安装板23组成，所述安装板23为两块，所述支板21穿过所述安装板23中部向两端延伸，所述安装板23之间设有多根柱杆24，所述安装板23通过弯角22与所述支板21固定连接。所述加感线圈骨架2呈六边形。所述加感线圈骨架2由不导磁材料制作而成。所述加感线圈为依据需要的电感量绕制成多层线圈，再依据电感量变化需求对加感线圈等量抽头11。所述加感线圈采用铜芯导线，所述铜芯导线的截面积为1.6mm2。加感线圈绕制的线圈的匝数N为98，线圈绕距τ取2.3mm，螺旋线圈直径D取30cm，则需要导线长度l’＝πD×N＝9236.28cm≈93m，加感线圈间间隔长度为4.55mm。所述导线为多股细线并联。所述加感线圈的外围长宽高尺寸分别至少为60cm、50cm和50cm。本实施例3装置的工作原理如下：通过旋钮31旋转带动连轴32转动，在连轴32的转动下带动绝缘连接器33和跳步轮34转动，通过跳步轮34和定位杆将连轴32固定在所需要的档位后，通过导电片36与接触刷37的导通，实现对管状加感线圈的电感量选择，实现对管状空心可变电感器的电感量的阶跃变化。当导电片36接通与抽头X连接的接触刷37时，管状加感线圈电感量为加感线圈抽头0至接触刷37接触抽头X的电感量，接触抽头X以后的加感线圈全部被短路。请参照图5-8所示，本发明的实施例四为：一种管状空心可变电感器，包括管状加感线圈装置和电感量调节装置，所述管状加感线圈装置包括加感线圈骨架2和绕制在所述加感线圈骨架2的线圈1，所述线圈1为带有抽头11的加感线圈，所述抽头11的个数与所述线圈的层数相等；所述电感量调节装置与所述抽头11相连，所述电感量调节装置通过调节与各个抽头11的电连接关系实现对接入所述加感线圈的电感量阶跃式调节。所述电感量调节装置为真空继电器，所述真空继电器为带有多个受控输入端口、一个常导通输入端口和一个输出端口的受控射频器，其中，所述受控输入端口受控导通后与所述输出端口电连接，所述常导通输入端口与所述输出端口电连接且常导通，所述受控输入端口与所述常导通输入端口互为反向，每个受控输入端口与一个抽头相连。所述导线为扁铜带。所述加感线圈骨架2呈四方形。所述加感线圈采用铜芯导线，所述铜芯导线的截面积为2mm2。本发明装置的工作原理如下：通过多个真空继电器控制不同受控输入端口与抽头相连，通过控制真空继电器受控输入端口与输出端口导通与断开，将对应的抽头实现电连接，进而实现对电感量的自动阶跃调节。综上所述，本发明提供的一种管状空心可变电感器，该电感器具有结构简单、性能稳定可靠、生产加工方便等优点。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3