本发明属于电工技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种绞合线芯螺旋线型电感器。
背景技术：
脉冲功率技术是指将较长时间内存储起来的具有较高密度的能量，进行快速压缩、转换或直接以很短的时间释放能量给负载的电物理技术。初始储能系统是脉冲功率系统重要的组成部分，脉冲功率系统常见的初始储能技术有电容储能、电感储能、机械储能等。其中，电容储能易于操控、技术成熟、功率密度大，适合强脉冲放电，因此在高压大电流脉冲功率系统中，常采用高储能密度并联充电型脉冲电容器组作为初始储能系统。
由于脉冲电容器组工作在高压大电流条件下，可能会由于内部击穿、接地短路等故障而发生爆炸，因此需要对电容器组采取合理有效的保护措施。串联限流电感可达到避免故障电容器因电流“倒灌”发生爆炸引起二次损害的目的。具体来说，当电容器组充电过程中，某台电容器发生内部击穿、短路时，其余并联电容器会通过限流电感将储能“灌注”到故障电容器中，如果“倒灌”电流过大，能量过高，故障电容器就会发生发热、燃烧甚至爆炸，限流电感的作用就是限制故障电流，吸收其他并联电容器放电能量。
并联充电型脉冲电容器组中，限流电感电阻值越大，发生故障时通过故障电容器的故障电流越小，即电感限流效果越好。但限流电感电阻值过大时会降低脉冲功率系统能量转换效率，因此限流电感的电阻值不能过大。在现有技术中，限流电感的电阻值恒定不变，设计限流电感电阻值时存在上述矛盾
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种绞合线芯螺旋线型电感器，由此解决现有技术存在限流电感电阻值在故障保护与系统正常工作时存在冲突的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种绞合线芯螺旋线型电感器，包括绞合线芯和内套筒，所述绞合线芯绕制在内套筒的螺旋槽中；
所述绞合线芯由多根金属丝和多根铝丝螺旋绞合而成，所述内套筒为中空圆筒状，内套筒的外壁为螺旋槽，螺旋槽的底部为半圆形槽，半圆形槽的半径与绞合线芯的半径相同，所述金属丝为不锈钢丝或者锰铜丝。
进一步地，半圆形槽外侧为矩形槽，所述矩形槽的深度为绞合线芯直径的1倍以上。
进一步地，半圆形槽表面均匀放置金刚砂，所述金刚砂的粒径为半圆形槽的半径的二十分之一至十分之一。
进一步地，绞合时采用同心式单线绞合形式，金属丝位于内层，铝丝位于外层，相邻层的绞合方向相反，绞合时绞距为单匝绞合线芯长度的四十八分之一至十六分之一。
进一步地，多根金属丝中的每根金属丝表面具有绝缘漆，所述多根铝丝中的每根铝丝表面具有绝缘漆。
进一步地，金属丝的直径小于等于铝丝的直径，所述金属丝的根数小于铝丝的根数。
进一步地，电感器还包括外套筒、环氧浇注层和固定螺栓，所述外套筒套接在内套筒外，采用同轴套接方式，且内、外套筒两端平齐，所述环氧浇注层位于内套筒的间隙，所述固定螺栓位于内套筒的端部。
进一步地，电感器还包括引出端子和绝缘螺栓，所述绝缘螺栓将引出端子固定在内套筒上。
进一步地，引出端子为l型金属片，其较短一侧有两个直径相同的圆孔，使用两个绝缘螺栓穿过圆孔将引出端子固定在内套筒上。
进一步地，引出端子采用径向引出方式。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明中绞合线芯多根金属丝和多根铝丝螺旋绞合而成，由于铝的电阻率远低于不锈钢和锰铜丝的电阻率，在正常工作情况下，螺旋线型电感器的电阻值由铝丝决定，电感器电阻值较小。当电容器发生内部击穿时，电感器通过大电流，熔点与屈服强度较低的铝丝将会熔断，不锈钢和锰铜丝抗拉强度较大，仍保持完整。电感器阻抗显著增大，相当于吸收其余电容器的能量，显著抑制故障电流，防止故障电容器爆裂。
(2)本发明中单根金属丝或铝丝上均匀涂敷有绝缘漆，使得不同金属丝之间电气绝缘。绞合线芯由多根相同直径的金属丝与多根相同直径的铝丝绞合在一起，成为一个整体的绞合线芯，可以消除集肤效应对电感器电阻值的影响。
(3)本发明中金属丝的直径小于等于铝丝的直径，金属丝的根数小于铝丝的根数。保证了不锈钢丝电阻远大于铝丝电阻。因为如果不锈钢丝直径过大或根数较多，其总横截面积也会变大，电阻变小。这样正常情况下电流将不会主要由铝丝中通过。
(4)本发明内套筒上螺旋槽底部半圆形槽表面均匀撒布有细粒径金刚砂，金刚砂的粒径为半圆形槽的半径的二十分之一至十分之一，以此提高内套筒抗压性能与抗冲击性能，抑制线圈应力向环氧材料的传递，提高电感器的机械稳定性。
(5)本发明中引出端子采用径向引出方式，由于引出端子处磁场轴向分量很小，因此径向引出时端子单位长度所受电磁力最小，不易变形、扭曲或脱落。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种绞合线芯螺旋线型电感器的整体结构示意图；
图2(a)是本发明实施例提供的内套筒的螺旋槽的整体示意图；
图2(b)是本发明实施例提供的内套筒的螺旋槽的局部示意图；
图3是本发明实施例提供的引出端子与内套筒外观图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种绞合线芯螺旋线型电感器，包括绞合线芯1、内套筒2，外套筒3、环氧浇注层4、固定螺栓5、引出端子6和绝缘螺栓7，
所述绞合线芯1绕制在内套筒2的螺旋槽中；所述绞合线芯1由多根金属丝和多根铝丝螺旋绞合而成，如图2(a)所示，所述内套筒2为中空圆筒状，内套筒2的外壁为螺旋槽，螺旋槽的底部为半圆形槽，如图2(b)所示，半圆形槽表面均匀放置细粒径金刚砂，金刚砂的粒径为半圆形槽的半径的二十分之一至十分之一。
半圆形槽的半径与绞合线芯1的半径相同，所述金属丝为不锈钢丝或者锰铜丝。不锈钢丝或者锰铜丝的横截面积小于或等于铝丝的横截面积，不锈钢丝或者锰铜丝的根数小于铝丝根数的两倍。半圆形槽外侧为矩形槽，所述矩形槽的深度为绞合线芯1直径的1倍以上。绞合时采用同心式单线绞合形式，金属丝位于内层，铝丝位于外层，相邻层的绞合方向相反，绞合时绞距为单匝绞合线芯长度的四十八分之一至十六分之一。所述外套筒3套接在内套筒2外，采用同轴套接方式，且内、外套筒两端平齐，所述环氧浇注层4位于内套筒2的间隙，所述固定螺栓5位于内套筒2的端部。
如图3所示，内套筒每个端部均设置有四个固定螺孔，相邻固定螺孔的位置夹角为90度。螺孔内设置有固定螺栓，通过两侧的固定螺栓将电感器进行固定。所述绝缘螺栓7将引出端子6固定在内套筒2上。螺旋线型绞合线芯1末端采用满焊方式，焊接在引出端子较短一侧末端。引出端子6为l型金属片，引出端子采用径向引出方式，较长一侧从外套筒外侧面引出。较长一侧设置一个较大圆孔，外部电路的输电电缆通过绝缘螺栓固定到此圆孔上，将电感器与外部电路连接。螺旋线型绞合线芯末端采用满焊方式焊接在引出端子直角转折处。所述多根金属丝中的每根金属丝表面具有绝缘漆，所述多根铝丝中的每根铝丝表面具有绝缘漆。金属丝和铝丝的直径相同。
内外套筒均采用环氧树脂材料制作，并且，在制作时，为了增加内外套筒的结构强度，环氧树脂材料内掺有短玻璃纤维。内外套筒形成的间隙使用环氧树脂进行真空浇注，使间隙内线圈与引出端子被完全包裹在环氧树脂中，内外套筒间不存在空气间隙。
螺旋线型绞合线芯的工作原理是：绞合线芯由多根长度相同的金属丝与铝丝，按一定的绞距螺旋绞合在一起，成为一个整体的绞合线芯。由于不锈钢的电阻率远大于铝的电阻率，且单根不锈钢丝横截面积小于或等于单根铝丝的横截面积。因此，在系统正常工作时，工作电流主要从铝丝中通过，电感器的电阻值较小。当电容器组发生单台电容器内部击穿时，由于铝的熔点较低，抗拉强度较小，电感器中通过的较大故障电流将导致大部分铝丝断裂。而通过参数设计可保证不锈钢丝完好，故障电流将主要从不锈钢丝中通过。此时电感器阻抗显著增大，相当于限制故障电流，吸收绝其余电容器的能量，防止故障电容器爆裂。
使用绞合线芯作为线圈绕线的另一优点是：脉冲电容器组中，通过限流电感的工作电流常常是频率较高的脉冲电流，由于集肤效应的影响，电流往往分布于线圈的外层，使得电流通过时的工作电阻值远大于电感直流电阻值，并且工作电阻值随着电流频率的变化而变化，使得电感的电阻值十分不稳定。使用多根不锈钢丝与铝丝制造的绞合线芯，可基本消除集肤效应的影响。不同电流频率时，绞合线芯螺旋线型电感器的电阻值与直流电阻值大致相同。
引出端子采用径向引出的原因是：引出端子安装在线圈两端，此位置处磁场轴向分量很小，径向分量较大。因此径向引出时引出端子单位长度所受电磁力最小，不易变形、扭曲或脱落。
绞合线芯所使用的不锈钢丝，也可使用其他电阻率较高，抗拉强度大的金属丝代替，如锰铜丝。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。