[发明专利]一种高储能密度电感

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率装置，具体涉及一种高储能密度电感。

背景技术

脉冲功率技术作为国防科研和高新技术研究的重要技术基础，在近代科学研究中得到广泛应用。高功率脉冲源是获得高功率脉冲的基础。脉冲源可分为电感储能型、电容储能型等。电感储能型脉冲功率系统的储能密度，通常比电容储能密度高1～2个数量级，且电感储能的工作电压低，有利于脉冲装置系统的小型化。目前电磁发射领域研究利用电感作为中间储能电源。高储能密度电感是其关键部件。电感为达到高储能密度，应能通流宽脉宽的大电流，单位空间电感值应最大。采用低电阻率的纯铝纯铜作为电感材料可以满足通流大电流的要求，合理设计电感结构可使单位空间电感值最大。本文根据电感原理，对电感材料、结构以及绝缘材料等进行设计，成功研制了储能密度达8MJ/m3的电感。

一个器件的电感包含自感和互感。自感仅与器件的尺寸、几何形状及媒质的分布有关，互感不仅与器件的尺寸、几何形状及媒质以及磁导率有关，还与器件中电流回路的相互位置有关。一般器件是由非磁性材料制成并置于空气中，器件与周围介质可认为具有相同的磁导率。此时，器件的自感和互感可以表示为磁导率与某一量的乘积，此量决定于器件的尺寸、几何形状和器件内导体的相互位置，以及电流在导体截面上的分布情况。

根据电感的计算公式

L=Lz+Lh=ΨzI+ΨhI]]>

I为回路电流，L为电感。Ψ_z为自感磁链，Ψ_h为互感磁链。相同体积下，相同电流，器件的匝数越多，匝间越紧密，通过器件的自感磁链和互感磁链越大，电感也就越大。

体积一定的情况下，电感自身电阻越小，电感通流能力越大，储能密度越高。器件每匝的通流截面积越大，电感自身电阻越小，而体积一定的情况下，匝数越多，每匝的通流截面积越小，这与增大电感值的要求相矛盾。必须通过合理设计电感结构和选取合适的材料以获得较高储能密度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高储能密度电感，采用低电阻率材料作为电感片材料、合理压接结构的高储能密度电感，该电感可通流最大底宽40ms、幅值15kA的脉冲大电流，储能密度达8MJ/m3。

技术方案

一种高储能密度电感，其特征在于包括绝缘上压板1、绝缘下压板4、单层电感片2、层间绝缘体3和匝间绝缘胶绳7；在绝缘上压板1和绝缘下压板4设有多层单层电感片2，单层电感片2之间放置层间绝缘体3；所述单层电感片2为由内向外的盘旋状结构，每一圈为一匝，匝间填充绝缘胶绳7；所述绝缘上压板1和绝缘下压板4采用螺钉固定连接。

所述层间绝缘体3采用多层聚乙烯薄膜。

所述胶绳直径与单层电感片2的厚度相同。

所述单层电感片2采用纯铝或纯铜低电阻率材料。

所述每三层单层电感片2之间为交叉串联连接。

有益效果

本发明提出的一种高储能密度电感，采用低电阻率材料作为电感片材料、合理压接结构的高储能密度电感，该电感可通流最大底宽40ms、幅值15kA的脉冲大电流，储能密度达8MJ/m3。

本发明的优点是：

1、本发明结构紧凑，储能密度可达8MJ/m3。

2、本发明在设计中采用耐压较高的层间绝缘体，并在匝间放置绝缘胶绳，因此该电感可耐直流高压4kV。

3、本发明在设计采用低电阻率的材料作为电感片制作材料，该电感可通流底宽40ms，幅值15kA的脉冲电流。

4、本发明的结构设计同样适用于通流较小的场合。

附图说明

图1、电感整体结构示意图

图2、中间层单层电感片示意图

图3、带接头单层电感片示意图

图4、电感整体结构示意图2

图5、电感可通流最大电流波形。