[实用新型]大功率高电压磁开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及脉冲功率应用技术领域，具体涉及一种高效简易的大功率高电压磁开关，以实现更大功率的脉冲压缩。

背景技术

在磁脉冲压缩系统中，磁开关是最关键的核心部件，磁开关主要由铁芯和线圈组成，铁芯的铁磁材料在饱和前后磁导率差异非常大，表现出开关特性，利用其导磁性能的非线性和可恢复性可以方便地改变电路状态。理论上，基于磁开关的脉冲压缩源通过单级或多级压缩可以实现从微秒到纳秒时间的脉冲压缩。

根据磁开关的理论公式，磁脉冲压缩的能量传输时间t，就是磁开关的磁饱和时间，也就是铁芯的B值从-Br到+Bs所需的时间；U（t）是磁开关两端（电容）的电压；N为磁开关的绕线匝数；Sc为铁芯的有效截面积；ΔB是铁芯磁感应强度的变化幅度，主要由铁芯的饱和磁感应强度决定，但是变化幅度可以通过对铁芯的复位进行改善。

在实际工程中，要实现大功率高电压的脉冲源的压缩，主要技术问题：大功率的脉冲源输出的脉冲波形的上升沿时间会达到几十到几百微秒，这时要求磁开关的磁饱和时间t也要达到几十到几百微秒，为了达到时间要求，一种方案是增大有效截面积Sc或线圈匝数N，有效截面积Sc的增加会导致磁开关的体积急剧膨胀，增大线圈匝数会导致饱和后的电感过大，影响脉冲上升率；另一种方案就是采用多个磁开关组成多级压缩回路实现脉冲压缩，但是这样增加了电路的复杂性，降低了电路的可靠性。磁开关在几十至几百千伏的高电压下工作时，如何保证磁开关线圈匝间的绝缘及线圈对铁芯的绝缘。为了设计一种能在较小的体积下实现高压缩比，又能在高电压下工作的磁开关，本实用新型提供了一种解决方案。

发明内容

本实用新型提供一种高效简易的大功率高电压磁开关，采用环形铁芯和绝缘支架，确保实现更大功率、更高电压的脉冲压缩，以实现小体积高压缩比，又能在高电压下工作。

本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种大功率高电压磁开关，包括绝缘支架、铁芯、环绕于绝缘支架和铁芯的线圈，其特征在于，所述铁芯为环形铁芯组，由若干个环形小铁芯层叠而成；所述绝缘支架位于环形铁芯组的两端，绝缘支架的中心镂空，绝缘支架的正面设置有若干下凹的线圈卡槽，线圈卡槽以镂空部位为中心呈圆周放射状分布；

在绝缘支架的内边缘、与每一线圈卡槽对齐的位置设置有内凹的内边凹槽，在绝缘支架的外边缘、与每一线圈卡槽对齐的位置设置有内凹的外边凹槽；所述绝缘支架的背面设置有若干铁芯支架，若干铁芯支架以镂空部位为中心呈圆周放射状分布。

通过改变单个环形小铁芯的直径、环宽和厚度增大铁芯的有效截面积，或通过叠加单个环形小铁芯的个数来增加铁芯的有效截面积：若保持有效截面积不变，在高电压下，增大环形铁芯的直径，提高磁开关线圈匝间的安全距离，提高磁开关线圈的耐压，使磁开关可以在更高的电压下工作；而在较低电压下，减小环形铁芯的直径，可以减小磁开关的体积。

磁开关的功率可以通过调节单个环形小铁芯的直径、环宽、厚度、数量来控制，磁开关所用的铁芯体积相比其他磁开关小很多，成本控制提升。

上述环形绝缘支架尺寸的变化可以改变线圈对铁芯的安全距离，控制磁开关的体积，使磁开关在不同电压下工作。

作为优选，所述线圈连接于其中一绝缘支架的外边凹槽，沿着环形铁芯组外围延伸至另一绝缘支架的外边凹槽，并且卡入线圈卡槽后延伸至内边凹槽；所述线圈连接于其中一绝缘支架的内边凹槽，沿着环形铁芯组内侧延伸至另一绝缘支架的内边凹槽。

作为优选，相邻的环形小铁芯之间设置有绝缘垫片，增大层叠环形小铁芯之间的距离，用来改善散热效果。

作为优选，所述绝缘支架的主体为环形齿轮，外边缘呈齿状，形成外边凹槽；中心为圆形镂空且镂空边缘呈齿状，形成内边凹槽，圆形镂空的直径小于环形小铁芯的内直径；绝缘支架的正面固定有若干扇形的挡块，挡块以圆心镂空为中心呈圆周放射状分布，则相邻两挡块之间形成了下凹的线圈卡槽。

上述线圈卡槽用于固定匝间线圈，保证线圈不会震动位移，确保高压的安全绝缘距离，使磁开关可靠工作在几十至几百千伏的高电压下。另外磁开关线圈的绕线匝数可以方便地通过绝缘支架上的卡槽进行增加或减少，绕制方便，结构紧凑。

作为优选，所述铁芯支架呈扇形，其作用是支撑铁芯。

作为优选，所述大功率高电压磁开关，还包括输入端、输出端、第一复位电路接口、第二复位电路接口、高压脉冲隔离电感。

作为优选，所述线圈包括主线圈、复位线圈；主线圈的两端分别连接输入端、输出端。