[发明专利]一种紧凑型电感一体化电极及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于一种紧凑型电感一体化电极及其加工方法，具体涉及一种用于大型快前沿电磁脉冲源的前沿调节技术的紧凑型高压开关。

背景技术

开关是脉冲功率技术领域中的关键器件，它连接着储能器件和负载。开关的性能影响着输出电压波形的上升时间、形状和幅值。应用在脉冲功率领域中的高压开关有气体开关、真空开关、半导体开关、机械开关等，不同的应用场合对开关性能和类型的要求也不同。在大型快前沿电磁脉冲源中，经常要求开关电感可控、高耐压、结构紧凑、控制简单可靠等。

常用的脉冲功率设备中，开关一般与电感分别设计，连接于电路中。开关常采用两电极对称设计，内充绝缘气体或液体，开关电感由结构决定，不能调节；开关回路中串入的电感一般采用绝缘子表面刻槽外接导体线绕的沿面绝缘结构，须采用沿面绝缘阈值考虑，使得该结构电感笨重，要求绝缘距离较长，导致设备的体积大且输出指标不可控。该类开关回路结构需要足够的空间分别安置各部件，所以开关回路结构体积较大，无法做的十分紧凑。同时，电感采用沿面绝缘可能大幅度降低绝缘强度，易发生绝缘损坏。

在高电压、强电场要求的设备环境中，一般要求开关回路的体积尽可能小。因为开关回路体积偏大会造成绝缘子体积庞大，制造成本增加等一系列问题。而在要求输出快前沿的电磁脉冲源中，采用电极、电感分别设计的思路来调节电磁脉冲模拟源的输出脉冲前沿是非常困难的，在技术上和制造成本上都是不可取的。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种结构更加紧凑，电感绝缘性能优良、采用电感一体化设计思路的紧凑型电感一体化电极及其加工方法。

本发明的技术决方案是：

一种紧凑型电感一体化电极，其特殊之处在于：

包括电极头、电极底盘以及设置在电极头和电极底盘之间的电感单元；

所述电极底盘为圆环形结构；

所述电感单元包括一个半圆环形电感；所述半圆环形电感与电极底盘平行，其一端通过电感支撑段与电极头连接，其另一端与电极底盘连接；所述电感支撑段的高度满足电感绝缘性能要求；

所述电极头、半圆形半圆环形电感、电感支撑段构成一个空心圆锥面布局。

上述电极头的尖端表面圆滑过渡，构成电场不均匀系数小于2的稍不均匀电场；所述电极头与电感支撑段之间、电感支撑段与半圆环形电感之间、电感支撑段与电极底盘之间均为圆角线切割的过渡结构。

上述空心圆锥面结构的锥角范围为15～60度角。

上述电极头、电极底盘、电感单元采用不锈钢或黄铜。

一种紧凑型电感一体化电极，其特殊之处在于：

包括电极头、电极底盘以及设置在电极头和电极底盘之间的电感单元；

所述电极底盘为圆环形结构；

所述电感单元包括至少两个半圆环形电感；所述半圆环形电感与电极底盘平行；相邻所述半圆环形电感之间相位角相差180度；相邻所述半圆环形电感之间通过电感支撑段首尾相连；最顶部的半圆环形电感的另一端通过电感支撑段与电极头连接，最底部的半圆环形电感的另一端通过电感支撑段与电极底盘连接；所述电感支撑段的高度满足电感绝缘性能要求；

所述电极头、半圆形半圆环形电感、电感支撑段构成一个空心圆锥面布局。

上述电极头的尖端表面圆滑过渡，构成电场不均匀系数小于2的稍不均匀电场；所述电极头与电感支撑段之间、电感支撑段与半圆环形电感之间、电感支撑段与电极底盘之间均为圆角线切割的过渡结构。

上述空心圆锥面结构的锥角范围为15～60度角。

上述电极头、电极底盘、电感单元采用不锈钢或黄铜。

上述紧凑型电感一体化电极的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)首先加工出电极头和电极头下方的实心圆锥；

2)按照厚度要求将实心圆锥掏空成空心圆锥；

3)采用线切割的工艺切出半圆环形电感及电感支撑段；

4)形成紧凑型电感一体化电极。

上述方法还包括线切割后进行所有棱边的圆滑过渡和电极表面的抛光处理的步骤。

本发明的优点是：

1、本发明实现了高电压、强电场条件下的电感和电极的一体化结构，使电极回路结构更加紧凑，自身电感可控。可应用于高电压、强电场、小体积要求的设备环境中，例如于高压开关。

2、本发明电感主体部采用体击穿绝缘的形式，且对电场增强点进行了圆滑处理，使电感段的体积大大降低，且绝缘强度得到了较大提升，从而达到提高耐压和紧凑结构的目的。