一种电磁发射线圈的冷却结构

技术领域

本发明涉及电磁线圈冷却技术领域，尤其涉及一种电磁发射线圈的 冷却结构。

背景技术

电磁发射技术是将电能转换成电磁能，结合电磁感应定律和洛伦兹 力加速物体使物体达到规定速度的现代发射技术。与常规发射方式相比， 电磁线圈发射具有能源安全简便、发射过程可控性好、低发射特征小、 高安全性等优点。

现有技术中的电磁发生线圈在发射时，其内部绕组中的瞬态的脉冲 大电流将产生大量的焦耳热，由于周边绝缘封装导热性能差，绕组中产 生的热量无法传递出去，造成内部导线温升，直接影响线圈的电气参数， 使得系统参数偏离设计值，触发位置和回路电流均发生变化，直接影响 出口速度的精度。

此外，绕组的温升会影响线圈内部绝缘材料的性能，导致材料软化， 降低其绝缘性能和使用寿命，严重时很有可能使线圈烧坏，造成重大事 故。

使用传统的冷却方法弊端如下：

1、大型电机中采用的冷却方法，将冷却液直接通入导体内部的方 式，该方法由于无法承受电磁力而不能适用；

2、密闭式空气冷却和浸入式液体冷却液的方式，不适应于电磁发射 线圈这种需要将负载发射出去的开放环境；

3、设置金属冷却板的方式，一方面存在绝缘隐患，另一方面会改变 线圈周围磁场分布从而影响发射性能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种电磁发射线圈的冷却结构， 用以解决现有技术中电磁发射线圈的绕组产生的热量无法传递出去，造 成绕组内部导线温升，影响线圈电气参数的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种电磁发射线圈的冷却结构，包括骨架和冷却管；所述骨架用于 缠绕导线绕组，所述冷却管设置于所述骨架的两个端面上，用于对缠绕 在所述骨架内的导线绕组冷却降温。

进一步地，所述骨架包括冷却管容纳槽和端盖；所述端盖设置于骨 架的两端；所述冷却管容纳槽设置于所述端盖上。

进一步地，所述冷却管容纳槽的横截面为半圆形。

进一步地，所述冷却管容纳槽与冷却管通过导热胶连接。

进一步地，所述骨架还包括内膛。

进一步地，所述骨架还包括中间隔板；所述中间隔板设置于所述内 膛外周，且所述中间隔板与所述端盖平行设置。

进一步地，所述骨架还包括绕组放置槽；所述中间隔板与所述端盖 之间以及所述中间隔板之间为绕组放置槽。

进一步地，所述中间隔板的外径小于所述端盖的外径。

进一步地，所述冷却管包括多级弯折单元、冷却管出口和冷却管入 口。

进一步地，所述多级弯折单元设置有多个，相互之间贯通连接；所 述冷却管出口设置于所述冷却管的一端，所述冷却管入口设置于所述冷 却管的另一端。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明的电磁发射线圈的冷却结构，包括导线绕组、骨架和冷 却管，导线绕组缠绕于骨架上，冷却管设置于骨架的两个侧面上，用于 对缠绕在骨架上的导线绕组进行冷却降温。冷却管的设置避免骨架上的 导线绕组温升而影响线圈的电气参数，使系统参数偏离设计值；同时， 避免触发位置和回路电流发生变化，影响出口速度的精度。

(2)本发明骨架两端的端盖上开设有对称设置的冷却管容纳槽，该 冷却管容纳槽的凹槽截面为半圆形槽，两个相邻骨架贴合时，相邻冷却 管容纳槽的半圆形凹槽截面能够合并成为一个圆形截面的容纳腔，使得 两个相邻骨架的冷却管容纳槽恰好能够容纳冷却管。由于骨架之间相互 组合时，冷却管突出设置于单个骨架的端盖上，而冷却管的突出部分恰 好能够容纳于相邻骨架的冷却管容纳槽内，使得冷却管起到了相邻骨架 的限位作用，使得骨架组合时能够不需要外界装置辅助即可确保骨架之 间的同轴度，操作方便快捷，且精度高。

(3)本发明冷却管包括多个多级弯折单元、冷却管出口和冷却管入 口。冷却管出口仅有一个，设置于冷却管的一端，冷却管入口仅有一个， 设置于冷却管的另一端，多级弯折单元为蛇形层级结构。由于电磁发射 线圈的空间分布电磁场，会在环向的金属结构上形成电压差和感应涡流， 改变磁场分布，进而影响发射性能。因此，冷却管的设置避免形成环向 回路，使得冷却管设置为断开的环向多级蛇形结构，避免改变电磁发射 线圈的空间电磁场分布，影响发射线路和性能。

(4)多级弯折单元的弧面部能够平行设置有多个，用于增加多级弯 折单元的冷却长度，即增加了冷却管的总体长度，使得冷却管中的冷却 液体与骨架的端盖的接触散热面积大幅增加，从而增加了冷却管的冷却 效果。

(5)本发明多级弯折单元的多个弧面部从内到外其长度以及增加， 使得相邻多级弯折单元之间的相邻间隙尽量小，从而能够最大程度的增 加多级弯折单元的散热长度，进一步地增加散热效果。

(6)本发明冷却管的多级弯折单元中设置在外层的弧面部与设置在 内层的弧面部之间的直线距离与导线绕组的绕线厚度相等或者接近，使 得端盖上冷却管设置的位置与端盖内导线绕组的位置相对应，即冷却管 的内层弧面部尽量贴近导线绕组的内圈，冷却管的外层弧面部尽量贴近 导线绕组的外圈。冷却管上述设置的原因是，电磁发射线圈工作过程中 产生的热量主要集中在导线绕组上，特别是导线绕组的最内侧的绕组上， 冷却管与导线绕组位置对应布置可以最大程度的增加散热效果，同时减 少结构和材料浪费。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优 选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且， 部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制， 在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明电磁发射线圈的冷却结构的结构示意图；

图2为本发明电磁发射线圈的冷却结构的骨架的结构示意图；

图3为本发明电磁发射线圈的冷却结构的组装示意图；

图4为本发明电磁发射线圈的冷却结构的骨架的剖视图；

图5为本发明电磁发射线圈的冷却结构的冷却管的一个实施例的示 意图；

图6为本发明电磁发射线圈的冷却结构的另一个实施例的示意图。

附图标记：

1-导线绕组；3-骨架；31-内膛；32-冷却管容纳槽；33-端盖；34-中 间隔板；35-绕组放置槽；6-冷却管；61-多级弯折单元；611-内层连接端； 612-外层连接端；62-冷却管出口；63-冷却管入口。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种电磁发射线圈的冷却结构作进一步的详 细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实 施例中。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种电磁发射线圈 的冷却结构，包括骨架3和冷却管6，骨架3用于缠绕导线绕组1，冷却 管6设置于骨架3的两个侧面上，用于对缠绕在骨架3上的导线绕组1 进行冷却降温。冷却管6的设置避免骨架3上的导线绕组1温升而影响 线圈的电气参数，使系统参数偏离设计值；同时，避免触发位置和回路 电流发生变化，影响出口速度的精度。

进一步地，如图3所示，骨架3轴心的中空结构为内膛31，用于电 磁发射线圈的发射轨道。

进一步地，骨架3两端对称设置有端盖33，端盖33的外直径大于内 膛31的直径。骨架3还包括冷却管容纳槽32，冷却管容纳槽32开设于 两个端盖33的外壁面。

具体地，如图2-图3所示，冷却管6为圆形管，冷却管容纳槽32的 凹槽截面为半圆形槽，两个相邻的骨架3贴合时，两个相邻冷却管容纳 槽32的半圆形凹槽截面能够合并成为一个圆形截面的容纳腔，使得两个 相邻骨架3的冷却管容纳槽32恰好能够容纳冷却管6，即多个骨架3组 合连接时，冷却管容纳槽32的内壁与冷却管6的外壁相贴合。

值得说明的是，由于骨架3之间相互组合时，冷却管6突出设置于 单个骨架3的端盖33上，而冷却管6的突出部分恰好能够容纳于相邻骨 架3的冷却管容纳槽32内，使得冷却管6起到对相邻骨架3的限位作用。

现有技术中，多个骨架3相互组合时，需要通过外界装置的辅助来 确保骨架3之间的同轴度，以保证多个骨架3之间能够同轴心设置，确 保发射精度。而本发明的冷却管6在多个骨架3相互组合时，能够通过 冷却管6和冷却管容纳槽32的相互配合起到精确定位作用，使得其能够 不需要外界装置辅助就能够确保骨架3之间的同轴度，操作方便快捷， 且精度高。

进一步地，冷却管6通过导热胶固定在冷却管容纳槽32内，导热胶 能够将冷却管6和冷却管容纳槽32之间的热量差进行良好的能量传导。

进一步地，如图4所示，骨架3还包括中间隔板34和绕组放置槽35。 中间隔板34设置在内膛31的外侧壁，中间隔板34设置有多个，相互平 行设置，且与端盖33平行。中间隔板34之间的空隙以及中间隔板34与 端盖之间的空隙为绕组放置槽35，用于容纳导线绕组1。

具体地，多个绕组放置槽35之间相互平行设置。

可选地，多个绕组放置槽35之间等距设置。

进一步地，中间隔板34的外直径小于端盖33的外直径，使得导线 绕组1能够被限制于端盖33之间。

本发明的一个具体实施例，如图5-图6所示，冷却管6在端盖上设 置有一个，冷却管6包括多个多级弯折单元61、冷却管出口62和冷却管 入口63。冷却管出口62仅有一个，设置于冷却管6的一端，冷却管入口 63仅有一个，设置于冷却管6的另一端。冷却管出口62、冷却管入口63 和多个多级弯折单元61相互之间贯通连接，形成一个整体。

值得说明的是，由于电磁发射线圈的空间分布电磁场，会在环向的 金属结构上形成电压差和感应涡流，改变磁场分布，进而影响发射性能。 因此，该种冷却管6的设置避免形成环向回路，使得冷却管6设置为断 开的环向多级蛇形结构，避免改变电磁发射线圈的空间电磁场分布，影 响发射线路和性能。

本实施例的一个可选方案，本发明的冷却方式为液冷冷却，冷却管6 内可以通入各类冷却液体，已到达为冷却管6降温制冷的目的。

进一步地，冷却管出口62和冷却管入口63与外部的冷却系统连接， 冷却系统的冷却液体从冷却管入口63流入，再从冷却管出口62流出， 达到冷却液体循环制冷的目的。

优选地，为了达到更好的冷却效果，冷却管6采用金属材料制成， 确保强度的同时提高其冷却速率。

进一步地，在不影响整体强度的前提下，冷却管6的管壁应尽量薄， 使其产生良好的冷却效果。

进一步地，多个多级弯折单元61以端盖33的轴心为基准周向分布 设置，且相邻多级弯折单元61之间成镜像设置。

进一步地，多级弯折单元61为蛇形设置，包括弧面部和弯折部，相 邻弧面部之间通过弯折部连接。多个弧面部之间以端盖33的轴心为基准， 相互之间同轴心设置，且多个弧面部相互之间同弧度平行设置。

进一步地，多级弯折单元61包括内层连接端611和外层连接端612， 内层连接端611设置于多级弯折单元61的一端，外层连接端612设置于 多级弯折单元61的另一端。

具体地，内层连接端611设置于多级弯折单元61内层弧面部的一端， 外层连接端612设置于多级弯折单元61外层弧面部的一端。

进一步地，相邻两个多级弯折单元61之间通过各自的内层连接端611 相连或者通过各自的外层连接端612相连。

进一步地，多级弯折单元61的弧面部能够平行设置有多个，用于增 加多级弯折单元61的冷却长度，即增加了冷却管6的总体长度，使得冷 却管6中的冷却液体与骨架3的端盖33的接触散热面积大幅增加，从而 增加了冷却管6的冷却效果。

进一步地，多级弯折单元61的多个弧面部从内到外其长度以及增加， 使得相邻多级弯折单元61之间的相邻间隙尽量小，从而能够最大程度的 增加多级弯折单元61的散热长度，进一步地增加散热效果。

进一步地，多级弯折单元61中设置在外层的弧面部与设置在内层的 弧面部之间的直线距离应尽量与导线绕组1的绕线厚度相等或者接近， 使得端盖33上冷却管6设置的位置与端盖33内导线绕组1的位置相对 应，即冷却管6的内层弧面部尽量贴近导线绕组1的内圈，冷却管6的 外层弧面部尽量贴近导线绕组1的外圈。

冷却管6上述设置的原因是，电磁发射线圈工作过程中产生的热量 主要集中在导线绕组1上，特别是导线绕组1的最内侧的绕组上，冷却 管6与导线绕组1位置对应布置可以最大程度的增加散热效果，同时减 少结构和材料浪费。

其中，多级弯折单元61的层数和最大环向角度根据选取的冷却管6 的截面尺寸和折弯半径决定。冷却管6的截面尺寸越大，弯折半径越小， 多级弯折单元61的层数越多。

进一步地，由于相邻多级弯折单元61之间为镜像设置，因此多级弯 折单元61的设置数量为偶数；且多级弯折单元61的弧面部设置数量为 奇数。同时，为了避免冷却管6为环形回路影响电磁分布，多级弯折单 元61的数量应大于等于4。

可选地，如图5所示，多级弯折单元61的数量为8个，多级弯折单 元61的弧面部设置有3个，该设置为截面外径4mm、折弯半径9mm的 冷却管6。

可选地，如图6所示，多级弯折单元61的数量为12个，多级弯折 单元61的弧面部设置有5个，该设置为截面外径2mm、折弯半径4mm 的冷却管6。

实施例2

本发明的另一个实施例，一种电磁发射线圈的冷却结构，与实施例1 相比区别在于，其冷却管6在端盖33上设置有两个，两个冷却管6之间 并排设置，使得两者能够相互接触，从而通过接触进行热传导，以减小 两者之间温度差，提高整体的冷却效果。

进一步地，两个冷却管6之间与两个独立的外部冷却系统连接，并 进行分别控制，但两者可以通过相互接触传导热量，降低温度差。

此外，当其中一个冷却管6损坏时，该冷却结构能够继续使用，对 其冷却不产生根本影响。

可选地，设置在外侧的冷却管6的管径大于设置在内层的冷却管6 的管径。使得两者之间能够具有不同的冷却效果，能够根据需要切换不 同的冷却效果，通过独立使用或者组合使用能够达到三种不同的冷却效 果，以使用更广的电磁发射线圈的工作场景。

与现有技术相比，本发明电磁发射线圈冷却结构的结构形式简单， 冷却管道不直接与绕组接触，没有漏液风险，对于冷却介质的选择没有 限制。同时，采用内壁导热的方式，有效利用了电磁发射线圈特点，与 外层散热相比冷却效果好；同时冷却管道采用蛇形结构布置，路径更长， 冷却速度更高，且不改变驱动线圈的电磁场分布，对电磁发射性能无影 响；多级冷却线圈配合方便，空间布局紧凑，可以有效实现电磁发射过 程中绕组温升控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围 并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。