磁芯冷却结构及高压脉冲电源、准分子激光器的制作方法

1.本发明涉及冷却技术领域，尤其是涉及一种磁芯冷却结构及具有该结构的其高压脉冲电源、准分子激光器。


背景技术：

2.目前，电感或变压器是电源类设备中主要发热元件，其热量主要来源于磁芯的热耗，常规的电感或变压器磁芯采用内部冷却液热自然对流或强迫对流的冷却方式进行冷却，热交换效率低，在高功率使用场合难免有很大局限。
3.在准分子激光器中，磁脉冲压缩开关是高压脉冲电源的关键器件，其结构特殊，一般是一个带有密封腔体电感元件，磁芯被包裹在金属壳内，内部装有绝缘冷却液，比如变压器油等特制的液体。这些液体一般通过在金属壳内自然对流和有冷源的金属壳内进行散热，但自然对流热交换效率低，在高功率使用场合难免有很大局限。由于磁脉冲压缩开关内部磁芯为高矩形比磁滞回线的软磁磁芯，一般居里温度较低，比如120℃，如果磁芯的冷却效果不佳，容易出现器件失效的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种磁芯冷却结构及高压脉冲电源、准分子激光器，以解决现有技术中存在的至少一个上述技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的一种磁芯冷却结构，包括：热沉柱、磁芯、绝缘导热件；
6.多个所述磁芯套装在所述热沉柱外；
7.相邻两个所述磁芯之间设置有所述绝缘导热件，绝缘导热件与所述热沉柱接触，用于将磁芯产生的热量传导给所述热沉柱。
8.进一步地，所述绝缘导热件为由氧化铝、氮化铝或聚酰亚胺等绝缘导热材料制成环形垫片。
9.进一步地，所述绝缘导热件为组件，其包括绝缘片和导热片；
10.相邻两个所述磁芯之间设置有所述导热片，导热片与所述热沉柱接触，用于将磁芯产生的热量传导给所述热沉柱；所述磁芯和所述导热片之间设置有所述绝缘片。
11.进一步地，所述导热片为石墨烯片或者金属片等。
12.其中，所述绝缘片由氧化铝、氮化铝或聚酰亚胺等绝缘导热材料制成。
13.进一步地，还包括锁紧环，所述锁紧环通过螺纹方式旋套在热沉柱外，或者，锁紧环通过焊接或热装配方式套装在所述热沉柱外，进而实现锁紧环与热沉柱之间的良好导热。
14.进一步地，所述导热片套装在所述锁紧环外，通过焊接或热装配方式与锁紧环固定连接(锁紧环作为一个中间热传导件，导热片通过锁紧环与中间的所述热沉柱之间的接触连接)；
15.或者，所述导热片或绝缘导热件的内侧被夹持在上下两个所述锁紧环之间。
16.优选地，导热片或绝缘导热件的内侧伸入到两层锁紧环之间，被两层锁紧环压紧，锁紧环与热沉柱紧固连接，即将导热片很好的将热量传递给锁紧环，进而传导给热沉柱。
17.通过锁紧环的设置，紧固了导热片与中间热沉柱之间的连接关系，避免两者之间虚接触，提升了两者间的热传导性能。
18.优选地，所述磁芯由磁芯材料带条缠绕而成，相邻两圈的带条之间设置有绝缘层。
19.进一步地，位于最上层的所述磁芯顶面上从下向上依次设置有所述绝缘片和所述导热片。
20.进一步地，位于最下层的所述磁芯底面下从上向下依次设置有所述绝缘片、所述导热片和绝缘片。
21.进一步地，还包括盒体和上盖，所述热沉柱、磁芯、绝缘片和导热片设置在所述盒体内，所述上盖用于封盖住所述盒体开口，上盖中间设置有过孔，所述热沉柱上端自所述过孔伸出。
22.优选地，所述上盖与所述热沉柱之间设置有绝缘体。
23.以及，热沉柱与盒体之间也设置有绝缘件，避免两者之间电连接。
24.进一步地，所述盒体内填充有绝缘冷却液。
25.进一步地，还包括用于循环通入冷却液的流道，用于加速所述磁芯的冷却；
26.所述流道包括所述热沉柱内竖直设置的第一管路、盒体底板内设置的第二管路和所述盒体侧壁内竖直设置的第三管路；
27.多组所述第一管路、第二管路和第三管路在热沉柱的周向上均匀间隔布设，以及多组所述第一管路、第二管路和第三管路依次串联。
28.进一步地，所述热沉柱包括主体和端盖，所述主体内竖直间隔有多个所述第一管路，主体顶部或者所述端盖的底部间隔设置有多个第一弧形槽，每个第一弧形槽两端分别与相邻的两个第一管路连接。
29.进一步地，所述盒体侧壁顶部或者所述上盖的底部间隔设置有多个第二弧形槽，每个第二弧形槽两端分别与相邻的两个第三管路连接。
30.通过上述的第一弧形槽和第二弧形槽实现了多组第一管路、第二管路和第三管路依次串联。其中相邻的两个第一管路可分别作为流道的进液端和出液端与冷却系统连接。
31.优选地，包括若干组并联设置的所述流道。
32.第二方面，本技术还公开一种高压脉冲电源，其包括磁脉冲压缩开关，所述磁脉冲压缩开关带有上述磁芯冷却结构。
33.第三方面，本技术还公开一种带有上述高压脉冲电源的准分子激光器。
34.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
35.本发明提供的一种磁芯冷却结构，利用磁芯之间的导热片将磁芯叠摞工作时的大量热量快速导出，大范围降低磁芯温度，明显改善现有液冷磁芯的冷却效果，采用了该结构的变压器或电感类设备可应用于更的频率、功率的环境。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例1中磁芯冷却结构第一种实施方式的结构示意图；
38.图2为本发明实施例1中磁芯冷却结构第二种实施方式的结构示意图；
39.图3为本发明实施例1中磁芯冷却结构第三种实施方式的结构示意图；
40.图4为实施例1中磁性的俯视图；
41.图5为本发明实施例1中磁芯冷却结构第三种实施方式的结构示意图；
42.图6为图2中锁紧环与导热片装配的局部示意图；
43.图7为锁紧环与导热片之间热传导的原理图；
44.图8为本发明实施例2中磁芯冷却结构中流道的结构示意图；
45.图9为本发明实施例2中盒体和热沉柱的分解示意图；
46.图10为实施例2中热沉柱的结构示意图；
47.图11为实施例2中主体的俯视图；
48.图12为实施例2中筒体的俯视图；
49.图13为实施例2中底板内流道结构示意图；
50.图14为实施例2中多个管路串联形成流道的原理图。
51.附图标记：
52.1-磁芯；2-绝缘片；3-导热片；4-绝缘导热片；10-盒体；11-底板；12-筒体；20-上盖；21-绝缘体；30-热沉柱；31-主体；32-端盖；40-锁紧环；50-流道；51-第一管路；52-第二管路；53-第三管路；54-第一弧形槽；55-第二弧形槽。
具体实施方式
53.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
54.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
56.下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
57.实施例1
58.如图1所示，本实施例提供的一种磁芯冷却结构，包括：热沉柱30、磁芯1、绝缘导热
件4；多个所述磁芯1套装在所述热沉柱30外；相邻两个所述磁芯1之间设置有所述绝缘导热件4，绝缘导热件4与所述热沉柱30接触，用于将磁芯1产生的热量传导给所述热沉柱30。
59.优选地，绝缘导热件4为由氧化铝、氮化铝或聚酰亚胺等绝缘导热材料制成环形垫片。也就是说，绝缘导热件4可以是单层具有绝缘导热功能的片状物，比如陶瓷片。
60.更为优选地，如图2所示，绝缘导热件4为组件，其包括绝缘片2和导热片3；相邻两个磁芯1之间设置有导热片3，导热片3与热沉柱30直接或间接接触，用于将磁芯1产生的热量传导给热沉柱30；为避免热沉柱30与磁芯1之间电连接，磁芯1和导热片3之间设置有绝缘片2，防止导热片3和磁芯1直接接触。其中，相邻两个磁芯1之间的导热片3被夹持在两片绝缘片2之间。
61.本实施例中，导热片3由金属片或石墨烯片等沿面导热能力强的材料制成，优选为石墨烯片。石墨烯具有横向导热系数高的特性，石墨烯横向导热系数一般为2000-5000w/m
·
k，由此可快速将磁芯叠摞工作时的大量热量快速导出，大范围降低磁芯温度，明显改善现有液冷磁芯的冷却效果。其中，绝缘片2由导热且绝缘材料制成的，如氧化铝、氮化铝或聚酰亚胺等，优选地，绝缘片2为陶瓷片。
62.为了实现导热片3与中间的热沉柱30之间的紧固连接，本实施例还可以包括锁紧环40，锁紧环40可以通过螺纹方式旋套在热沉柱30外，即锁紧环40设置有螺纹孔，热沉柱30外设置有与之适配的外螺纹；或者，锁紧环40通过焊接或热装配方式套装在热沉柱30外，进而实现锁紧环40与热沉柱30之间的良好导热。而导热片3套装在锁紧环40外，通过焊接或热装配方式与锁紧环40固定连接。更为优选地，如图3、图6和图7所示，导热片3的内侧被夹持在上下两个锁紧环40之间。即，导热片3的内侧伸入到两层锁紧环40之间，被两层锁紧环40压紧，锁紧环40与热沉柱30紧固连接，即将磁芯1产生的热量通过导热片3很好传递给锁紧环40，进而传导给热沉柱30。通过锁紧环40的设置，紧固了导热片3与中间热沉柱30之间的连接关系，避免两者之间虚接触，提升了两者间的热传导性能。
63.图1和2所示的结构包含锁紧环40，当然也可以不设置锁紧环40，导热片3直接与热沉柱30接触，热量由导热片30直接传给热沉柱30。
64.参见图4所示，本实施例中磁芯1由磁芯材料带条缠绕而成，相邻两圈的带条之间设置有绝缘层。如图6所示，磁芯1与锁紧环40之间留有间隙，避免短路。
65.以及，参见图5所示，位于最上层的磁芯1顶面上部从下向上依次设置有绝缘片2和导热片3，用于从顶部将最上层的磁芯1热量通过传导方式传递给中间的热沉柱30。同理，可选择地，位于最下层的磁芯1底面下部从上向下依次设置有绝缘片2、导热片3和绝缘片2，用于从底部将最下层的磁芯1热量通过传导方式传递给中间的热沉柱30。
66.如图2和图3所示，本实施例还包括盒体10和上盖20，热沉柱30、磁芯1、绝缘片2和导热片3设置在盒体10内，上盖20用于封盖住盒体10开口，上盖20中间设置有过孔，热沉柱30上端自过孔伸出。上盖20与热沉柱30之间设置有绝缘体21。以及，热沉柱30与盒体10之间也设置有绝缘件，避免两者之间电连接。盒体10内填充有绝缘冷却液。
67.本发明提供的一种磁芯冷却结构，利用磁芯1之间的导热片3将磁芯1叠摞工作时的热量快速传导给热沉30，最终将热量快速导出，大幅降低磁芯1的温度，明显改善现有液冷磁芯1的冷却效果，采用了该结构的变压器或电感类设备可应用于更的频率、功率的环境。
68.实施例2
69.如图8所示，本实施例提供的一种磁芯散热结构还包括用于循环通入冷却液的流道50，用于加速磁芯1的冷却；如图9所示，为了便于加工形成流道50，盒体10由底板11和筒体12拼装而成。
70.如图9-13所示，流道50包括热沉柱30内竖直设置的第一管路51、盒体10的底板11内设置的第二管路52和筒体12内竖直设置的第三管路53；多组第一管路51、第二管路52和第三管路53在热沉柱30的周向上均匀间隔布设，以及多组第一管路51、第二管路52和第三管路53依次串联。
71.为实现串联的流道50，如图10所示，热沉柱30包括主体31和端盖32，主体31内竖直间隔设置有多个第一管路51；如图11所示，主体31顶部或者端盖32的底部间隔设置有多个第一弧形槽54，每个第一弧形槽54两端分别与相邻的两个第一管路51连接。
72.如图12所示，盒体10的筒体12的顶部或者上盖20的底部间隔设置有多个第二弧形槽55，每个第二弧形槽55两端分别与相邻的两个第三管路53连接。如图14所示，通过上述的第一弧形槽54和第二弧形槽55实现了多组第一管路51、第二管路52和第三管路53依次串联。其中相邻的两个第一管路51可分别作为流道50的进液端和出液端与冷却系统连接。
73.以及，更为优选地，本实施例还包括若干组并联设置的流道50。并联设置的多组流道50，相对单一设置的流动50，在同样管路布设密度的前提下，流道50的长度更短，在同等液压条件下，流过本体100的冷却液流量更大，由此冷却效果更优。
74.实施例3
75.本发明还公开了一种高压脉冲电源，该电源的关键器件磁脉冲压缩开关包括如上所描述的磁芯冷却结构。利用本发明的磁芯散热结构可快速高效地将磁芯所产生的热量导出，从而使磁脉冲压缩开关可以在更高热耗情况下工作。
76.实施例4
77.本发明还公开了一种准分子激光器，包括如上所述的高压脉冲电源，利用了本发明的准分子激光器可在更高频率和更高功率的环境下运行时，尤其是6khz、60w的应用场景下,准分子激光器的磁脉冲压缩开关依然可以稳定工作，为准分子激光器后续升级改造提供有力支撑。
78.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。