一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统

1.本发明涉及脉冲功率电源电能传输技术领域,具体涉及一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线技术。


背景技术：

2.随着人们探索和利用太空资源的进程不断向前推进，作为从事这些实践活动工具的人造航天器也不断进行着技术升级，采用越来越先进的结构以及集成越来越的功能，这也使得人造航天器的性能对太空环境因素越来越敏感，目前绝大多数航天器的活动区域以及深空探测的窗口都在地球磁层中，这一区域中存在大量等离子体态的气体，这些等离子体对航天器的可靠运行会造成不利影响，另一方面，这些等离子体受到地球磁场引导和控制会与磁化太阳风发生强烈的相互作用，从而密切地参与了太阳与地球空间环境中能量和动量的耦合和转移，但是这些过程物理机制目前还尚不明确。因此究地球磁层中空间等离子体的基本物理过程以及极端空间等离子环境的特点和爆发性物理过程具有重要科研及应用意义。
3.为了揭示空间等离子体的分布、演化规律及其与航天器相互作用的物理机制，提高对空间极端环境的认识和防控能力，空间等离子体环境模拟与研究系统中的近地空间等离子体环境模拟系统就通过在地面模拟地球磁层的磁场和等离子环境从而进行以下两个研究内容：（1）研究空间等离子体环境的基本物理过程，具体为与磁层顶磁重联相关的三维磁重联物理问题，从而深化对空间等离子体环境的认识，为航天器设计和安全运行提供理论指导；（2）研究极端空间等离子体环境的特点及相关物理过程，加深对磁暴、高能粒子暴等灾害性空间环境的理解，为完善辐射带高能粒子模型、航天器安全评价和设计提供指导。为了实现以上研究内容，近地空间等离子环境模拟系统使用7类共18个线圈来实现地球磁层的磁场和等离子体环境，7类线圈分别为磁鞘极向场线圈、磁鞘环向场线圈、磁层顶位形控制线圈、偶极场线圈、磁扰动ⅰ型线圈、磁扰动ⅱ型线圈、磁镜场线圈，上述7类线圈为表述方便依次标记为pf、tf、ck、ojc、crdⅰ、crdⅱ、cjc线圈，其中pf线圈包括4个子线圈，分别记为pf-a、pf-b、pf-c、pf-d，tf线圈包括4个子线圈，分别记为tf-a、tf-b、tf-c、tf-d，ck线圈包括两组共6个子线圈，分别记为ck-a、ck-b、ck-c、ck-d、ck-e、ck-f，ojc、crdⅰ、crdⅱ分别由一个线圈构成，cjc线圈由2个子线圈串联构成且视为一个线圈。为了产生所需的磁场和等离子体，18个线圈由脉冲功率电源系统提供激励电流，每个线圈由一套脉冲功率电源提供激励电流，因此整个脉冲功率电源包括18套脉冲功率电源，每套脉冲功率电源采用与线圈相同的标记表示，即pf-a电源、pf-b电源、
……
、cjc电源，18套脉冲功率电源均采用模块化设计，4套pf电源分别由9个模块组成、4套tf电源分别由4个模块组成，4套ck电源分别由10个模块组成，1套crdⅰ电源由2个模块组成，一套crdⅱ电源由5个模块组成，一套ojc电源由10个模块组成，一套cjc电源使用ojc电源的5个模块。这些电源通过改变投入使用模块的数量可以实现输出电流的波形可调，并且能够提高维护效率、分散储能降低风险。
4.要想实现脉冲功率电源系统与18个线圈的可靠连接目前面临以下几个需求：（1）
18套电源中的每个模块通过连接一根同轴电缆作为输出电流的路径，特殊地，crdⅱ电源5个模块并联后由一条同轴电缆作为输出电流路径，而18个线圈与外部激励源连接的接口为电流一进一出导线，所以同轴电缆与电流一进一出导线的连接需要解决；（2）脉冲功率电源在输出脉冲大电流时，巨大的脉冲电流会对电缆造成冲击从而造成损坏，所以要考虑电缆对脉冲大电流的耐受能力；（3）真空舱外的脉冲功率电源在与18个线圈连接时需要考虑18个线圈在真空舱内部的位置分布以及运动特点；（4）根据物理实验需求，脉冲功率电源提供给线圈的激励电流能够在连接处要实现极性反转，此外带有多个子线圈结构的线圈还要能够在连接处实现子线圈之间的串并联连接方式的转换。因此，基于以上需求如何实现脉冲功率电源系统与18个线圈的可靠连接是当前急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决脉冲功率电源系统与多个线圈连接时，需要实现每个模块的输出电缆与电源对应线圈的一进一出导线的可靠连接，且保证同轴同轴电缆在传输脉冲大电流时同轴电缆对脉冲大电流的耐受能力，以及真空舱外脉冲功率电源在与真空舱内多个线圈连接时需要考虑各自线圈的在真空舱内部的位置分布以及运动特点，此外根据物理实验需求，脉冲功率电源提供给线圈的激励电流能够在连接处要实现极性反转，带有多个子线圈结构的线圈能够在连接处实现子线圈之间的串并联连接方式的转换的问题，从而实现脉冲功率电源系统与多个线圈的可靠连接。
6.本发明采用的技术方案是：一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，包括：汇流盘1、过渡电缆2、转接器3；汇流盘1的一端连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆，输出电缆的数量与模块数量相同，另一端连接过渡电缆2，其作用是分离输出电缆的内外芯，汇聚一套脉冲功率电源中各个模块的输出电流，然后再通过过渡电缆传输和分配给线圈的接线器3，此外在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘1内部通过改变外芯连接片6和内芯连接片7连接输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、输出外芯连接点9、输出内芯连接点11的连接位置来改变各个子线圈串并联方式；过渡电缆2的两端分别连接汇流盘1和转接器3，其作用是根据线圈包含子线圈的数量来分配电流，并且能够为可进行移动的线圈提供线路的缓冲距离，同时通过多根过渡电缆分散总的脉冲大电流，防止流过的脉冲大电流超过电缆的电流耐受能力而损坏电缆。
7.转接器3一端连接过渡电缆2，另一端连接线圈中子线圈的电流一进一出端口，其作用是分离过渡电缆的内外芯，将内芯与子线圈电流流入端连接，外芯与子线圈电流流出端连接，如果需要实现流入子线圈的电流极性翻转，可以将通过转接器3分离后的过渡电缆2的内芯与子线圈电流流出端连接，外芯与子线圈电流流入端连接。
8.本发明中，所述汇流盘1包括：输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、外芯连接片6、内芯连接片7、输出内芯汇流板8、输出外芯连接点9、输出外芯汇流板10、输出内芯连接点11。
9.输入外芯汇流板4连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的外芯，其作用是将输出电缆中的外芯分离出来，汇聚流入各个模块的电流；
输入内芯汇流板5连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的内芯，其作用是将输出电缆中的内芯分离出来，汇聚各个模块流出的电流；外芯连接片6在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入外芯汇流板4和输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9，实现输出电缆外芯与过渡电缆外芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片6连接位置；内芯连接片7在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入内芯汇流板5和输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11，实现输出电缆内芯与过渡电缆内芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片7连接位置；输出内芯汇流板8连接过渡电缆2的内芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的内芯分离出来，分配给过渡电缆2内芯已经汇聚的各个模块流出的电流；输出外芯连接点9在所有子线圈需要全部并联时用于在输出外芯汇流板10上连接外芯连接片6，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构；输出外芯汇流板10连接过渡电缆2的外芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的外芯分离出来，并将经过过渡电缆已经分散的各子线圈流出的电流重新汇聚，多个子线圈流出的电流通过多个输出外芯汇流板10经外芯连接片6传输到输入外芯汇流板来汇聚流入各个模块的电流；输出内芯连接点11在子线圈需要全部并联时用于在输出内芯汇流板8上连接内芯连接片7，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构。
10.本发明中，所述转接器3包括：外芯汇流板12、内芯汇流板13、流入端导线14、流出端导线15；外芯汇流板12连接过渡电缆2的外芯，用于分离过渡电缆2的外芯，并将子线圈的流出电流经多根过渡电缆2分散传输到汇流盘1；内芯汇流板13连接过渡电缆2的内芯，用于分离过渡电缆2的内芯，并汇聚多个过渡电缆2中内芯的电流传输给子线圈的电流流入端；流入端导线14用于连接子线圈电流流入端与内芯汇流板13，实现子线圈与过渡电缆的连接；流出端导线15用于连接子线圈电流流出端与外芯汇流板12，实现子线圈与过渡电缆的连接。
11.本发明中，所述汇流盘1和转接器3中上述提到的组成部分均为金属导体，其余未提到的骨架部分、外壳部分均为绝缘材料，从而保证整个高压接线系统的绝缘性。
12.本发明中，所述汇流盘1中的一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10构成一组输出汇流模块，输出汇流模块的数量与转接器的数量取决于线圈包含子线圈的数量，且输出汇流模块的数量与转接器的数量以及子线圈的数量相同，此时在流过子线圈的电流极性不变的情况下，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流入端和电流流出端，当流过子线圈的电流极性需要反转时，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流出端和电流流入端。
13.本发明中，所述汇流盘1在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘1内部通过改变外芯连接片6和内芯连接片7连接输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、输出外芯连接点9、输出内芯连接点11的连接位置来改变各个子线圈串并联方式，例如当所有子线圈需要并联时，所有输出汇流模块中位于输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5连接，所有输出汇流模块中位于输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4连接。当所有子线圈需要串联时，在所有子线圈已经并联的条件下，保留其中一组输出汇流模块中输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5的连接，以及其中另一组输出汇流模块中输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4的连接，上述两组输出汇流模块中剩下的输出外芯连接点9和输出内芯连接点11与其余剩下的输出汇流模块中的输出外芯连接点9和输出内芯连接点11分别交叉连接，即一组输出汇流模块中的输出外芯连接点9与邻近一组输出汇流模块中的输出内芯连接点11连接。所有子线圈的其他串并联连接方式按照上述思路进行操作。
14.本发明中，所述过渡电缆2的数量根据脉冲功率电源输出的总电流及其所连接线圈包含子线圈的数量来决定，并且一套高压接线器系统中连接到转接器3上的同轴电缆的数量相同，从而保证传输到每个子线圈的电流相同。根据需求，pf电源的过渡电缆数量为8，tf电源的过渡电缆数量为4，ck电源的过渡电缆的数量为8，ojc电源的过渡电缆数量为4，cjc电源的过渡电缆数量为4，特殊地，由于crdⅰ电源只有两根输出电缆，crdⅱ电源的5个模块并联后由一条同轴电缆作为输出电流路径，所以这两种电源采用输出电缆直接与转接器3连接的方式；本发明中，所述转接器3安装在真空舱壁上，作为真空舱外脉冲功率电源与真空舱内线圈连接桥梁，并且起到绝缘和密封的作用。转接器3上可以连接多根过渡电缆2，最多可以连接4根，转接器的数量与子线圈的数量相同，当单套脉冲功率电源所连接的线圈不含有子线圈时，在该套高压接线器系统中的转接器3为一个。
15.有益效果：本发明所述一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，能够实现使用同轴电缆进行电流传输的脉冲功率电源系统与只具有电流一进一出端口的18个线圈的可靠连接，且能够保证同轴电缆在传输脉冲大电流时同轴电缆对脉冲大电流的耐受能力，以及真空舱外脉冲功率电源与真空舱内18个线圈的连接能够满足各自线圈的在真空舱内部的位置分布以及运动特点，此外根据物理实验需求，脉冲功率电源提供给线圈的激励电流能够在该高压接线系统中要实现极性反转，带有多个子线圈结构的线圈能够在该高压接线系统中实现子线圈之间的串并联连接方式的转换。
16.本发明中所述装置的有益效果是：1）该高压接线系统能够实现使用使用同轴电缆进行电流传输的脉冲功率电源系统与只具有电流一进一出端口的18个线圈的可靠连接；2）该高压接线系统能够保证同轴电缆在传输脉冲大电流时同轴电缆对脉冲大电流的耐受能力，防止脉冲大电流对同轴电缆的冲击损坏；3）该高压接线系统在连接真空舱外脉冲功率电源和真空舱内18个线圈时能够能够满足各自线圈的在真空舱内部的位置分布以及运动特点；4）该高压接线系统能够根据物理实验需求，实现线圈激励电流的极性反转以及实现带有多个子线圈结构的线圈中所有子线圈串并联连接方式的转换。
附图说明
17.图1为一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统与一套脉冲功率电源和对应带有子线圈结构线圈的连接示意图；图2为一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统中汇流盘的结构以及在所有子线圈全并联时的内部连接示意图；图3为汇流盘在具有两个子线圈全串联情况下的内部连接示意图；图4为一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统中转接器的结构以及与子线圈的连接示意图；图5为crdⅰ电源与对应线圈的连接示意图；图6为crdⅱ电源与对应负载的连接示意图。
18.上述附图中n、m、x和y为正整数，表示该高压接线系统的连接方式可以适用于除了crdⅰ电源和crdⅱ电源外的所有其他电源。
19.图中附图标记有：1、汇流盘，2、过渡电缆，3、转接器，4、输入外芯汇流板，5、输入内芯汇流板，6、外芯连接片，7、内芯连接片，8、输出内芯汇流板，9、输出外芯连接点，10、输出外芯汇流板，11、输出内芯连接点，12、外芯汇流板，13、内芯汇流板，14、流入端导线，15、流出端导线。
具体实施方式
20.具体实施方式一、参照图1至4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，该高压接线系统包括：汇流盘1、过渡电缆2、转接器3；汇流盘1的一端连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆，输出电缆的数量与模块数量相同，另一端连接过渡电缆2，其作用是分离输出电缆的内外芯，汇聚一套脉冲功率电源中各个模块的输出电流，然后再通过过渡电缆传输和分配给线圈的接线器3，此外在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘1内部通过改变外芯连接片6和内芯连接片7连接输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、输出外芯连接点9、输出内芯连接点11的连接位置来改变各个子线圈串并联方式；过渡电缆2的两端分别连接汇流盘1和转接器3，其作用是根据线圈包含子线圈的数量来分配电流，并且能够为可进行移动的线圈提供线路的缓冲距离，同时通过多根过渡电缆分散总的脉冲大电流，防止流过的脉冲大电流超过电缆的电流耐受能力而损坏电缆。
21.转接器3一端连接过渡电缆2，另一端连接线圈中子线圈的电流一进一出端口，其作用是分离过渡电缆的内外芯，将内芯与子线圈电流流入端连接，外芯与子线圈电流流出端连接，如果需要实现流入子线圈的电流极性翻转，可以将通过转接器3分离后的过渡电缆2的内芯与子线圈电流流出端连接，外芯与子线圈电流流入端连接。
22.所述汇流盘1包括：输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、外芯连接片6、内芯连接片7、输出内芯汇流板8、输出外芯连接点9、输出外芯汇流板10、输出内芯连接点11。
23.输入外芯汇流板4连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的外芯，其作用是将输出电缆中的外芯分离出来，汇聚流入各个模块的电流；输入内芯汇流板5连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的内芯，其作用
是将输出电缆中的内芯分离出来，汇聚各个模块流出的电流；外芯连接片6在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入外芯汇流板4和输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9，实现输出电缆外芯与过渡电缆外芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片6连接位置；内芯连接片7在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入内芯汇流板5和输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11，实现输出电缆内芯与过渡电缆内芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片7连接位置；输出内芯汇流板8连接过渡电缆2的内芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的内芯分离出来，分配给过渡电缆2内芯已经汇聚的各个模块流出的电流；输出外芯连接点9在所有子线圈需要全部并联时用于在输出外芯汇流板10上连接外芯连接片6，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构；输出外芯汇流板10连接过渡电缆2的外芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的外芯分离出来，并将经过过渡电缆已经分散的各子线圈流出的电流重新汇聚，多个子线圈流出的电流通过多个输出外芯汇流板10经外芯连接片6传输到输入外芯汇流板来汇聚流入各个模块的电流；输出内芯连接点11在子线圈需要全部并联时用于在输出内芯汇流板8上连接内芯连接片7，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构。
24.所述转接器3包括：外芯汇流板12、内芯汇流板13、流入端导线14、流出端导线15；外芯汇流板12连接过渡电缆2的外芯，用于分离过渡电缆2的外芯，并将子线圈的流出电流经多根过渡电缆2分散传输到汇流盘1；内芯汇流板13连接过渡电缆2的内芯，用于分离过渡电缆2的内芯，并汇聚多个过渡电缆2中内芯的电流传输给子线圈的电流流入端；流入端导线14用于连接子线圈电流流入端与内芯汇流板13，实现子线圈与过渡电缆的连接；流出端导线15用于连接子线圈电流流出端与外芯汇流板12，实现子线圈与过渡电缆的连接。
25.具体实施方式二、所述汇流盘1和转接器3中上述提到的组成部分均为金属导体，其余未提到的骨架部分、外壳部分均为绝缘材料，从而保证整个高压接线系统的绝缘性。
26.具体实施方式三、所述汇流盘1中的一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10构成一组输出汇流模块，输出汇流模块的数量与转接器的数量取决于线圈包含子线圈的数量，且输出汇流模块的数量与转接器的数量以及子线圈的数量相同，此时在流过子线圈的电流极性不变的情况下，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流入端和电流流出端，当流过子线圈的电流极性需要反转时，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流出端和电流流入端。
27.具体实施方式四、所述汇流盘1在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘1内部通过改变外芯连接片6和内芯连接片7连接输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、输出外芯连接
点9、输出内芯连接点11的连接位置来改变各个子线圈串并联方式，例如当所有子线圈需要并联时，所有输出汇流模块中位于输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5连接，所有输出汇流模块中位于输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4连接。当所有子线圈需要串联时，在所有子线圈已经并联的条件下，保留其中一组输出汇流模块中输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5的连接，以及其中另一组输出汇流模块中输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4的连接，上述两组输出汇流模块中剩下的输出外芯连接点9和输出内芯连接点11与其余剩下的输出汇流模块中的输出外芯连接点9和输出内芯连接点11分别交叉连接，即一组输出汇流模块中的输出外芯连接点9与邻近一组输出汇流模块中的输出内芯连接点11连接。所有子线圈的其他串并联连接方式按照上述思路进行操作。
28.具体实施方式五、所述过渡电缆2的数量根据脉冲功率电源输出的总电流及其所连接线圈包含子线圈的数量来决定，并且一套高压接线器系统中连接到转接器3上的同轴电缆的数量相同，从而保证传输到每个子线圈的电流相同。根据需求，pf电源的过渡电缆数量为8，tf电源的过渡电缆数量为4，ck电源的过渡电缆的数量为8，ojc电源的过渡电缆数量为4，cjc电源的过渡电缆数量为4，特殊地，由于crdⅰ电源只有两根输出电缆，crdⅱ电源的5个模块并联后由一条同轴电缆作为输出电流路径，所以这两种电源采用输出电缆直接与转接器3连接的方式；具体实施方式六、所述转接器3安装在真空舱壁上，作为真空舱外脉冲功率电源与真空舱内线圈连接桥梁，并且起到绝缘和密封的作用。转接器3上可以连接多根过渡电缆2，最多可以连接4根，转接器的数量与子线圈的数量相同，当单套脉冲功率电源所连接的线圈不含有子线圈时，在该套高压接线器系统中的转接器3为一个。
29.如图1所示，本实施例所涉及的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，该高压接线系统包括汇流盘1、过渡电缆2、转接器3；汇流盘1的一端连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆，输出电缆的数量与模块数量相同，另一端连接过渡电缆2，其作用是分离输出电缆的内外芯，汇聚一套脉冲功率电源中各个模块的输出电流，然后再通过过渡电缆传输和分配给线圈的接线器3，此外在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘1内部通过改变外芯连接片6和内芯连接片7连接输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、输出外芯连接点9、输出内芯连接点11的连接位置来改变各个子线圈串并联方式；过渡电缆2的两端分别连接汇流盘1和转接器3，其作用是根据线圈包含子线圈的数量来分配电流，并且能够为可进行移动的线圈提供线路的缓冲距离，同时通过多根过渡电缆分散总的脉冲大电流，防止流过的脉冲大电流超过电缆的电流耐受能力而损坏电缆。
30.转接器3一端连接过渡电缆2，另一端连接线圈中子线圈的电流一进一出端口，其作用是分离过渡电缆的内外芯，将内芯与子线圈电流流入端连接，外芯与子线圈电流流出端连接，如果需要实现流入子线圈的电流极性翻转，可以将通过转接器3分离后的过渡电缆2的内芯与子线圈电流流出端连接，外芯与子线圈电流流入端连接。
31.如图2所示，图中为汇流盘1的结构以及在所有子线圈全并联时的内部连接示意图，所述汇流盘1包括：输入外芯汇流板4、输入内芯汇流板5、外芯连接片6、内芯连接片7、输出内芯汇流板8、输出外芯连接点9、输出外芯汇流板10、输出内芯连接点11。
32.输入外芯汇流板4连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的外芯，其作用是将输出电缆中的外芯分离出来，汇聚流入各个模块的电流；输入内芯汇流板5连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的内芯，其作用是将输出电缆中的内芯分离出来，汇聚各个模块流出的电流；外芯连接片6在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入外芯汇流板4和输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9，实现输出电缆外芯与过渡电缆外芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片6连接位置；内芯连接片7在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入内芯汇流板5和输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11，实现输出电缆内芯与过渡电缆内芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变外芯连接片7连接位置；输出内芯汇流板8连接过渡电缆2的内芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的内芯分离出来，分配给过渡电缆2内芯已经汇聚的各个模块流出的电流；输出外芯连接点9在所有子线圈需要全部并联时用于在输出外芯汇流板10上连接外芯连接片6，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构；输出外芯汇流板10连接过渡电缆2的外芯，数量与子线圈的数量相同，其作用是将过渡电缆中的外芯分离出来，并将经过过渡电缆已经分散的各子线圈流出的电流重新汇聚，多个子线圈流出的电流通过多个输出外芯汇流板10经外芯连接片6传输到输入外芯汇流板来汇聚流入各个模块的电流；输出内芯连接点11在子线圈需要全部并联时用于在输出内芯汇流板8上连接内芯连接片7，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，需要改变各个输出内芯连接点11、输出外芯连接点9、内芯连接片7和外芯连接片6之间的连接结构；汇流盘1中的一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10构成一组输出汇流模块，输出汇流模块的数量与转接器的数量取决于线圈包含子线圈的数量，且输出汇流模块的数量与转接器的数量以及子线圈的数量相同，此时在流过子线圈的电流极性不变的情况下，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流入端和电流流出端，当流过子线圈的电流极性需要反转时，一个输出内芯汇流板8和一个输出外芯汇流板10可以视为分别对应一个子线圈的电流流出端和电流流入端；当所有子线圈需要并联时，所有输出汇流模块中位于输出内芯汇流板8上的输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5连接，所有输出汇流模块中位于输出外芯汇流板10上的输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4连接；所述汇流盘1中上述提到的组成部分均为金属导体，其余未提到的骨架部分、外壳部分均为绝缘材料，从而保证整个高压接线系统的绝缘性。
33.如图3所示，图中为当包含子线圈的线圈中包含有两个子线圈时，汇流盘内部连接示意图，该图使用最简单的两个子线圈的情况来说明通过调整汇流盘1内部结构来实现各个子线圈串并联方式的思路。在所有子线圈已经并联的条件下，保留其中一组输出汇流模块中输出内芯连接点11通过内芯连接片7与输入内芯汇流板5的连接，以及其中另一组输出汇流模块中输出外芯连接点9通过外芯连接片6与输入外芯汇流板4的连接，然后使用金属连接片连接上述两组输出汇流模块中剩下的输出外芯连接点9和输出内芯连接点11，从而
两个子线圈由并联连接方式转换为串联连接方式。
34.如图4所示，图中为转接器3的结构以及与子线圈的连接示意图，所述转接器3包括：外芯汇流板12、内芯汇流板13、流入端导线14、流出端导线15；外芯汇流板12连接过渡电缆2的外芯，用于分离过渡电缆2的外芯，并将子线圈的流出电流经多根过渡电缆2分散传输到汇流盘1；内芯汇流板13连接过渡电缆2的内芯，用于分离过渡电缆2的内芯，并汇聚多个过渡电缆2中内芯的电流传输给子线圈的电流流入端；流入端导线14用于连接子线圈电流流入端与内芯汇流板13，实现子线圈与过渡电缆的连接；流出端导线15用于连接子线圈电流流出端与外芯汇流板12，实现子线圈与过渡电缆的连接。
35.所述转接器3安装在真空舱壁上，作为真空舱外脉冲功率电源与真空舱内线圈连接桥梁，并且起到绝缘和密封的作用。转接器3上可以连接多根过渡电缆2，最多可以连接4根，转接器的数量与子线圈的数量相同，当单套脉冲功率电源所连接的线圈不含有子线圈时，在该套高压接线器系统中的转接器3为一个；所述转接器3中上述提到的组成部分均为金属导体，其余未提到的骨架部分、外壳部分均为绝缘材料，从而保证整个高压接线系统的绝缘性。
36.如图5所示，图中为crdⅰ电源与对应线圈的连接示意图，由于crdⅰ电源包含两个模块，每个模块有一条输出电缆，且crdⅰ电源输出的电流较小以及crdⅰ线圈不含有子线圈只由一个线圈构成，所以可以直接将两根输出电缆与转接器连接后再通过转接器与crdⅰ线圈的电流一进一出端连接。
37.如图6所示，图中为crdⅱ电源与对应负载的连接示意图，由于crdⅱ电源的5个模块并联后由一条同轴电缆作为输出电流路径，且crdⅱ电源输出的电流较小以及crdⅱ线圈不含有子线圈只由一个线圈构成，所以可以直接将两根输出电缆与转接器连接后再通过转接器与crdⅱ线圈的电流一进一出端连接。
38.本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情况或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

技术特征：
1.一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于：该高压接线系统包括：汇流盘（1）、过渡电缆（2）和转接器（3）；所述汇流盘（1）的一端同时连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的一端，且所述输出电缆的数量与该套脉冲功率电源中模块数量相同，所述汇流盘（1）的另一端同时连接m根过渡电缆（2）的一端，m为正整数，所述汇流盘（1）的作用是分离输出电缆的内外芯，汇聚一套脉冲功率电源中各个模块的输出电流，然后再通过m根过渡电缆（2）传输和分配给x个线圈的接线器（3），x为正整数，且x小于m，所述汇流盘（1）还用于在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘（1）内部通过改变外芯连接片（6）和内芯连接片（7）连接输入外芯汇流板（4）、输入内芯汇流板（5）、输出外芯连接点（9）、输出内芯连接点（11）的连接位置来改变各个子线圈串并联方式，所述过渡电缆（2）用于根据线圈包含子线圈的数量来分配电流，并且为能够进行移动的线圈提供线路的缓冲距离，同时通过m根过渡电缆（2）分散总的脉冲大电流；所述每个转接器（3）一端分别连接一根过渡电缆（2）的另一端，所述每个转接器（3）的另一端同时连接一个线圈中的子线圈的电流一进一出端口，所述转接器（3）的作用是分离过渡电缆的内外芯，将内芯与子线圈电流流入端连接，外芯与子线圈电流流出端连接，如果需要实现流入子线圈的电流极性翻转，能够将通过转接器（3）分离后的过渡电缆（2）的内芯与该子线圈电流流出端连接，外芯与该子线圈电流流入端连接。2.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，该系统中的汇流盘（1）包括：输入外芯汇流板（4）、输入内芯汇流板（5）、外芯连接片（6）、内芯连接片（7）、输出内芯汇流板（8）、输出外芯连接点（9）、输出外芯汇流板（10）和输出内芯连接点（11）；所述输入外芯汇流板（4）连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的外芯，用于将输出电缆中的外芯分离出来，汇聚流入各个模块的电流；所述输入内芯汇流板（5）连接一套脉冲功率电源中所有模块的输出电缆的内芯，用于将输出电缆中的内芯分离出来，汇聚各个模块流出的电流；所述外芯连接片（6）在所有子线圈需要全部并联时，用于连接所述输入外芯汇流板（4）和所述输出外芯汇流板10）上的输出外芯连接点（9），实现输出电缆外芯与过渡电缆外芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，改变外芯连接片（6）连接位置；所述内芯连接片（7）在所有子线圈需要全部并联时用于连接输入内芯汇流板（5）和输出内芯汇流板（8）上的输出内芯连接点（11），实现输出电缆内芯与过渡电缆内芯的连接，当改变所有子线圈的串并联连接方式时，改变外芯连接片（7）连接位置；所述输出内芯汇流板（8）连接过渡电缆（2）的内芯，数量与子线圈的数量相同，用于将过渡电缆中的内芯分离出来，分配给过渡电缆（2）内芯已经汇聚的各个模块流出的电流；所述输出外芯连接点（9）在所有子线圈需要全部并联时，用于在输出外芯汇流板（10）上连接外芯连接片（6），当改变所有子线圈的串并联连接方式时，改变各个输出内芯连接点（11）、输出外芯连接点（9）、内芯连接片（7）和外芯连接片（6）之间的连接结构；所述输出外芯汇流板（10）连接过渡电缆（2）的外芯，其数量与子线圈的数量相同，其用于将过渡电缆中的外芯分离出来，并将经过过渡电缆已经分散的各子线圈流出的电流重新汇聚，y个子线圈流出的电流通过与之匹配的输出外芯汇流板（10）经外芯连接片（6）传输到
输入外芯汇流板（4）来汇聚流入各个模块的电流；所述输出内芯连接点（11）在子线圈需要全部并联时用于在输出内芯汇流板（8）上连接内芯连接片（7），当改变所有子线圈的串并联连接方式时，改变各个输出内芯连接点（11）、输出外芯连接点（9）、内芯连接片（7）和外芯连接片（6）之间的连接结构。3.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，该系统中的接线器（3）包括：外芯汇流板（12）、内芯汇流板（13）、流入端导线（14）和流出端导线（15）；所述外芯汇流板（12）连接过渡电缆（2）的外芯，用于分离该过渡电缆（2）的外芯，并将子线圈的流出电流经多根过渡电缆（2）分散传输到汇流盘（1）；所述内芯汇流板（13）连接过渡电缆（2）的内芯，用于分离该过渡电缆（2）的内芯，并汇聚x个过渡电缆（2）中内芯的电流传输给子线圈的电流流入端；所述流入端导线（14）用于连接子线圈电流流入端与内芯汇流板（13），实现子线圈与对应过渡电缆（2）的连接；所述流出端导线（15）用于连接子线圈电流流出端与外芯汇流板（12），实现子线圈与过渡电缆的连接。4.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，所述汇流盘（1）和转接器（3）中上述提到的组成部分均为金属导体，其余未提到的骨架部分、外壳部分均为绝缘材料。5.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，所述汇流盘（1）中的一个输出内芯汇流板（8）和一个输出外芯汇流板（10）构成一组输出汇流模块，输出汇流模块的数量与转接器的数量取决于线圈包含子线圈的数量，且输出汇流模块的数量与转接器的数量以及子线圈的数量相同，此时在流过子线圈的电流极性不变的情况下，一个输出内芯汇流板（8）和一个输出外芯汇流板（10）视为分别对应一个子线圈的电流流入端和电流流出端，当流过子线圈的电流极性需要反转时，一个输出内芯汇流板（8）和一个输出外芯汇流板（10）视为分别对应一个子线圈的电流流出端和电流流入端。6.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，所述汇流盘（1）还用于在连接具有子线圈的线圈时，在汇流盘（1）内部通过改变外芯连接片（6）和内芯连接片（7）连接输入外芯汇流板（4）、输入内芯汇流板（5）、输出外芯连接点（9）、输出内芯连接点（11）的连接位置来改变各个子线圈串并联方式，例如当所有子线圈需要并联时，所有输出汇流模块中位于输出内芯汇流板（8）上的输出内芯连接点（11）通过内芯连接片（7）与输入内芯汇流板（5）连接，所有输出汇流模块中位于输出外芯汇流板（10）上的输出外芯连接点（9）通过外芯连接片（6）与输入外芯汇流板（4）连接，当所有子线圈需要串联时，在所有子线圈已经并联的条件下，保留其中一组输出汇流模块中输出内芯连接点（11）通过内芯连接片（7）与输入内芯汇流板（5）的连接，以及其中另一组输出汇流模块中输出外芯连接点（9）通过外芯连接片（6）与输入外芯汇流板（4）的连接，上述两组输出汇流模块中剩下的输出外芯连接点（9）和输出内芯连接点（11）与其余剩下的输出汇流模块中的输出外芯连接点（9）和输出内芯连接点（11）分别交叉连接，即一组输出汇流模块中的输出外芯连接点（9）与邻近一组输出汇流模块中的输出内芯连接点（11）连接，所有子线圈
的其他串并联连接方式按照上述方式进行。7.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，所述过渡电缆（2）的数量根据脉冲功率电源输出的总电流及其所连接线圈包含子线圈的数量来决定，并且一套高压接线器系统中连接到转接器（3）上的同轴电缆的数量相同。8.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，所述转接器（3）安装在真空舱壁上，作为真空舱外脉冲功率电源与真空舱内线圈连接桥梁，并且起到绝缘和密封的作用，转接器（3）上可以连接多根过渡电缆（2），最多能够连接4根，转接器的数量与子线圈的数量相同，当单套脉冲功率电源所连接的线圈不含有子线圈时，在该套高压接线器系统中的转接器（3）为一个。9.根据权利要求1所述的一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，其特征在于，对于crdⅰ电源和crdⅱ电源，采用输出电缆直接与转接器（3）连接的方式连接。

技术总结
一种用于多个不同负载的脉冲功率电源高压接线系统，属于脉冲功率电源电能传输技术领域。它包括汇流盘、过渡电缆、转接器；汇流盘包括输入外芯汇流板、输入内芯汇流板、外芯连接片、内芯连接片、输出内芯汇流板、输出外芯连接点、输出外芯汇流板、输出内芯连接点，其作用是汇聚一套脉冲功率电源中各模块的输出电流传输给对应线圈，并分离输出电缆内外芯，还可以改变各子线圈串并联方式；过渡电缆用于分配和分散总电流，为可移动线圈提供缓冲距离；转接器包括：外芯汇流板、内芯汇流板、流入端导线、流出端导线，其用来分离过渡电缆内外芯并与线圈连接，改变流入线圈电流的极性。使用该高压接线系统可实现脉冲功率电源系统与18个线圈的可靠连接。的可靠连接。的可靠连接。


技术研发人员：鄂鹏 关键 马勋 李洪涛 邓维军 丁明军 康传会 朱光亮 李松杰 肖金水 赵娟 李立毅
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/5/25