CN112670077B - 一种用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置，包括：绕制支架(2)、绕制支架螺杆(1)、绕制环氧挡板(5)、固化夹具杆(3)、固化夹具短杆(6)、上曲面夹具(4)、下曲面夹具(8)、线圈骨架(10)和辅助线圈骨架(11)。在绕线阶段，线圈骨架和辅助线圈骨架组合形成“橄榄球形”绕线曲面，并与绕制环氧挡板共同形成嵌线空间；绕线完成后，利用上曲面夹具和固化夹具杆对线圈两个短边侧进行固定，去除辅助线圈骨架，利用固化环氧挡板、下曲面夹具、固化夹具杆和固化夹具短杆对线圈下侧部分重新塑形，完成固化。本发明解决了施加预紧力时超导线无法贴合在内凹表面导致线圈难以成型的问题，装置操作方便，线圈成型效果好。

Description

一种用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置

技术领域

本发明涉及一种超导线圈用绕制装置。

背景技术

基于迈斯纳效应的低温超导磁悬浮技术可以实现无接触支承，在悬浮体高速旋转时不存在机械摩擦力，因此可以使悬浮体保持长时间稳定高速旋转，这使得其在超低温精密超导仪器领域具有特殊优势和良好的应用前景。为了实现可靠稳定悬浮并方便支承结构的设计，悬浮体通常被设计为球体。在悬浮球体处于高速旋转状态时，需要对其周向施加一定刚度，以防止在外界干扰力的作用下高速旋转的悬浮球体与支承结构发生碰撞而对系统产生不可恢复的损伤。

为了适应悬浮球体周向布局的磁场作用力特性和几何特点，需要设计加工含内凹面的双弧形超导线圈。由于超导线具有较强的韧性，为了保证精确度并方便线圈成型，绕制的时候必须施加预紧力。目前常规的超导线圈绕制装置主要针对螺线管或类似螺线管结构的线圈，也有一些针对矩形线圈或跑道型线圈的绕制装置，这些类型的线圈骨架均为向外凸起表面或者平整表面，当施加预紧力时，超导线会自然贴合在骨架表面。但是对于含内凹面的超导线圈，当施加预紧力时，超导线无法自然贴合在内凹面表面，导致超导线无法按照设计的骨架形状成型，所以现有装置和绕线方法无法用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种适用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置。本发明可以解决现有装置无法用于含内凹面双弧形超导线圈绕制的问题。

本发明用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置，主要包括绕制支架、绕制支架螺杆、绕制环氧挡板、固化夹具杆、固化夹具短杆、上曲面夹具、下曲面夹具、固化环氧挡板、线圈骨架和辅助线圈骨架。

所述线圈骨架呈弧形，其两个长边侧的左中右位置处各有三个梯形豁口，左右两个豁口为倒梯形，在骨架下边线处有开口，中间豁口为正梯形，在骨架上边线处有开口；线圈骨架两侧各开有一个圆形通孔。

所述辅助线圈骨架两短边侧有圆弧形内凹表面。

所述绕制环氧挡板为对称中空结构，呈“橄榄球形”，其中一侧左边部分加工有进出线槽，槽边线与绕制环氧挡板边线夹角为15°，槽底部呈斜坡形，坡度为14°，绕制环氧挡板中间位置上部有半圆形槽，中间位置下部有梯形凸起。

所述绕制支架两边开有圆形通孔和倒梯形豁口，圆形通孔位于倒梯形豁口的外侧。

所述上曲面夹具为圆弧形，左中右位置各开有一个弧形槽。

所述下曲面夹具为圆弧形，中间位置开有一个弧形槽。

所述固化环氧挡板为圆弧形，上侧有两个倒梯形凸起。

所述固化夹具杆两端开有圆形通孔。

所述固化夹具短杆中间呈圆环形中空结构。

本发明装置绕制含内凹面双弧形超导线圈的工作过程分为绕线和固化两个阶段，在绕线和固化两个阶段，装置的结构不同。

绕线阶段需要使用辅助线圈骨架。辅助线圈骨架位于线圈骨架的下侧，线圈骨架两个短边侧圆弧形凸起部分和辅助线圈骨架两个短边侧圆弧形凹陷部分为同轴配合，形成连续的“橄榄球形”绕线曲面。两个绕制环氧挡板分别位于“橄榄球形”绕线曲面长边的两侧，与“橄榄球形”绕线曲面形成超导线的嵌线空间。两个绕制支架分别位于绕制环氧挡板的外侧，绕制支架两侧的通孔与线圈骨架两侧的通孔为同轴配合。两个绕制支架螺杆依次穿过绕制支架两侧的通孔、绕制环氧挡板的中空结构和线圈骨架两侧的通孔，通过四个螺母对绕制支架、绕制环氧挡板、线圈骨架和辅助线圈骨架形成的组合结构进行固定。绕制支架的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上。

固化阶段去除辅助线圈骨架，两个固化环氧挡板分别位于线圈骨架两个长边侧的下部，并通过两个倒梯形凸起和线圈骨架左右两个倒梯形豁口相配合。下曲面夹具位于重新塑形后的线圈的下部和两个固化环氧挡板之间。上曲面夹具位于线圈的上侧和两个绕制环氧挡板之间。三个固化夹具杆分别位于上曲面夹具上部的左边、中间和右边位置，并与上曲面夹具的三个弧形沟槽为同轴配合。一个固化夹具杆位于下曲面夹具下部的中间位置，并与下曲面夹具中间的弧形沟槽为同轴配合。两个固化夹具短杆分别位于两个绕制支架的外侧，绕制支架的长杆部分穿过固化夹具短杆的中空结构。两个固化夹具短杆通过螺钉分别把中间两个固化夹具杆的两侧连接起来，形成约束。

利用本发明的绕制装置绕制含内凹面的双弧形超导线圈的步骤如下：

(1)绕线阶段：先由线圈骨架和辅助线圈骨架组合形成一个“橄榄球形”绕线曲面，再由两个绕制环氧挡板、两个绕制支架和两个绕制支架螺杆在该绕线曲面组合长边两侧进行约束固定，形成超导线的嵌线空间；将绕制支架的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上，利用绕线机按照常规的绕线方法绕制；每绕完一层后在线圈表面均匀涂抹环氧树脂，接着再绕下一层，直至绕完设计的绕线层数。

(2)固化阶段：在绕线阶段制成的“橄榄球形”线圈表面均匀涂抹环氧树脂，并铺上一层玻璃丝布；利用上曲面夹具和两个固化夹具杆分别对线圈上部和两侧短边进行固定，防止线圈散开；再去除辅助线圈骨架，利用固化环氧挡板、下曲面夹具、固化夹具短杆对线圈下侧部分重新塑形。重新塑形时，先在线圈骨架两侧加上固化环氧挡板，接着利用下曲面夹具使线圈的下部贴合在线圈骨架下侧内凹表面，然后用固化夹具短杆对上曲面夹具和下曲面夹具加力固定，使线圈下部和线圈骨架下侧内凹表面更加紧密贴合；最后利用绕线机对重新塑形后的线圈进行旋转，完成固化成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于含内凹面的双弧形超导线圈的绕制装置解决了施加预紧力时超导线无法贴合在内凹表面，导致超导线圈无法按照设计的骨架形状成型的难题。本发明绕线装置操作方便，线圈成型效果好，实用性强。本发明对于其他含内凹面的异形超导线圈的绕制也具有一定的参考意义。

附图说明

图1为本发明含内凹面双弧形超导线圈用绕制装置在绕线阶段的结构示意图；

图2为本发明含内凹面双弧形超导线圈用绕制装置在固化阶段的结构示意图；

图3为本发明含内凹面双弧形超导线圈用绕制装置在固化阶段的结构示意图；

图4为本发明中线圈骨架和辅助线圈骨架配合形成“橄榄球形”绕线曲面的结构示意图；

图5为利用本发明绕制完成的含内凹面双弧形超导线圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置包括绕制支架2、绕制支架螺杆1、绕制环氧挡板5、固化夹具杆3、固化夹具短杆6、上曲面夹具4、下曲面夹具8、固化环氧挡板7、线圈骨架10和辅助线圈骨架11。

如图4、图5所示，所述线圈骨架10呈弧形，其两个长边侧的左中右位置处各有三个梯形豁口，左右两个豁口为倒梯形，线圈骨架10下边线处有开口，中间豁口为正梯形，线圈骨架10上边线处有开口；线圈骨架10两侧各开有一个圆形通孔。

如图1所示，所述绕制环氧挡板5为对称中空结构，呈“橄榄球形”，其中一侧左边部分加工有进出线槽，进出线槽的边线与绕制环氧挡板5的边线夹角为15°，进出线槽的槽底部呈斜坡形，坡度为14°，绕制环氧挡板5中间位置上部有半圆形槽，中间位置下部有梯形凸起。

如图1、图2、图3、图4所示，所述辅助线圈骨架11两短边侧有圆弧形内凹表面，绕制支架2两边开有圆形通孔和倒梯形豁口，圆形通孔位于倒梯形豁口的外侧，上曲面夹具4 为圆弧形，左中右位置各开有一个弧形槽；下曲面夹具8为圆弧形，中间位置开有弧形槽；固化环氧挡板7为圆弧形，上侧有两个倒梯形凸起；固化夹具杆3两端开有圆形通孔，固化夹具短杆6为圆环形中空结构。

含内凹面双弧形超导线圈的绕制分为绕线和固化两个阶段，在这两个阶段，装置的结构不同。

如图1、图4所示，在绕线阶段，线圈骨架10两个短边侧圆弧形凸起部分和辅助线圈骨架11两个短边侧圆弧形凹陷部分为同轴配合，形成连续的“橄榄球形”绕线曲面。两个绕制环氧挡板5分别位于“橄榄球形”绕线曲面长边的两侧，与“橄榄球形”绕线曲面共同形成超导线的嵌线空间。两个绕制支架2分别位于两个绕制环氧挡板5的外侧，绕制支架2两侧的通孔与线圈骨架10两侧的通孔为同轴配合。两个绕制支架螺杆1依次通过绕制支架2 两侧通孔、绕制环氧挡板5的中空结构和线圈骨架10两侧通孔，通过四个螺母对绕制支架2、绕制环氧挡板5、线圈骨架10和辅助线圈骨架11形成的组合结构进行固定。绕制支架2的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上。

如图2、图3所示，在固化阶段，去除辅助线圈骨架11。两个固化环氧挡板7分别位于线圈骨架10两个长边侧的下部，并通过两个倒梯形凸起和线圈骨架10左右两个倒梯形豁口相互配合。下曲面夹具8位于重新塑形后的线圈的下部和两个固化环氧挡板7之间。上曲面夹具4位于线圈的上侧和两个绕制环氧挡板5之间。三个固化夹具杆3分别位于上曲面夹具4上部的左边、中间和右边位置，并与上曲面夹具4的三个弧形沟槽为同轴配合。一个固化夹具杆3位于下曲面夹具8下部的中间位置，并与下曲面夹具8中间的弧形沟槽为同轴配合。两个固化夹具短杆6分别位于两个绕制支架2的外侧，绕制支架2的长杆部分穿过固化夹具短杆6的中空结构。两个固化夹具短杆6通过螺钉分别把中间两个固化夹具杆3的两侧连接起来，形成约束。

如图1、图2、图3、图4所示，利用本发明的绕制装置绕制含内凹面双弧形超导线圈的步骤如下：

(1)绕线阶段：先由线圈骨架10和辅助线圈骨架11组合形成一个“橄榄球形”绕线曲面，如图4所示；再由两个绕制环氧挡板5、两个绕制支架2和两个绕制支架螺杆1在该绕线曲面组合长边两侧进行约束固定，形成超导线的嵌线空间；将绕制支架2的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上，利用绕线机按照常规的绕线方法进行绕制；每绕完一层后在线圈表面均匀涂抹环氧树脂，接着再绕下一层，直至绕完设计的绕线层数。

(2)固化阶段：在绕线阶段完成的“橄榄球形”线圈表面均匀涂抹环氧树脂，并铺上一层玻璃丝布；利用上曲面夹具4和两个固化夹具杆3对线圈上部和两侧短边进行固定，防止线圈散开。再去除辅助线圈骨架11，利用固化环氧挡板7、下曲面夹具8、固化夹具短杆 6对线圈下侧部分重新塑形。重新塑形时，先在线圈骨架10两侧加上固化环氧挡板7，接着利用下曲面夹具8使线圈的下部贴合在线圈骨架10下侧内凹表面，接着用固化夹具短杆6 对上曲面夹具4和下曲面夹具8加力固定，使线圈下部和线圈骨架10下侧内凹表面更加紧密贴合；最后利用绕线机对重新塑形后的线圈进行旋转，完成固化成型。

为了保证线圈下部重新塑形后的效果，要控制绕线阶段使用的辅助线圈骨架11凸面长边弧线长度和线圈骨架10下侧内凹表面长边弧线长度严格相等。

Claims (2)

1.一种用于含内凹面双弧形超导线圈的绕制装置，其特征在于：所述的绕制装置包括绕制支架(2)、绕制支架螺杆(1)、绕制环氧挡板(5)、固化夹具杆(3)、固化夹具短杆(6)、上曲面夹具(4)、下曲面夹具(8)、固化环氧挡板(7)、线圈骨架(10)和辅助线圈骨架(11)；

所述线圈骨架(10)呈弧形，其两个长边侧的左中右位置处各有三个梯形豁口，左右两个豁口为倒梯形，在线圈骨架(10)的下边线处有开口；中间豁口为正梯形，在线圈骨架(10)上边线处有开口；线圈骨架(10)的两侧各开有一个圆形通孔；

所述绕制环氧挡板(5)为对称中空结构，呈“橄榄球形”，其中一侧左边部分加工有进出线槽，槽边线与绕制环氧挡板(5)边线的夹角为15°，进出线槽槽底部呈斜坡形，坡度为14°；绕制环氧挡板(5)中间位置上部有半圆形槽，中间位置的下部有梯形凸起；

所述辅助线圈骨架(11)两短边侧有圆弧形内凹表面，绕制支架(2)的两边开有圆形通孔和倒梯形豁口，圆形通孔位于倒梯形豁口的外侧；上曲面夹具(4)为圆弧形，左中右位置各开有一个弧形槽；下曲面夹具(8)为圆弧形，中间位置开有弧形槽；固化环氧挡板(7)为圆弧形，上侧有两个倒梯形凸起；固化夹具杆(3)的两端开有圆形通孔，固化夹具短杆(6)为圆环形中空结构；

含内凹面双弧形超导线圈的绕制分为绕线和固化两个阶段，在这两个阶段，装置的结构不同；

在绕线阶段，辅助线圈骨架(11)位于线圈骨架(10)的下侧，线圈骨架(10)两个短边侧圆弧形凸起部分和辅助线圈骨架(11)两个短边侧圆弧形凹陷部分为同轴配合，形成连续的“橄榄球形”绕线曲面；两个绕制环氧挡板(5)分别位于“橄榄球形”绕线曲面长边的两侧，与“橄榄球形”绕线曲面形成超导线的嵌线空间；两个绕制支架(2)分别位于绕制环氧挡板(5)的外侧，绕制支架(2)两侧的通孔与线圈骨架(10)两侧的通孔为同轴配合；两个绕制支架螺杆(1)依次穿过绕制支架(2)两侧的通孔、绕制环氧挡板(5)的中空结构和线圈骨架(10)两侧的通孔，通过四个螺母对绕制支架(2)、绕制环氧挡板(5)、线圈骨架(10)和辅助线圈骨架(11)形成的组合结构进行固定；绕制支架(2)的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上；

在固化阶段，辅助线圈骨架(11)被去除，两个固化环氧挡板(7)分别位于线圈骨架(10)两个长边侧的下部，并通过两个倒梯形凸起和线圈骨架(10)左右两个倒梯形豁口相互配合；下曲面夹具(8)位于重新塑形后的线圈的下部和两个固化环氧挡板(7)的中间；上曲面夹具(4)位于线圈的上侧和两个绕制环氧挡板(5)的中间；三个固化夹具杆(3)分别位于上曲面夹具(4)上部的左边、中间和右边位置，并与上曲面夹具(4)的三个弧形沟槽为同轴配合；一个固化夹具杆(3)位于下曲面夹具(8)下部的中间位置，并与下曲面夹具(8)中间的弧形沟槽为同轴配合；两个固化夹具短杆(6)分别位于两个绕制支架(2)的外侧，绕制支架(2)的长杆部分穿过固化夹具短杆(6)的中空结构；两个固化夹具短杆(6)通过螺钉分别把中间两个固化夹具杆(3)的两侧连接起来，形成约束。

2.根据权利要求1所述的绕制装置，其特征在于，所述的绕制装置绕制含内凹面双弧形超导线圈的步骤如下：

(1)绕线阶段：先由线圈骨架(10)和辅助线圈骨架(11)组合形成一个“橄榄球形”绕线曲面，再由两个绕制环氧挡板(5)、两个绕制支架(2)和两个绕制支架螺杆(1)在该绕线曲面长边两侧进行约束固定，形成超导线的嵌线空间；将绕制支架(2)的可加持部分固定在常规绕线机的转盘上，利用绕线机按照常规的绕线方法进行绕制；每绕完一层后在线圈表面均匀涂抹环氧树脂，接着再绕下一层，直至绕完设计的绕线层数；

(2)固化阶段：在绕线阶段完成的“橄榄球形”线圈表面均匀涂抹环氧树脂，并铺上一层玻璃丝布；利用上曲面夹具(4)和两个固化夹具杆(3)对线圈上部和两侧短边进行固定，防止线圈散开；再去除辅助线圈骨架(11)，利用固化环氧挡板(7)、下曲面夹具(8)、固化夹具短杆(6)对线圈下侧部分重新塑形；重新塑形时，先在线圈骨架(10)两侧加上固化环氧挡板(7)，接着利用下曲面夹具(8)使线圈的下部贴合在线圈骨架(10)下侧内凹表面，接着用固化夹具短杆(6)对上曲面夹具(4)和下曲面夹具(8)加力固定，使线圈下部和线圈骨架(10)下侧内凹表面更加紧密贴合；最后利用绕线机对重新塑形后的线圈进行旋转，完成固化成型。

Images