CN113178325B - 一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置及方法，其装置包括底板、顶板、内板和外板，底板上设有放置凸轮线圈用的环形台阶面，环形台阶面的外圆处向外延伸有若干个外板定位台阶，内圆处向内延伸有若干个内板定位台阶，内板安装于环形台阶面内侧，外板安装于环形台阶面外侧，内板和外板之间设有顶板，顶板上开设有若干浇筑口，底板、顶板、内板和外板四者之间形成浇筑模腔。其方法是利用底板上的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶为凸轮线圈以及外板、内板提供定位基准，在凸轮线圈放置于环形台阶面上之后，准确快速安装外板和内板，最后安装顶板。本发明定位精度高，安装操作简单，有效提高凸轮线圈浇筑后的尺寸精度和绝缘厚度均匀性。

Description

一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置及方法
技术领域
本发明涉及励磁线圈制作技术领域，特别涉及一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置及方法。
背景技术
励磁线圈是加速器磁铁设备中的重要零部件之一。其中，凸轮线圈通电后产生磁铁的磁轭(材料DT4)所需的励磁安匝数，励磁安匝数NI＝气隙安匝数NIair+铁心安匝数NIcore，磁铁励磁后主要形成四种磁场形态：均匀磁场(二极磁铁)、聚焦磁场(四极磁铁)、消除色散磁场(六极磁铁)及朗道阻尼磁场(八极磁铁)，并分别对应不同形态的励磁线圈。带电粒子经过磁铁物理长度时受一定方向磁场作用力从而实现在给定的中心轨道运动。励磁线圈分为导体和绝缘体两部分。其中导体通常采用无氧铜TU1或者铝材料等，形状分为实心和空心两种；若采用风冷或自然冷却的则为实心导体，而若需要水冷的则形成外方内圆、外圆内方、外方内方等形状的空心导体。绝缘体包括内层的匝间绝缘和外层的对地绝缘，其中线圈匝间绝缘通常采用玻璃纤维和聚酰亚胺胶带组成，而对地绝缘通常采用玻璃纤维和环氧树脂浇筑固化实现。
对于凸轮线圈来说，电绝缘一般采用真空浇筑环氧树脂的方式形成，而在环氧树脂的真空浇筑过程中，浇筑模具(或称定位装置)的作用是保证浇筑后凸轮线圈的绝缘厚度和形状，从而满足电绝缘要求和安装尺寸要求。
磁铁运行的可靠性主要取决于线圈绝缘的可靠性，而浇筑模具的精度及稳定性直接决定了凸轮线圈的绝缘可靠性。通常励磁线圈结构不是常规的规矩形状，因此如何形成均匀厚度的环氧树脂是浇筑工艺中的难点，浇筑模具的尺寸定位精度决定了凸轮线圈浇筑后的尺寸精度和绝缘厚度均匀性。传统的浇筑模具一般是采用将内、外模具通过销钉固定安装，形成放置凸轮线圈的模腔后进行环氧树脂浇筑，但在实际应用过程中，由于浇筑模具安装精度较低，且浇筑过程中容易产生变形，因此加工后的凸轮线圈绝缘性能难以得到有效的保障，这就导致在磁铁线圈的使用过程中常常会出现由于绝缘性能不佳而产生故障、需要更换磁铁线圈的现象发生，在该情况下，设备的故障率难以得到有效控制，其维护成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，该装置定位精度高，安装操作简单，有效保障了环氧浇筑过程的稳定性和精度，从而提高凸轮线圈浇筑后的尺寸精度和绝缘厚度均匀性。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述定位装置实现的凸轮线圈环氧浇筑用的定位方法。
本发明的技术方案为：一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，包括底板、顶板、内板和外板，底板上设有放置凸轮线圈用的环形台阶面，沿环形台阶面的径向，环形台阶面的外圆处向外延伸有若干个外板定位台阶，环形台阶面的内圆处向内延伸有若干个内板定位台阶，内板安装于环形台阶面的内侧，外板安装于环形台阶面的外侧，内板顶部和外板顶部之间设有顶板，顶板上开设有若干浇筑口，底板、顶板、内板和外板四者之间形成浇筑模腔。其中，底板作为整个定位装置的核心部件，高精密度加工的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，可为各相应部件提供较高精度的安装基准，并且可实现各部件的快速安装，避免传统定位装置中大量定位销的使用；内板的设置可确定凸轮线圈的内圆轮廓尺寸，外板的设置可确定凸轮线圈的外圆轮廓尺寸，顶板的设置可确定凸轮线圈的厚度轮廓尺寸。各部件安装后，凸轮线圈位于浇筑模腔中，在浇筑模腔的空间内，通过浇筑口向凸轮线圈浇筑环氧树脂。
所述底板上，外板定位台阶有两个，两个定位台阶上方对应分别为凸轮线圈的出线口。
所述外板有三个，各外板分别呈两端带有外折耳的弧形板材，相邻两个外板的外折耳之间固定连接，其中有两处外折耳连接处对应位于两个外板定位台阶处。在任意两个外折耳的连接处，两个外折耳之间通过螺栓锁紧固定，必要时，还可在两个外折耳的连接处增设辅助密封板，使连接处尽量形成密封结构。
所述底板上，内板定位台阶有两个，内板有两个，各内板分别呈两端带有内折耳的弧形板材，相邻两个内板的内折耳之间在内板定位台阶处固定连接。同样地，在任意两个内折耳的连接处，两个内折耳之间通过螺栓锁紧固定，必要时，还可在两个内折耳的连接处增设辅助密封板，使连接处尽量形成密封结构。
在实际应用时，各内板拼接后的整体内圆轮廓尺寸一般取理论计算值，而各外板拼接后的整体外圆轮廓尺寸实际取值一般比理论计算值大2mm左右，其目的是为了允许凸轮线圈绕制后具有足够的安装间隙。其中，底板上的外板定位台阶对外板和内板定位台阶对内板发挥着不同的作用，每个内板的两端内折耳均由内板定位台阶进行定位，此时内板的三个平动自由度完全被限制，可确保凸轮线圈进行环氧浇筑后的内圆尺寸即为理论计算值；而部分外板只有一端的外折耳被外板定位台阶进行定位，因此允许其在平动自由度内存在一定的自由空间，这样在凸轮线圈绕制后，即使存在少量偏差，也能满足其安装要求。
所述顶板有四个，各顶板呈扇形平板状，四个顶板在浇筑模腔的顶部拼接形成与底板上的环形台阶面对应的环状结构。各顶板安装时，与凸轮线圈出线口对应的位置允许存在一定的安装间隙，使凸轮线圈有足够的安装空间。
所述顶板上方还设有若干辅助固定件，各辅助固定件压紧于顶板上，辅助固定件的两端分别与内板和外板固定连接。各辅助固定件沿顶板的圆周方向均匀分布，各辅助固定件通过可通过螺栓与顶板、内板、外板之间分别固定连接。通过这些辅助固定件，一方面可压紧顶板，另一方面可在径向上将内部和外板之间进行锁紧固定，确保凸轮线圈在环氧浇筑过程中，即使受到浇筑模腔内外压差的作用，也能保持内外轮廓尺寸不变，具有更好的稳定性。
所述外板外侧还分布有若干调节推件，内板内侧也分布有若干调节推件。
所述调节推件包括螺纹配合的固定件和调节螺栓，固定件固定安装于底板上，调节螺栓与固定件中部螺纹连接，调节螺栓的末端与外板外壁或内板内壁相接。该结构中，通过调节螺栓相对于固定件的水平伸缩，可对内板或外板进行微调，使外板、内板更好地贴合在环形台阶面的外侧和内侧，使其安装间隙尽量最小化，另一方面，当内板、外板两侧的调节螺栓处于锁紧状态后，内板和外板处于较为稳定的状态，可形成稳定的浇筑模腔，进一步提高环氧浇筑的稳定性。
所述内板内侧还分布有若干推杆，各推杆沿底板的中心向外连接至内板侧壁上。在实际应用中，这种推杆可采用市面上已有的推杆机构，在环氧浇筑过程中，由于环氧浇筑必须在真空环境下进行，因此在浇筑模腔与外界之间会形成较大的压差，这就容易导致内板发生变形，增设这些推杆之后，利用推杆的作用力，可防止内板由于压差作用而产生变形的现象发生，从而进一步提高环氧浇筑的稳定性。其中，推杆的螺柱一般采用直径为30mm的螺柱，其长度调节范围为±20mm，确保有足够大的锁紧力以调节内板。
本发明通过上述定位装置实现一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位方法，具体为：利用底板上设置的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，为凸轮线圈的放置以及外板、内板的安装提供定位基准，在凸轮线圈放置于环形台阶面上之后，准确快速安装外板和内板，最后安装顶板。该定位方法中，定位装置各组成部件的具体安装过程为：
(1)在底板上组装凸轮线圈，并确保凸轮线圈位于底板的环形台阶面上；
(2)安装内板，利用底板上的内板定位台阶作为安装基准，将内板安装于环形台阶面内侧，然后利用内板内侧的调节推件对内板进行微调，确保内板贴紧于环形台阶面内侧，锁紧调节推件，然后将各相邻内板的内折耳进行锁紧固定；
(3)安装外板，利用底板上的外板定位台阶作为安装基准，将外板安装于环形台阶面外侧，然后利用外板外侧的调节推杆对外板进行微调，确保外板贴紧于环形台阶面外侧，锁紧调节推件，然后将各相邻外板的外折耳进行锁紧固定，确保相邻两个外板之间的间隙尽量小；
(4)在顶板上安装辅助固定件；
(5)在外板和内板的顶部上设置顶板，并将顶板上的辅助固定件两端分别锁紧固定于内板和外板上；
(6)在定位装置各组成部件之间的间隙填充密封胶(主要用于防止环氧浇筑过程中环氧树脂渗漏)，使定位装置上形成密封的浇筑模腔。
上述定位装置及定位方法使用时，其原理是：以底板作为整个定位装置的安装基础，通过在底板上加工高精度的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，将其作为凸轮线圈、外板和内板的安装基准，可代替传统定位装置中的定位销使用，一方面可实现各部件的快速安装，简化安装操作程序，另一方面其定位精度更高；其中，内板的设置可确定凸轮线圈的内圆轮廓尺寸，外板的设置可确定凸轮线圈的外圆轮廓尺寸，顶板的设置可确定凸轮线圈的厚度轮廓尺寸；在各部件安装完成后，凸轮线圈位于浇筑模腔中，在浇筑模腔的空间内，通过浇筑口向凸轮线圈浇筑环氧树脂。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本定位装置及定位方法通过在底板上设置高精度的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，将其作为凸轮线圈、外板和内板的安装基准，可代替传统定位装置中的定位销使用，一方面可实现各部件的快速安装，简化安装操作程序，另一方面其定位精度更高，有效保障了环氧浇筑过程的稳定性和高精度，从而提高凸轮线圈浇筑后的尺寸精度和绝缘厚度均匀性。
本定位装置中，在浇筑模腔顶部沿其圆周方向分布有若干辅助固定件，这些辅助固定件的设置，一方面可压紧顶板，另一方面可在径向上将内部和外板之间进行锁紧固定，确保凸轮线圈在环氧浇筑过程中，即使受到浇筑模腔内外压差的作用，也能保持内外轮廓尺寸不变，具有更好的稳定性。
本定位装置中，在内板内侧和外板外侧还分别分布有若干调节推件，在内板和外板安装时，可通过这些调节推件对内板或外板进行微调，使外板、内板更好地贴合在环形台阶面的外侧和内侧，使其安装间隙尽量最小化，另一方面，当内板、外板两侧的调节推件处于锁紧状态后，内板和外板处于较为稳定的状态，可形成稳定的浇筑模腔，进一步提高环氧浇筑的稳定性。
本定位装置中，在内板内侧还分布有若干推杆，增设这些推杆之后，利用推杆的作用力，可防止内板由于压差作用而产生变形的现象发生，从而进一步提高环氧浇筑的稳定性。
附图说明
图1为本凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置的结构示意图。
图2为图1所示定位装置的俯视图。
图3为底板的结构示意图。
图4为底板上设置凸轮线圈以及部分内板、外板后的结构示意图。
上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为底板，1-1为环形台阶面，1-2为外板定位台阶，1-3为内板定位台阶，2为顶板，2-1为浇筑口，3为内板，3-1为内折耳，4为外板，4-1为外折耳，5为凸轮线圈，6为出线口，7为辅助固定件，8为调节推件，8-1为固定件，8-2为调节螺栓，9为推杆。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，如图1或图2所示，包括底板1、顶板2、内板3和外板4，如图3所示，底板上设有放置凸轮线圈5用的环形台阶面1-1，沿环形台阶面的径向，环形台阶面的外圆处向外延伸有若干个外板定位台阶1-2，环形台阶面的内圆处向内延伸有若干个内板定位台阶1-3，内板安装于环形台阶面的内侧，外板安装于环形台阶面的外侧，内板顶部和外板顶部之间设有顶板，顶板上开设有若干浇筑口2-1，底板、顶板、内板和外板四者之间形成浇筑模腔。其中，底板作为整个定位装置的核心部件，高精密度加工的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，可为各相应部件提供较高精度的安装基准，并且可实现各部件的快速安装，避免传统定位装置中大量定位销的使用；内板的设置可确定凸轮线圈的内圆轮廓尺寸，外板的设置可确定凸轮线圈的外圆轮廓尺寸，顶板的设置可确定凸轮线圈的厚度轮廓尺寸。各部件安装后，凸轮线圈位于浇筑模腔中，在浇筑模腔的空间内，通过浇筑口向凸轮线圈浇筑环氧树脂。
本实施例作为一种优选方案，如图3所示，底板上的外板定位台阶有两个，两个定位台阶上方对应分别为凸轮线圈的出线口。但外板有三个，如图4所示，各外板分别呈两端带有外折耳4-1的弧形板材，相邻两个外板的外折耳之间固定连接，其中有两处外折耳连接处对应位于两个外板定位台阶处。在任意两个外折耳的连接处，两个外折耳之间通过螺栓锁紧固定，必要时，还可在两个外折耳的连接处增设辅助密封板，使连接处尽量形成密封结构。如图3所示，底板上的内板定位台阶有两个，内板也有两个，如图4所示，各内板分别呈两端带有内折耳3-1的弧形板材，相邻两个内板的内折耳之间在内板定位台阶处固定连接。同样地，在任意两个内折耳的连接处，两个内折耳之间通过螺栓锁紧固定，必要时，还可在两个内折耳的连接处增设辅助密封板，使连接处尽量形成密封结构。在实际应用时，各内板拼接后的整体内圆轮廓尺寸一般取理论计算值，而各外板拼接后的整体外圆轮廓尺寸实际取值一般比理论计算值大2mm左右，其目的是为了允许凸轮线圈绕制后具有足够的安装间隙。其中，底板上的外板定位台阶对外板和内板定位台阶对内板发挥着不同的作用，每个内板的两端内折耳均由内板定位台阶进行定位，此时内板的三个平动自由度完全被限制，可确保凸轮线圈进行环氧浇筑后的内圆尺寸即为理论计算值；而部分外板只有一端的外折耳被外板定位台阶进行定位，因此允许其在平动自由度内存在一定的自由空间，这样在凸轮线圈绕制后，即使存在少量偏差，也能满足其安装要求。
顶板有四个，各顶板呈扇形平板状，四个顶板在浇筑模腔的顶部拼接形成与底板上的环形台阶面对应的环状结构。各顶板安装时，与凸轮线圈的出线口6对应的位置允许存在一定的安装间隙，使凸轮线圈有足够的安装空间。
如图1或图2所示，顶板上方还设有若干辅助固定件7，各辅助固定件压紧于顶板上，辅助固定件的两端分别与内板和外板固定连接。各辅助固定件沿顶板的圆周方向均匀分布，各辅助固定件通过可通过螺栓与顶板、内板、外板之间分别固定连接。通过这些辅助固定件，一方面可压紧顶板，另一方面可在径向上将内部和外板之间进行锁紧固定，确保凸轮线圈在环氧浇筑过程中，即使受到浇筑模腔内外压差的作用，也能保持内外轮廓尺寸不变，具有更好的稳定性。
外板外侧还分布有若干调节推件8，内板内侧也分布有若干调节推件8。调节推件包括螺纹配合的固定件8-1和调节螺栓8-2，固定件固定安装于底板上，调节螺栓与固定件中部螺纹连接，调节螺栓的末端与外板外壁或内板内壁相接。该结构中，通过调节螺栓相对于固定件的水平伸缩，可对内板或外板进行微调，使外板、内板更好地贴合在环形台阶面的外侧和内侧，使其安装间隙尽量最小化，另一方面，当内板、外板两侧的调节螺栓处于锁紧状态后，内板和外板处于较为稳定的状态，可形成稳定的浇筑模腔，进一步提高环氧浇筑的稳定性。
内板内侧还分布有若干推杆9，各推杆沿底板的中心向外连接至内板侧壁上。在实际应用中，这种推杆可采用市面上已有的推杆机构，在环氧浇筑过程中，由于环氧浇筑必须在真空环境下进行，因此在浇筑模腔与外界之间会形成较大的压差，这就容易导致内板发生变形，增设这些推杆之后，利用推杆的作用力，可防止内板由于压差作用而产生变形的现象发生，从而进一步提高环氧浇筑的稳定性。其中，推杆的螺柱一般采用直径为30mm的螺柱，其长度调节范围为±20mm，确保有足够大的锁紧力以调节内板。
上述定位装置使用时，其原理是：以底板作为整个定位装置的安装基础，通过在底板上加工高精度的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，将其作为凸轮线圈、外板和内板的安装基准，可代替传统定位装置中的定位销使用，一方面可实现各部件的快速安装，简化安装操作程序，另一方面其定位精度更高；其中，内板的设置可确定凸轮线圈的内圆轮廓尺寸，外板的设置可确定凸轮线圈的外圆轮廓尺寸，顶板的设置可确定凸轮线圈的厚度轮廓尺寸；在各部件安装完成后，凸轮线圈位于浇筑模腔中，在浇筑模腔的空间内，通过浇筑口向凸轮线圈浇筑环氧树脂。
实施例2
本实施例一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位方法，通过实施例1所述定位装置实现，具体为：利用底板上设置的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，为凸轮线圈的放置以及外板、内板的安装提供定位基准，在凸轮线圈放置于环形台阶面上之后，准确快速安装外板和内板，最后安装顶板。该定位方法中，定位装置各组成部件的具体安装过程为：
(1)在底板上组装凸轮线圈，并确保凸轮线圈位于底板的环形台阶面上；
(2)安装内板，利用底板上的内板定位台阶作为安装基准，将内板安装于环形台阶面内侧，然后利用内板内侧的调节推件对内板进行微调，确保内板贴紧于环形台阶面内侧，锁紧调节推件，然后将各相邻内板的内折耳进行锁紧固定；
(3)安装外板，利用底板上的外板定位台阶作为安装基准，将外板安装于环形台阶面外侧，然后利用外板外侧的调节推杆对外板进行微调，确保外板贴紧于环形台阶面外侧，锁紧调节推件，然后将各相邻外板的外折耳进行锁紧固定，确保相邻两个外板之间的间隙尽量小；
(4)在顶板上安装辅助固定件；
(5)在外板和内板的顶部上设置顶板，并将顶板上的辅助固定件两端分别锁紧固定于内板和外板上；
(6)在定位装置各组成部件之间的间隙填充密封胶(主要用于防止环氧浇筑过程中环氧树脂渗漏)，使定位装置上形成密封的浇筑模腔。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，包括底板、顶板、内板和外板，底板上设有放置凸轮线圈用的环形台阶面，沿环形台阶面的径向，环形台阶面的外圆处向外延伸有若干个外板定位台阶，环形台阶面的内圆处向内延伸有若干个内板定位台阶，内板安装于环形台阶面的内侧，外板安装于环形台阶面的外侧，内板顶部和外板顶部之间设有顶板，顶板上开设有若干浇筑口，底板、顶板、内板和外板四者之间形成浇筑模腔；
所述底板上，内板定位台阶有两个，内板有两个，各内板分别呈两端带有内折耳的弧形板材，相邻两个内板的内折耳之间在内板定位台阶处固定连接。
2.根据权利要求1所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述底板上，外板定位台阶有两个，两个定位台阶上方对应分别为凸轮线圈的出线口。
3.根据权利要求2所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述外板有三个，各外板分别呈两端带有外折耳的弧形板材，相邻两个外板的外折耳之间固定连接，其中有两处外折耳连接处对应位于两个外板定位台阶处。
4.根据权利要求1所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述顶板有四个，各顶板呈扇形平板状，四个顶板在浇筑模腔的顶部拼接形成与底板上的环形台阶面对应的环状结构。
5.根据权利要求1所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述顶板上方还设有若干辅助固定件，各辅助固定件压紧于顶板上，辅助固定件的两端分别与内板和外板固定连接。
6.根据权利要求1所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述外板外侧还分布有若干调节推件，内板内侧也分布有若干调节推件。
7.根据权利要求6所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述调节推件包括螺纹配合的固定件和调节螺栓，固定件固定安装于底板上，调节螺栓与固定件中部螺纹连接，调节螺栓的末端与外板外壁或内板内壁相接。
8.根据权利要求1所述一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位装置，其特征在于，所述内板内侧还分布有若干推杆，各推杆沿底板的中心向外连接至内板侧壁上。
9.根据权利要求1～8任一项所述定位装置实现一种凸轮线圈环氧浇筑用的定位方法，其特征在于，利用底板上设置的环形台阶面、外板定位台阶和内板定位台阶，为凸轮线圈的放置以及外板、内板的安装提供定位基准，在凸轮线圈放置于环形台阶面上之后，准确快速安装外板和内板，最后安装顶板。
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