CN113241249B - 无绝缘线圈绕制的方法及无绝缘线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无绝缘线圈绕制的方法及无绝缘线圈，包括：根据超导带材和所需绕制的无绝缘线圈的大小，计算绕制的总匝数；用超导带材逐匝绕制无绝缘线圈并通过接头连接下一条超导带材的端部，在绕制的无绝缘线圈向一侧翘起的高度超过第一预设值时，通过接头连接下一条超导带材，所述下一条超导带材厚度较大的一侧位于翘起侧的另一侧，直至满足所述总匝数。通过本发明可以利用具有一定厚度差封装带材绕制无绝缘线圈，从而降低了制备无绝缘线圈时对带材厚度差的严格要求，具有较高的应用价值和市场前景。

Description

无绝缘线圈绕制的方法及无绝缘线圈
技术领域
本发明涉及超导技术领域，具体地，涉及一种无绝缘线圈绕制的方法及无绝缘线圈。
背景技术
CN201710298939.4《包封的非绝缘超导线圈及其包封方法》中，可以看到，根据导线是否绝缘，线圈分为有绝缘线圈和无绝缘线圈两种。无绝缘线圈取缔了线圈匝间绝缘，即制备线圈的超导带材表面不喷涂绝缘物质，匝与匝之间直接金属接触。。这种匝间无绝缘的超导线圈避免了绝缘超导磁体伴有的失超现象给磁体带来的潜在危害，当发生失超的时候,电流可以通过匝间金属接触自动绕过失超区域,从而大幅降低失超点产生的热量对超导带材的影响,有效抑制失超的进一步发展。相比于传统绝缘线圈,无绝缘超导线圈具有更高的电热稳定性、更好的自我保护能力,成为当前国际高温超导应用研究的一个热点。
在无绝缘线圈的绕制过程中遇到如下问题：CN 20190950201.0《适用于无绝缘线圈的超导带材、无绝缘线圈及其制备方法》中。对于封装带材的无绝缘线圈绕制出现了更多更为复杂的问题。
实际的超导带材生产工艺中，很难避免带材宽度方向上两侧存在厚度差。通常封装后的带材两端的厚度差在10-30um。带材的厚度总厚度是180um-380um。通常这样的10％厚度差，对于超导带材本身而言并没有产生任何问题，但是当带材卷绕使用时，厚度差不断叠加就会导致卷绕成品出现问题。
厚度差来源如图所示：1、分切带材时造成的钩子形状，经过封装后进行了放大，如图1所示。2、带材制备超导层时经过800℃加温后，基带受到拉伸加热，产生了应力变形，经过封装后进行了放大，如图2所示。例如，带材的宽度是4.8mm。20um的厚度差绕线圈绕100匝，就会累积出2mm。此时线圈就会出现垮塌甚至被损坏，如图3、图4所示。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无绝缘线圈绕制的方法及无绝缘线圈。
根据本发明提供的一种无绝缘线圈绕制的方法，包括：
根据超导带材和所需绕制的无绝缘线圈的大小，计算绕制的总匝数；
用超导带材逐匝绕制无绝缘线圈并通过接头连接下一条超导带材的端部，在绕制的无绝缘线圈向一侧翘起的高度超过第一预设值时，通过接头连接下一条超导带材，所述下一条超导带材厚度较大的一侧位于翘起侧的另一侧，直至满足所述总匝数。
优选地，在逐匝绕制无绝缘线圈时，控制绕制时的张力随匝数的增加而逐渐递减；
在绕制接头所在匝时，控制绕制时的张力增加第二预设值，然后继续逐渐递减。
优选地，所述第二预设值包括30N。
优选地，所述无绝缘线圈包括跑道型线圈，所有所述接头的位置全部位于所述跑道型线圈的直线处，或者全部位于所述跑道型线圈的弯道处。
优选地，还包括对所有超导带材进行匹配电流，并在超导带材的端部制作所述接头。
优选地，还包括对绕制得到的无绝缘线圈进行静置预设时间后进行冷热循环测试，对于冷热循环测试结果不满足要求的无绝缘线圈进行拆除。
优选地，对于拆除得到的多个超导带材重新进行电流匹配。
优选地，静置的预设时间包括2天。
优选地，在所述超导带材宽度方向的两侧相对于所述无绝缘线圈的轴线偏斜超过30度的状态下，通过接头连接下一条超导带材，所述下一条超导带材厚度较大的一侧位于靠近所述无绝缘线圈中心的一边。
根据本发明提供的一种无绝缘线圈，采用上述的无绝缘线圈绕制的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
通过本发明可以利用具有一定厚度差封装带材绕制无绝缘线圈，从而降低了制备无绝缘线圈时对带材厚度差的严格要求，具有较高的应用价值和市场前景。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为分切带材导致的缺陷的电子显微镜示意图；
图2为加热拉伸带材导致的缺陷的电子显微镜示意图；
图3、图4为采用具有厚度差的带材绕制线圈时出现的剖视图；
图5为本申请绕制超导带材时翻转的原理图；
图6为本申请所绕制的线圈的剖视图；
图7为本申请的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种无绝缘线圈绕制的方法，包括：
如图7所示，根据超导带材和所需绕制的无绝缘线圈的大小，计算绕制的总匝数。用超导带材逐匝绕制无绝缘线圈并通过接头连接下一条超导带材的端部，在绕制的无绝缘线圈向一侧翘起的高度超过第一预设值时，通过接头连接下一条超导带材，下一条超导带材厚度较大的一侧位于翘起侧的另一侧，直至满足总匝数。
将下一条超导带材厚度较大的一侧位于翘起侧的另一侧的原理如图5所示，相邻的两条超导带材的端部通过接头连接，其连接需要两个超导带材的超导层面对面接触，通过接头实现固定和连接。即，若线圈的上侧由于带材厚度较大，从而线圈外部向下翘起时，通过下侧厚度较大的带材与前一条带材连接来改善线圈向下翘起的情况，反之亦然。图5所示的翻转带材只是一种方法，这种方法会导致超导层的方向由原先朝向的一侧转向另一侧。另一种方法是，将图5左侧的带材顺时针或逆时针旋转180度，即在不改变超导层朝向的情况下，将厚度较大的一侧由上侧转移至下侧。如图6所示，从而最终可以得到剖视略微呈S型但是弯曲程度符合要求的线圈。
通常的，在绕制线圈时，线圈的下侧会有一个支撑面，用来保持线圈一侧对齐，再这样的情况下，线圈的外部不会向下翘起，但是会导致带材偏斜，如图3所示。因此，在超导带材宽度方向的两侧相对于无绝缘线圈的轴线偏斜超过30度的状态下，通过接头连接下一条超导带材，下一条超导带材厚度较大的一侧位于靠近无绝缘线圈中心的一边。
在其他实施例中，在逐匝绕制无绝缘线圈时，控制绕制时的张力随匝数的增加而逐渐递减，从而避免内圈的线圈之间产生间隙。在绕制接头所在匝时，控制绕制时的张力增加第二预设值，然后继续逐渐递减。在本实施例中，第二预设值包括30N。
无绝缘线圈有各种形状，以跑道型线圈为例，所有接头的位置需要全部位于跑道型线圈的直线处，或者全部位于跑道型线圈的弯道处。
在绕制线圈前，需要对用到的超导带材进行电流匹配，避免超导带材之间的电流相差较大，并在超导带材的端部制作接头。绕制完成后，还包括对绕制得到的无绝缘线圈进行静置预设时间后进行冷热循环测试，静置的预设时间包括2天，对于冷热循环测试结果不满足要求的无绝缘线圈进行拆除，对于拆除得到的多个超导带材重新进行电流匹配。
实施例1
两根带材配合
Figure BDA0003060640400000041
则
T1×L1＝π×(R+n1×T1)2-π×R2
Figure BDA0003060640400000042
T2×L2＝π×(R+n1×T1+n2×T2)2-π×(R+n1×T1)2
Figure BDA0003060640400000051
总偏差厚度
dTall＝n1×dT1-n2×dT2。
实施例2
同一根带材截取成带材1带材2两根，保证n1和n2匝数相同，则能使得dTall为0保证最外匝不存在高度差。
Figure BDA0003060640400000052
则
T×L＝π×(R+n×T)2-π×R2
Figure BDA0003060640400000053
n1＝n2＝n/2
解得
T×L1＝π×(R+n×T/2)2-π×R2
Figure BDA0003060640400000054
则此时总偏差厚度
dTall＝n1×dT-n2×dT＝0。
实施例3
同一根带材截取成带材1带材2带材3三根，保证dTall为0，使得最外匝不存在高度差。
Figure BDA0003060640400000061
则
T×L＝π×(R+n×T)2-π×R2
Figure BDA0003060640400000062
n1+n2+n3＝n
且
n1+n3＝n2
使得带材上下总偏差相同。
本发明还提供一种无绝缘线圈，采用上述的无绝缘线圈绕制的方法制备得到。本发明制备的无绝缘线圈可以应用到如磁悬浮轨道之中。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，包括：
根据超导带材和所需绕制的无绝缘线圈的大小，计算绕制的总匝数；
用超导带材逐匝绕制无绝缘线圈并通过接头连接下一条超导带材的端部，在所述超导带材宽度方向的两侧相对于所述无绝缘线圈的轴线偏斜超过30度的状态下，通过接头连接下一条超导带材，所述下一条超导带材厚度较大的一侧位于靠近所述无绝缘线圈中心的一边，直至满足所述总匝数。
2.根据权利要求1所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，在逐匝绕制无绝缘线圈时，控制绕制时的张力随匝数的增加而逐渐递减；
在绕制接头所在匝时，控制绕制时的张力增加第二预设值，然后继续逐渐递减，所述第二预设值为 30N。
3.根据权利要求1所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，所述无绝缘线圈包括跑道型线圈，所有所述接头的位置全部位于所述跑道型线圈的直线处，或者全部位于所述跑道型线圈的弯道处。
4.根据权利要求1所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，还包括对所有超导带材进行匹配电流，并在超导带材的端部制作所述接头。
5.根据权利要求4所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，还包括对绕制得到的无绝缘线圈进行静置预设时间后进行冷热循环测试，对于冷热循环测试结果不满足要求的无绝缘线圈进行拆除。
6.根据权利要求5所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，对于拆除得到的多个超导带材重新进行电流匹配。
7.根据权利要求5所述的无绝缘线圈绕制的方法，其特征在于，静置的预设时间为2天。
8.一种无绝缘线圈，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的无绝缘线圈绕制的方法制备得到。
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