CN113707445B - 一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置及方法，其，包括绕线工装、焊接工装、浸渍工装和装配装置；其中，所述的绕线工装为不锈钢环，用于在其上将带材绕制成环形的线圈；所述的焊接工装包括固定板和安装板，铜内接头、YBCO薄层、G10中间垫片；在安装板上设置有压块A、压块B、拉杆、定位块A、定位块B，用于对绕制的线圈进行固定和预紧，并且焊接铜内接头；所述的浸渍工装包括铝板、盖板A、盖板B、O形圈和聚四氟乙烯块，用于浸渍焊接铜内接头后的线圈；所述装配装置包括不锈钢支架、铜外接头、G10底部垫片、螺母、顶端铜片和G10块，用于装配所述双饼线圈。

Description

一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置及方法

技术领域

本发明涉及超导结构领域，尤其是一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置及方法。

背景技术

铁基超导带材具有许多突出的优点，如超高的上临界磁场，较高的临界转变温度，较高的临界电流密度和较小的各向异性，因此铁基超导体在核磁共振成像(MRI)、核磁共振谱仪(NMR)及高场超导磁体等领域具有重要的应用前景。铁基超导体在这些领域的应用当中，往往需要制备成线圈，线圈的制备往往会比较复杂，并且会受到各方面因素的限制。

双饼线圈的传统制备方法是反向并绕两个单饼，然后堆叠成双饼线圈。这样的方式会导致在单饼之间的过度段带材发生弯折，严重影响到带材的载流性能，并且这样的制备方式往往会出现两单饼堆叠后难对齐的问题。在以往的内插线圈制备过程中，线圈的半径是受到磁体大小的限制而不能过大的，较小的半径又由于超导带材自身特性会影响到线圈的载流能力，所以保证最大半径的线圈内插也是目前的一大重点。所以克服传统线圈制备的难点，能够便捷的改变内插线圈长度，高质量的制备出内插线圈，有利于磁体技术的进一步突破。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于制备铁基超导带材双饼内插线圈的机械装置，可以改变内插线圈的长度，可以有效的测控线圈的性能。

本发明的技术方案为：一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置，包括绕线工装、焊接工装、浸渍工装和装配装置；其中，

所述的绕线工装为不锈钢环，用于在其上将带材绕制成环形的线圈；

所述的焊接工装包括固定板和安装板，铜内接头、YBCO薄层、G10中间垫片；在安装板上设置有压块A、压块B、拉杆、定位块A、定位块B，用于对绕制的线圈进行固定和预紧，并且焊接铜内接头；

所述的浸渍工装包括铝板、盖板A、盖板B、O形圈和聚四氟乙烯块，用于浸渍焊接铜内接头后的线圈；

所述装配装置包括不锈钢支架、铜外接头、G10底部垫片、螺母、顶端铜片和G10块，用于装配所述双饼线圈。

进一步的，所述不锈钢环用于线圈的绕制，外端有卡槽，以便于线材端口的固定，所述的卡槽为V型缝隙。

进一步的，所述压块A的一面为圆弧状，用于与铜内接头部分的内圆弧进行连接，所述压块B的一面为圆弧状，用于与线圈的内部相连，压块A和压块B两者之间通过拉杆连接，便于铜内接头的固定；

所述铜内接头安装在每个单饼的线圈的内侧，YBCO薄片装配在两个单饼线圈的外侧，用于连接两个单饼线圈，实现单饼线圈之间的电流流通，从而组合成一个双饼线圈，述G10中间垫片用于放置在两个进行组合的单饼线圈之间，用于上下两个单饼线圈之间的绝缘。

进一步的，所述定位块A、定位块B形状相同，为两块圆弧段结构，且两者关于拉杆呈对称分布，均是一端与铜内接头相连，一端与压块B相连，用于铜内接头的定位。

进一步的，所述安装板上设置有开口的圆形槽，用于线圈的固定，内部还有个缺口，与开口相对的设置，用于YBCO薄层的定位；安装板右侧设有螺纹孔，通过螺杆、螺母能够将装置进行预紧。

进一步的，所述固定板安装在线圈下方，大小与安装板的方形部分一致，中间有与铜内接头伸出部分进行装配的槽孔，用于铜内接头圆周方向的定位。

进一步的，所述浸渍工装包括：

所述铝板中心有大圆孔，用于放置双饼线圈，侧端有通孔，一端用于环氧树脂的进料，一端用于出料；

所述盖板A、盖板B形状一样，放置在铝板两端，中间有圆形槽，用于放置O形圈，用来进行装置的密封，上端有通孔，用于与铝板间的装配；

所述聚四氟乙烯块安装在线圈的中心孔中，所述的O形圈放置在O形槽中，在螺栓螺母施加的预紧力之下，会使上下盖板进行密封。

进一步的，所述装配装置包括：所述不锈钢支架插入到线圈的中心孔，与线圈内壁之间有0.2mm的间隙，塞上云母来进行绝缘，外端有螺纹，与螺栓连接进行装置的预紧；

所述铜外接头为长条状，界面为圆弧段，数量为两条；其插入到线圈的内部，底端与最下层的双饼线圈的低层的单饼相连，来进行电流的流通，侧面与各个双饼线圈内侧隔有绝缘材料；

顶端铜片安装在最上方的双饼线圈的上端，用于外接电流引线，上方放置G10垫片，用于与螺母之间的绝缘；

所述G10块沿着线圈孔的纵向放在不锈钢支架和两个铜外接头之间，进行不锈钢支架和两个铜外之间的绝缘。

进一步的，所述的双饼线圈，上面的单饼线圈的铜内接头往上高出0.5mm，下面的单饼线圈的铜内接头往下凸出0.5mm，，使多个双饼线圈之间以该部分相接，保证线圈之间电流的正常流通；

所述的玻璃丝带，经过热处理之后容易脱落，热处理之后将安装板内侧圆形开口端的玻璃丝带剥落，利于YBCO的安装，并且利于带材与安装板之间的拆分，防止带材受损。

根据本发明的另一方面，提出一种制备铁基带材双饼内插线圈的方法，其步骤包括：

步骤1、线圈的绕制阶段：将带材的端口卡在不锈钢环的卡槽中，然后进行带材的绕制，绕成规定尺寸大小后，在线圈外端饶上一层玻璃丝带。

步骤2、接头焊接与热处理阶段：将绕制好的线圈放入卡装结构的卡槽中进行固定，将铜内接头、定位块、两压块置于线圈内侧，通过拉杆进行预紧，并在线圈底部安装好固定板，进行铜内接头的焊接，然后将整个装置放到炉子中进行热处理；将热处理好的线圈，两两叠加，在双饼线圈的每两个单饼线圈中间放上G10中间垫片，便可进行YBCO外接头的焊接；焊接好之后，进行拉杆、压块、定位块、玻璃丝带、卡装结构的拆卸，得到一个双饼线圈；

步骤3、浸渍阶段：将双饼线圈中间填充好聚四氟乙烯，然后放到铝板中间的卡槽中，两端盖上盖板，通过螺栓进行预紧，盖板上放有槽，放入O形圈，通过螺栓的预紧力进行装置的密封，然后在侧面的进料口进行填料，来进行线圈的浸渍；

步骤4、双饼线圈测试阶段：在双饼线圈的其中上侧铜内接头上焊接一个铜外接头，将G10底部垫片安装在铜外接头工件的下部圆端部分，所述的铜外接头下面的圆端部分是一个圆形铜块，铜外接头与圆端部分导电连接；然后将双饼线圈下侧铜内接头穿过G10底部垫片后与铜外接头圆端进行连接，然后将两铜外接头接上电流引线对双饼线圈进行性能测试；

步骤5、内插线圈的组装阶段：根据所需的内插线圈长度，选取多个载流性能符合测试要求的双饼线圈，将不锈钢支架和铜外接头插入到线圈内部，然后在线圈顶部套上顶端铜片和G10垫片，最后旋上螺母进行装置的预紧。

本发明相较于现有技术的有益效果在于：

1、本发明可以对单个双饼线圈进行性能测试，从而防止个别线圈部分存在质量问题，从而影响到整个内插线圈。

2、本发明装置制备的双饼线圈是通过在两个单饼线圈间增加YBCO薄片制备而成，避免了传统方式中线圈中心难对齐和单饼之间的过度段带材侧弯半径过小的问题。

3、本发明装置中的接头处在线圈的内侧，从而避免了接头在线圈外侧占用内插空间，从而保证了最大半径的内插线圈。

4、本发明装置是通过螺母进行预紧，从而可以通过增加双饼线圈个数来调整内插线圈的长度，使用方便。

附图说明

图1为本发明装置中绕线工装结构示意图；

图2为本发明装置中焊接工装结构示意图；

图3为本发明装置中双饼线圈结构示意图；

图4为本发明装置中盖板结构示意图；

图5为本发明装置中浸渍工装结构示意图；

图6为本发明装置中内插线圈结构示意图；

图7位本发明的铜外接头圆端部分连接示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对现有技术和实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

根据本发明的实施例，提出一种用于制备铁基超导带材双饼内插线圈的机械装置，包括绕线工装、焊接工装、浸渍工装和装配装置；其中，

所述的绕线工装为不锈钢环，用于在其上将带材绕制成环形的线圈；

所述的焊接工装包括固定板和安装板，铜内接头、YBCO薄层、G10中间垫片；在安装板上设置有压块A、压块B、拉杆、定位块A、定位块B，用于对绕制的线圈进行固定和预紧，并且焊接铜内接头；

所述的浸渍工装包括铝板、盖板A、盖板B、O形圈和聚四氟乙烯块，用于浸渍焊接铜内接头后的线圈；

所述装配装置包括不锈钢支架、铜外接头、G10底部垫片、螺母、顶端铜片和G10块，用于装配所述双饼线圈。

图1为本发明装置中绕线工装结构示意图，所述不锈钢环用于线圈的绕制，外端有卡槽，以便于线材端口的固定，所述的卡槽为V型缝隙。

图2为本发明装置中焊接工装结构示意图，线圈放在安装板中心大圆孔中，铜内接头、两压块通过螺杆固定在线圈内端，两定位块放置在铜接头与压块B之间，固定板放置在安装板底部，以确保铜内接头的位置。

所述压块A的一面为圆弧状，用于与铜内接头部分的内圆弧进行连接，所述压块B的一面为圆弧状，用于与线圈的内部相连，压块A和压块B两者之间通过拉杆连接，便于铜内接头的固定；

所述铜内接头安装在线圈的内侧，YBCO薄片装配在两个单饼线圈的外侧，用于连接两个单饼线圈，实现单饼线圈之间的电流流通，从而组合成一个双饼线圈，述G10中间垫片用于放置在两个进行组合的单饼线圈之间，用于线圈之间的绝缘。

所述定位块A、定位块B形状相同，为两块圆弧段结构，且两者关于拉杆呈对称分布，均是一端与铜内接头相连，一端与压块B相连，用于铜内接头的定位。

所述安装板上设置有开口的圆形槽，用于线圈的固定，内部还有个缺口，与开口相对的设置，用于YBCO薄层的定位；安装板右侧设有螺纹孔，通过螺杆、螺母能够将装置进行预紧。

所述固定板安装在线圈下方，大小与安装板的方形部分一致，中间有与铜内接头伸出部分进行装配的孔，用于铜内接头圆周方向的定位。

图3为本发明装置中双饼线圈结构示意图，单饼线圈两两叠在一起，中间采用G10垫片进行绝缘，铜内接头和YBCO相对放置。

图4为本发明装置中盖板的结构示意图，盖板上刻有O形槽和若干通孔。

所述盖板A、盖板B形状一样，放置在铝板两端，中间有圆形槽，用于放置O形圈，用来进行装置的密封，上端有通孔，用于与铝板间的装配；所述铝板中心有大圆孔，用于放置双饼线圈，侧端有通孔，一端用于环氧树脂的进料，一端用于出料；

图5为本发明装置中浸渍工装结构示意图，双饼线圈中间填充好聚四氟乙烯，放到铝板中间的卡槽中，盖板放在铝板上下两端，通过螺栓螺母将盖板和铝板进行固定和预紧。

图6为本发明装置中内插线圈结构示意图，不锈钢支架和铜外接头插在线圈内部，G10块放置在不锈钢支架和铜外接头间进行绝缘，G10底部垫片放置在铜外接头圆端和线圈之间，顶端铜片和G10垫片放置在线圈顶部，不锈钢支架插入端上有螺纹，螺母旋在上面来进行装置的预紧。

根据本发明的又一实施例，提供一种利用前述装置制备铁基超导带材双饼内插线圈的方法，包括如下步骤：

步骤1、线圈的绕制阶段：将带材的端口卡在不锈钢环的卡槽中，然后进行带材的绕制，绕成规定尺寸大小后，在线圈外端饶上一层玻璃丝带。

步骤2、接头焊接与热处理阶段：将绕制好的线圈放入卡装结构的卡槽中进行固定，将铜内接头、定位块、两压块置于线圈内侧，通过拉杆进行预紧，并在线圈底部安装好固定板，进行铜内接头的焊接，然后将整个装置放到炉子中进行热处理；将热处理好的线圈，两两叠加，在双饼线圈的每两个单饼线圈中间放上G10中间垫片，便可进行YBCO外接头的焊接；焊接好之后，进行拉杆、压块、定位块、玻璃丝带、卡装结构的拆卸，得到一个双饼线圈；

步骤3、浸渍阶段：将双饼线圈中间填充好聚四氟乙烯，然后放到铝板中间的卡槽中，两端盖上盖板，通过螺栓进行预紧，盖板上放有槽，放入O形圈，通过螺栓的预紧力进行装置的密封，然后在侧面的进料口进行填料，来进行线圈的浸渍；

步骤4、双饼线圈测试阶段：在双饼线圈的其中上侧铜内接头上焊接一个铜外接头，将G10底部垫片安装在铜外接头下面的圆端部分，所述的铜外接头下面的圆端部分是一个圆形铜块，铜外接头与圆端部分导电连接；然后将双饼线圈下侧铜内接头穿过G10底部垫片后与铜外接头圆端进行连接，然后将两铜外接头接上电流引线对双饼线圈进行性能测试；

步骤5、内插线圈的组装阶段：根据所需的内插线圈长度，选取多个载流性能符合测试要求的双饼线圈，将不锈钢支架和铜外接头插入到线圈内部，然后在线圈顶部套上顶端铜片和G10垫片，最后旋上螺母进行装置的预紧；

根据本发明的实施例，具体的，所述步骤1，线圈的绕制是将带材的端口卡在不锈钢环的卡槽中，然后进行带材的绕制，绕成规定尺寸大小后，在线圈外端饶上一层玻璃丝带。

根据本发明的实施例，所述步骤2，接头焊接与热处理，是将绕制好的线圈放入卡装结构的卡槽中进行固定，将铜内接头、定位块、两压块置于线圈内侧，通过拉杆进行预紧，并在线圈底部安装好固定板，便可进行铜内接头的焊接，然后将整个装置放到炉子中880℃热处理24h。将热处理好的线圈，两两叠加，中间放上G10垫片，便可进行YBCO外接头的焊接。焊接好之后，拆卸拉杆、压块、定位块、玻璃丝带、固定板和卡装结构，得到一个完整的双饼线圈。本发明装置制备的双饼线圈是通过在两个单饼线圈间增加YBCO薄片制备而成，避免了传统方式中线圈中心难对齐和单饼之间的过度段带材侧弯半径过小的问题。

根据本发明的实施例，所述步骤3，线圈的浸渍，是将双饼线圈中间填充好聚四氟乙烯，然后放到铝板中间的卡槽中，两端盖上盖板，通过螺栓进行预紧，盖板上放有槽，放入O形圈，通过螺栓的预紧力便可进行装置的密封，然后在侧面的进料口进行填料，来进行线圈的浸渍。

根据本发明的实施例，所述步骤4，双饼线圈的测试，是在双饼线圈的铜内接头上焊接一个铜外接头，将G10底部垫片安装在铜外接头圆端部分，然后将双饼线圈的另一端铜内接头通过G10底部垫片与铜外接头圆端进行连接，然后将两铜外接头接上电流引线便可对双饼线圈进行性能测试，如图7所示，其中，为了显示内部结构，下侧的单饼隐去了没有示意出。

根据本发明的实施例，所述步骤5，内插线圈的组装，是根据所需的内插线圈长度，选取一定数量载流性能良好的双饼线圈，将不锈钢支架和铜外接头插入到线圈内部，然后在线圈顶部套上顶端铜片和G10垫片，最后旋上螺母进行装置的预紧。本发明装置是通过螺母进行预紧，从而可以任意调整内插线圈的长度，使用方便。所示组装后的内插线圈，多个双饼线圈之间是串联关系，电流从铜外接头导入圆端部分，然后经由最下层双饼线圈的下侧单饼线圈，再通过YBCO流向最下层双饼的上层单饼线圈，然后通过上层单饼线圈的铜内接头，连接到上一层双饼线圈的下侧单饼线圈，依次类推，最后从上顶端铜片引出电流。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置，其特征在于：包括绕线工装、焊接工装、浸渍工装和装配装置；其中：

所述的绕线工装为不锈钢环，用于在其上将带材绕制成环形的线圈；

所述的焊接工装包括固定板和安装板，铜内接头、YBCO薄层、G10 中间垫片；在安装板上设置有压块 A、压块 B、拉杆、定位块 A、定位块 B，用于对绕制的线圈进行固定和预紧，并且焊接铜内接头；

所述的浸渍工装包括铝板、盖板 A、盖板 B、O 形圈和聚四氟乙烯块，用于浸渍焊接铜内接头后的线圈；

所述装配装置包括不锈钢支架、铜外接头、G10 底部垫片、螺母、顶端铜片和 G10块，用于装配所述双饼内插线圈；

所述压块 A 的一面为圆弧状，用于与铜内接头部分的内圆弧进行连接，所述压块 B的一面为圆弧状，用于与线圈的内部相连，压块A和压块B两者之间通过拉杆连接，便于铜内接头的固定；

所述铜内接头安装在每个单饼的线圈的内侧，YBCO 薄片装配在两个单饼线圈的外侧，用于连接两个单饼线圈，实现单饼线圈之间的电流流通，从而组合成一个双饼线圈，所述G10 中间垫片用于放置在两个进行组合的单饼线圈之间，用于上下两个单饼线圈之间的绝缘；

所述定位块 A、定位块B形状相同，为两块圆弧段结构，且两者关于拉杆呈对称分布，均是一端与铜内接头相连，一端与压块 B相连，用于铜内接头的定位；

所述安装板上设置有开口的圆形槽，用于线圈的固定，内部还有个缺口，与开口相对的设置，用于 YBCO 薄层的定位；安装板右侧设有螺纹孔，通过螺杆、螺母能够将装置进行预紧；

所述浸渍工装包括：

所述铝板中心有大圆孔，用于放置双饼线圈，侧端有通孔，一端用于环氧树脂的进料，一端用于出料；

所述盖板A 、盖板 B形状一样，放置在铝板两端，中间有圆形槽，用于放置 O 形圈，用来进行装置的密封，上端有通孔，用于与铝板间的装配；

所述聚四氟乙烯块安装在线圈的中心孔中，所述的 O 形圈放置在 O 形槽中，在螺栓螺母施加的预紧力之下，会使上下盖板进行密封；所述装配装置包括：所述不锈钢支架插入到线圈的中心孔，与线圈内壁之间有0.2 mm的间隙，塞上云母来进行绝缘，外端有螺纹，与螺栓连接进行装置的预紧；

所述铜外接头为长条状，界面为圆弧段，数量为两条；其插入到线圈的内部，底端与最下层的双饼线圈的低层的单饼相连，来进行电流的流通，侧面与各个双饼线圈内侧隔有绝缘材料；

顶端铜片安装在最上方的双饼线圈的上端，用于外接电流引线，上方放置 G10 垫片，用于与螺母之间的绝缘；

所述 G10 块沿着线圈孔的纵向放在不锈钢支架和两个铜外接头之间，进行不锈钢支架和两个铜外之间的绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置，其特征在于：

所述不锈钢环用于线圈的绕制，外端有卡槽，以便于线材端口的固定，所述的卡槽为V型缝隙。

3.根据权利要求1所述的一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置，其特征在于：

所述固定板安装在线圈下方，大小与安装板的方形部分一致，中间有与铜内接头伸出部分进行装配的槽孔，用于铜内接头圆周方向的定位。

4.根据权利要求1所述的一种制备铁基带材双饼内插线圈的机械装置，其特征在于：所述的双饼线圈，上面的单饼线圈的铜内接头往上高出0.5mm，下面的单饼线圈的铜内接头往下凸出0.5mm，使多个双饼线圈之间以该部分相接，保证线圈之间电流的正常流通；

玻璃丝带，经过热处理之后容易脱落，热处理之后将安装板内侧圆形开口端的玻璃丝带剥落，利于 YBCO 的安装，并且利于带材与安装板之间的拆分，防止带材受损。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的装置制备铁基带材双饼内插线圈的方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1、线圈的绕制阶段：将带材的端口卡在不锈钢环的卡槽中，然后进行带材的绕制，绕成规定尺寸大小后，在线圈外端饶上一层玻璃丝带；

步骤2、接头焊接与热处理阶段：将绕制好的线圈放入卡装结构的卡槽中进行固定，将铜内接头、定位块、两压块置于线圈内侧，通过拉杆进行预紧，并在线圈底部安装好固定板，进行铜内接头的焊接，然后将整个装置放到炉子中进行热处理；将热处理好的线圈，两两叠加，在双饼线圈的每两个单饼线圈中间放上 G10 中间垫片，便可进行 YBCO 外接头的焊接；焊接好之后，进行拉杆、压块、定位块、玻璃丝带、卡装结构的拆卸，得到一个双饼线圈；

步骤3、 浸渍阶段：将双饼线圈中间填充好聚四氟乙烯，然后放到铝板中间的卡槽中，两端盖上盖板，通过螺栓进行预紧，盖板上放有槽，放入 O 形圈，通过螺栓的预紧力进行装置的密封，然后在侧面的进料口进行填料，来进行线圈的浸渍；

步骤4、双饼线圈测试阶段：在双饼线圈的其中上侧铜内接头上焊接一个铜外接头，将G10 底部垫片安装在铜外接头下面的圆端部分，所述的铜外接头下面的圆端部分是一个圆形铜块，铜外接头与圆端部分导电连接；然后将双饼线圈下侧铜内接头穿过 G10 底部垫片后与铜外接头圆端进行连接，然后将两铜外接头接上电流引线对双饼线圈进行性能测试；

步骤5、内插线圈的组装阶段：根据所需的内插线圈长度，选取多个载流性能符合测试要求的双饼线圈，将不锈钢支架和铜外接头插入到线圈内部，然后在线圈顶部套上顶端铜片和 G10 垫片，最后旋上螺母进行装置的预紧。

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