CN114360841B - 一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈 - Google Patents

Abstract

本发明属于线圈设计技术领域，具体公开了一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，包括：中心段、上横段、外弧段，上横段位于中心段的上方，外弧段位于中心段的外侧，上横段、中心段和外弧段依次连接为闭合的板式环向场磁体线圈。本发明板式环向场磁体线圈结构简单，便于安装、拆卸，既能满足线圈的电气性能，又能提供足够的机械强度。

Description

一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈

技术领域

本发明属于线圈设计技术领域，具体涉及一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈。

背景技术

核聚变装置托卡马克的磁体分为内极向场线圈结构和外极向场线圈结构，内极向场线圈结构即极向场线圈布置在环向场线圈内，极向场线圈距离等离子体近，自身耗能降低，自感较小更容易对其电流实施快速控制，且由于在等离子体区产生的磁场定位性更好，有利于等离子体截面的形变，更好开展偏滤器和边沿物理方面的科学研究。

为了所有极向场线圈和真空室都可以完整的不需要分段的安装到环向场线圈内，需要环向场线圈可以分段安装和拆卸，因此需要开发一种既能满足物理实验要求又方便安装、拆卸的环向场线圈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，该板式环向场磁体线圈结构简单，便于安装、拆卸，既能满足线圈的电气性能，又能提供足够的机械强度。

实现本发明目的的技术方案：

一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，所述板式环向场磁体线圈包括：中心段、上横段、外弧段，上横段位于中心段的上方，外弧段位于中心段的外侧，上横段、中心段和外弧段依次连接为闭合的板式环向场磁体线圈。

所述板式环向场磁体线圈还包括指形接头，中心段的上端与上横段的内端通过指形接头连接。

所述中心段为L形，包括一体成型的垂直段和下横段，中心段的垂直段的截面为内小外大的梯形，中心段的垂直段顶端的径向尺寸小于托卡马克装置所有极向场线圈和真空室的最小径向尺寸；中心段的下横段部分的截面为梯形过渡到矩形，最高点位置低于所有下极向场线圈底面。

所述上横段的尺寸与中心段的下横段的尺寸相同，结构对称，上横段的截面为由内至外从梯形过渡到矩形。

所述外弧段为弓形，外弧段的截面为矩形；外弧段包括上半匝、中间匝、下半匝、T形过渡板，上半匝和下半匝分别位于中间匝的两侧，T形过渡板对称设置，分别与上半匝和下半匝连接。

所述中间匝中的每匝铜板为折弯的铜板，通过中间匝中的折弯铜板将相邻两匝的铜板串联起来，中间匝的折弯形成匝间跳线结构，串联线圈内各匝铜板。

所述外弧段还包括绝缘穿心螺栓，绝缘穿心螺栓与外弧段上间隔设置的通孔相匹配。

所述指形接头还包括加强过渡棒，加强过渡棒插入指形接头两侧的指形结构上，加强过渡棒螺栓与指形结构压紧连接。

所述外弧段的上端面和下端面、上横段的外端面及中心段的下横段的外端面均为锯齿状斜面，外弧段的上端面与上横段的外端面依靠锯齿状斜面上的锯齿匹配连接，外弧段的下端面与中心段的下横段的外端面依靠锯齿状斜面上的锯齿匹配连接。

所述锯齿状斜面上均匀开设有螺孔，外弧段的上端面与上横段的外端面通过与螺孔匹配的螺栓紧固连接，外弧段的下端面与中心段的下横段的外端面通过与螺孔匹配的螺栓紧固连接。

所述板式环向场磁体线圈还包括冷却铜管，冷却铜管嵌入并固定连接在中心段、上横段、外弧段上加工的U形槽中。

本发明的有益技术效果在于：

1、本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈分为中心段、上横段和外弧段3段，使得所有极向场线圈和真空室都能整体安装到环向场线圈内。

2、本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈通过指形接头及其上设置的加强过渡棒，即为线圈提供足够的电接触面，又提供足够的机械强度。

3、本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈通过将外弧段的上端面和下端面、上横段的外端面及中心段的下横段的外端面加工为锯齿状斜面，并在锯齿状斜面上均匀开设与螺栓匹配的螺孔，使得外弧段与上横段之间、外弧段与中心段的下横段之间分别依靠锯齿状斜面的锯齿和螺栓的垂直分力为线圈提供足够的抗剪切性能。

4、本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈通过外弧段中间匝设置为折弯的铜板，直接提供线圈的匝间跳线结构，无需额外的接头，有效减化线圈结构。

5、本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈通过在外弧段中间匝两侧连接T形过渡板，相邻的环向场线圈上的T形过渡板8通过软连接相互连接，使得所有环向场线圈串联起来。

附图说明

图1为本发明所提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈的结构示意图；

图2为本发明所提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈中外弧段的部分结构示意图；

图3为本发明所提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈中外弧段的中间匝的结构示意图；

图4为本发明所提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈的中心段与上横段通过指形接头连接的结构示意图；

图5为本发明所提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈中嵌入冷却铜管的上横段的结构示意图。

图中：1-中心段；2-上横段；3-外弧段；4-指形接头；5-上半匝；6-中间匝；7-下半匝；8-T形过渡板；9-绝缘穿心螺栓；10-加强过渡棒；11-锯齿状斜面；12-冷却铜管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，线圈外形为D形，包括：中心段1、上横段2、外弧段3、指形接头4。中心段1、上横段2和外弧段3均包括n匝铜板，相邻的每匝铜板之间设有匝间绝缘层，使用模具将n匝铜板及铜板间的匝间绝缘层进行热压、固化，形成具有n匝铜板的中心段1、上横段2、外弧段3。上横段2位于中心段1的上方，中心段1的上端与上横段2的内端通过指形接头4连接；外弧段3位于中心段1的外侧，外弧段3的上下两端分别与上横段2的外端和中心段1的下端通过紧固件连接，中心段1、上横段2、外弧段3通过连接形成一个完整闭合的板式环向场磁体线圈。

中心段1为L形，中心段1包括一体成型的垂直段和下横段，中心段1的垂直段的截面为内小外大的梯形，以便所有环向场线圈中心段1安装后形成托卡马克装置的圆柱形中心柱。L形中心段1的垂直段顶端(即其与上横段2的接缝位置)的径向尺寸小于托卡马克装置所有极向场线圈和真空室的最小径向尺寸，以便极向场线圈和真空室都能整体从上往下套入中心柱。L形中心段1的下横段部分的截面为梯形过渡到矩形，最高点位置低于所有下极向场线圈底面，以便下极向场线圈的安装和支撑。

上横段2的尺寸与中心段1的下横段的尺寸相同，结构对称，上横段2的截面为由内至外从梯形过渡到矩形。

如图2所示，外弧段3为弓形，外弧段3的截面为矩形。外弧段3包括一个上半匝5、n-1个中间匝6、一个下半匝7、2个对称设置的T形过渡板8。上半匝5、中间匝6和下半匝7均为一体成型结构，中间匝6中的每匝铜板为折弯的铜板，通过中间匝6的铜板折弯，将相邻两匝铜板连接起来，成为线圈的匝间跳线结构，即将线圈内各匝铜板串联起来，而无需额外提供接头。T形过渡板8在外弧段两侧对称设置并分别与上半匝5和下半匝7通过螺钉螺纹连接。相邻的环向场线圈上的T形过渡板8通过软连接相互连接，使得所有环向场线圈串联起来。

外弧段3的上半匝5、中间匝6和下半匝7上间隔设有与绝缘穿心螺栓9匹配的通孔，通过绝缘穿心螺栓9将外弧段各匝铜板和绝缘层压紧，为外弧段3提供支撑，加强其整体刚度，减小匝间剪切力。

如图4所示，指形接头4两侧的指形结构上间隔插入若干加强过渡棒10，加强过渡棒10与指形结构通过螺栓压紧连接，通过在指形接头4上插入若干加强过渡棒10，既为线圈提供足够的电接触面，又提供足够的机械强度。

如图4所示，外弧段3的上端面和下端面、上横段2的外端面及中心段1的下横段的外端面均为锯齿状斜面11，锯齿状斜面11上均匀开设有螺孔，外弧段3的上端面与上横段2的外端面依靠锯齿状斜面11上的锯齿匹配并通过螺栓在螺孔中拧紧来实现紧固连接，外弧段3的下端面与中心段1的下横段的外端面依靠锯齿匹配并通过螺栓在螺孔中拧紧来实现紧固连接，外弧段3与上横段2之间、外弧段3与中心段1的下横段之间分别依靠锯齿状斜面11的锯齿和螺栓的垂直分力为线圈提供足够的抗剪切性能。

如图5所示，本发明线圈还包括冷却铜管12，在中心段1、上横段2、外弧段3上加工的U形槽中嵌入冷却铜管12，冷却铜管12通过锡焊固定在中心段1、上横段2、外弧段3的U形槽中，通过冷却铜管12形成线圈的冷却通道。冷却铜管12的管口分别配有与其匹配的水嘴。

中心段1和外弧段3的铜板均采用锻造的方法成型，再机加到图纸尺寸，上横段2可直接用铜板机加到图纸尺寸。中心段1、上横段2和外弧段3铜板机加完成后锡焊冷却铜管和水嘴。各组n匝中心段、上横段、外弧段分别垫上相应的匝间绝缘，用相应的模具进行热压、固化。固化后的组件清理流胶和多出的绝缘，加工基准面和斜面锯齿面，表面粘贴上或包上相应的对地绝缘，形成具有n匝铜板的中心段1、上横段2和外弧段3。

指形接头4的加强过渡棒10使用比线圈本体材料强度更高的铜合金，相配的中心段1和上横段2的指形结构与加强过渡棒10预装固定后配钻螺栓用长孔，通过螺栓将加强过渡棒8与指形接头4的指形结构压紧连接。外弧段3与上横段2、中心段1的下横段分别通过锯齿斜面11及螺栓拧紧固定连接。

在托卡马克装置中安装环向场磁体线圈时，首先将所有中心段1组件安装在托卡马克装置中拼装成托卡马克装置中心柱，然后，待极向场线圈和真空室即相应的支撑结构安装完成后，再逐一装配上横段2组件和外弧段3组件。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述板式环向场磁体线圈包括：中心段(1)、上横段(2)、外弧段(3)，上横段(2)位于中心段(1)的上方，外弧段(3)位于中心段(1)的外侧，上横段(2)、中心段(1)和外弧段(3)依次连接为闭合的板式环向场磁体线圈；所述外弧段(3)为弓形，外弧段(3)的截面为矩形；外弧段(3)包括上半匝(5)、中间匝(6)、下半匝(7)、T形过渡板(8)；上半匝(5)和下半匝(7)分别位于中间匝(6)的两侧，T形过渡板(8)对称设置，分别与上半匝(5)和下半匝(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述板式环向场磁体线圈还包括指形接头(4)，中心段(1)的上端与上横段(2)的内端通过指形接头(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述中心段(1)为L形，包括一体成型的垂直段和下横段，中心段(1)的垂直段的截面为内小外大的梯形，中心段(1)的垂直段顶端的径向尺寸小于托卡马克装置所有极向场线圈和真空室的最小径向尺寸；中心段(1)的下横段部分的截面为梯形过渡到矩形，最高点位置低于所有下极向场线圈底面。

4.根据权利要求3所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述上横段(2)的尺寸与中心段(1)的下横段的尺寸相同，结构对称，上横段(2)的截面为由内至外从梯形过渡到矩形。

5.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述中间匝(6)中的每匝铜板为折弯的铜板，通过中间匝(6)中的折弯铜板将相邻两匝的铜板串联起来，中间匝(6)的折弯形成匝间跳线结构，串联线圈内各匝铜板。

6.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述外弧段(3)还包括绝缘穿心螺栓(9)，绝缘穿心螺栓(9)与外弧段(3)上间隔设置的通孔相匹配。

7.根据权利要求2所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述指形接头(4)还包括加强过渡棒(10)，加强过渡棒(10)插入指形接头(4)两侧的指形结构上，加强过渡棒(10)螺栓与指形结构压紧连接。

8.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述外弧段(3)的上端面和下端面、上横段(2)的外端面及中心段(1)的下横段的外端面均为锯齿状斜面(11)，外弧段(3)的上端面与上横段(2)的外端面依靠锯齿状斜面(11)上的锯齿匹配连接，外弧段(3)的下端面与中心段(1)的下横段的外端面依靠锯齿状斜面(11)上的锯齿匹配连接。

9.根据权利要求8所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述锯齿状斜面(11)上均匀开设有螺孔，外弧段(3)的上端面与上横段(2)的外端面通过与螺孔匹配的螺栓紧固连接，外弧段(3)的下端面与中心段(1)的下横段的外端面通过与螺孔匹配的螺栓紧固连接。

10.根据权利要求1所述的一种可拆卸的大电流板式环向场磁体线圈，其特征在于，所述板式环向场磁体线圈还包括冷却铜管(12)，冷却铜管(12)嵌入并固定连接在中心段(1)、上横段(2)、外弧段(3)上加工的U形槽中。

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