CN115621033A - 适用于rebco双层带材和绝缘层的并绕装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置及方法，涉及高温超导线圈技术领域，包括第一REBCO放线轮、第二REBCO放线轮、绝缘层放线盘、收线轴，所述收线轴上安装有线圈骨架；至少一条REBCO带材绕制路径上设置有长度传感器；每条REBCO带材的绕制路径上均设置有张力传感器和张力控制系统，张力控制系统包括阻尼器、导轮盘、张力轮、张力轮导轨。本发明在提高工程电流密度的同时实现线圈的部分匝间绝缘，减小了在大电流密度下匝间分流的可能，并且通过张力控制系统准确控制绕制带材上的张力，避免由于绕制张力过大导致带材性能受损和退化，本发明对提高REBCO线圈的运行稳定性有着重要意义。

Description

适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置及方法

技术领域

本发明涉及高温超导线圈技术领域，更具体的说是涉及一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置及方法。

背景技术

第二代高温超导材料REBCO凭借其高不可逆场、高机械强度及商业化生产等优点，在高场超导磁体方面的应用越来越广。目前实现高场的有效途径是在低温超导磁体内部嵌套内插磁体，其中以REBCO带材绕制的线圈最为广泛。

REBCO内插线圈主要有绝缘带材和无绝缘带材绕制两种形式。内插线圈服役于低温超导磁体的内部，受限于低温磁体空间体积的大小。绝缘带材通过在超导裸带两面包裹聚酰亚胺胶带实现带材绝缘，包裹绝缘后会增大带材厚度，因此，在同样空间体积下，绝缘带材绕制的线圈匝数少，工程电流密度较低。无绝缘绕制的线圈工程电流密度高，但线圈在励磁时会存在磁场延迟现象，而且会因匝间分流的影响导致线圈在失超时存在不平衡力，导致线圈损坏。因此，采用无绝缘的双层REBCO超导带材和单层聚酰亚胺绝缘材料并绕而成超导线圈，在有限空间体积内，既可以提高线圈的工程电流密度，也实现了带材之间的绝缘，在一定程度上可以解决无绝缘线圈励磁时的磁场延迟现象。因此，如何实现针对REBCO双层超导带材和聚酰亚胺绝缘材料的并绕，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置及方法，用以绕制高温超导REBCO内插线圈。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，包括第一REBCO放线轮、第二REBCO放线轮、绝缘层放线盘、收线轴，所述收线轴上安装有线圈骨架；

所述第一REBCO放线轮通过自身放出的REBCO带材绕制在线圈骨架上，实现与收线轴的连接，构成第一绕制路径；

所述第二REBCO放线轮通过自身放出的REBCO带材绕制在线圈骨架上，实现与收线轴的连接，构成第二绕制路径；

所述绝缘层放线盘通过自身放出的绝缘层带材绕制在线圈骨架上，实现与收线轴的连接，构成第三绕制路径；

所述第一绕制路径、所述第二绕制路径中至少一条绕制路径上设置有长度传感器；

所述第一绕制路径和所述第二绕制路径上均设置有张力传感器和张力控制系统。

可选的，所述张力控制系统包括阻尼器、导轮盘、张力轮、张力轮导轨，所述阻尼器设置在收线轴底部，用于对绕制的带材施加预拉力；所述导轮盘用于向绕制的带材传递张力；所述张力轮设置在张力轮导轨上，用于对带材绕制过程中的张力进行调节。

可选的，所述张力传感器设置在收线轴与张力控制系统之间，用于检测绕制过程中REBCO带材上的实时张力；所述长度传感器用于检测绕制过程中REBCO带材的绕制长度。

可选的，所述收线轴底部设置有电机，用于控制收线轴的转速。

可选的，所述绝缘层放线盘上的绝缘层带材为聚酰亚胺绝缘层带材。

可选的，还包括显示装置，所述显示装置与长度传感器、张力传感器分别连接，用于显示张力传感器检测的REBCO带材实时张力、长度传感器检测的REBCO带材绕制长度。

可选的，还包括控制器，所述控制器与长度传感器、电机分别连接，用于依据REBCO带材绕制长度，控制电机的启停。

一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕方法，使用如上任一项所述的并绕装置进行绕制，具体包括以下步骤：

调节线圈骨架、第一REBCO放线轮、第二REBCO放线轮、绝缘层放线盘以及导轮盘的高度保持一致；

第一REBCO放线轮、第二REBCO放线轮提供两条REBCO带材，绝缘层放线盘提供一条绝缘层带材，通过不同的绕制路径，同时将两条REBCO带材和一条绝缘层带材起始端部固定在线圈骨架上；

开始绕制，并通过两条REBCO带材构成的绕制路径中的一条绕制路径上设置的长度传感器、张力传感器，监控和记录线圈绕制过程的REBCO带材实时张力、REBCO带材绕制长度；

通过张力控制系统调节REBCO带材绕制过程中的张力；

依据REBCO带材绕制长度，确定绕制匝数，当绕制匝数达到预定的目标值后，停止绕制；

将绕制好的线圈进行端部固定，从收线轴上取下。

经由上述的技术方案可知，本发明提供了一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的并绕装置及方法可以同时实现双层REBCO带材和绝缘层带材的绕制，REBCO放线轮和绝缘层放线盘可以提供2条REBCO超导带材和一条聚酰亚胺绝缘层带材；张力控制系统能够准确控制绕制带材上的张力，避免由于绕制张力过大导致带材性能受损和退化；长度传感器可以记录线圈绕制带材的长度，用来控制线圈的匝数和外径，保证达到预定的设计值。双层REBCO超导带材和聚酰亚胺绝缘层并绕的线圈，在提高工程电流密度的同时实现线圈的部分匝间绝缘，减小了在大电流密度下匝间分流的可能，对提高REBCO线圈的运行稳定性有着重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的装置结构示意图；

图2为本发明实施例的方法工艺流程图；

其中，1表示线圈骨架，2表示收线轴，3表示张力轮导轨，4表示第二REBCO放线轮，5表示张力传感器，6表示张力轮，7表示导轮盘，8表示长度传感器，9表示绝缘层放线盘，10表示REBCO带材，11表示绝缘层带材，12表示阻尼器，13表示第一REBCO放线轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，参见图1，包括第一REBCO放线轮13、第二REBCO放线轮4、绝缘层放线盘9、收线轴2，所述收线轴2上安装有线圈骨架1；

所述第一REBCO放线轮13通过自身放出的REBCO带材10绕制在线圈骨架1上，实现与收线轴2的连接，构成第一绕制路径；所述第二REBCO放线轮4通过自身放出的REBCO带材10绕制在线圈骨架1上，实现与收线轴2的连接，构成第二绕制路径；所述绝缘层放线盘9通过自身放出的绝缘层带材11绕制在线圈骨架1上，实现与收线轴2的连接，构成第三绕制路径；

所述第一绕制路径、所述第二绕制路径中至少一条绕制路径上设置有长度传感器8；所述第一绕制路径和所述第二绕制路径上均设置有张力传感器5和张力控制系统。参见图1所示为一种设置方式，其中部分装置未在图1中示出。

在本实施例中，所述绝缘层放线盘9上的绝缘层带材11为聚酰亚胺绝缘层带材。因此，本申请中的绕制带材包括两层REBCO超导带材和一层聚酰亚胺绝缘层带材，3条带材通过不同绕制路径同时在线圈骨架1上进行绕制。

所述张力控制系统包括阻尼器12、若干个导轮盘7、张力轮6、张力轮导轨3，所述阻尼器12设置在收线轴2底部，用于对绕制的带材施加预拉力；所述导轮盘7用于向绕制的带材传递张力；所述张力轮6设置在张力轮导轨3上，用于对带材绕制过程中的张力进行调节。所述张力传感器5设置在收线轴2与张力控制系统之间，用于检测绕制过程中REBCO带材10上的实时张力，并进行实时显示；所述长度传感器8用于检测绕制过程中REBCO带材10的绕制长度。所述收线轴2底部设置有电机，用于控制收线轴2的转速。

REBCO放线轮用来存放和提供绕制的REBCO带材10，两个放线轮可以提供两条REBCO带材10，通过不同的导轮盘7和张力控制系统同时绕制进线圈骨架1上面。绝缘层放线盘9用来存放和提供聚酰亚胺绝缘层材料，和两条REBCO超导带材进行并绕，实现带材之间的绝缘。

在具体实施过程中，所述装置还包括显示装置，所述显示装置与长度传感器8、张力传感器5分别连接，用于显示张力传感器5检测的REBCO带材10实时张力、长度传感器8检测的REBCO带材10绕制长度。

在具体实施过程中，所述装置还包括控制器，所述控制器与长度传感器8、电机分别连接，用于依据REBCO带材10绕制长度，控制电机的启停。

所述显示装置和所述控制器还可以集成为一体设置，例如计算机等，可以同时实现显示、处理数据、控制等功能。

在另一实施例中，还提供一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕方法，使用上述的并绕装置进行绕制，参见图2，具体包括以下步骤：

步骤1、首先调节线圈骨架1、各个放线轮以及导轮盘7的高度保持一致；

步骤2、第一REBCO放线轮13、第二REBCO放线轮4提供两条REBCO带材10，绝缘层放线盘9提供一条绝缘层带材11，通过不同的绕制路径，同时将两条REBCO带材10和一条绝缘层带材11起始端部固定在线圈骨架1上；

步骤3、启动电机开始绕制，并通过两条REBCO带材10构成的绕制路径中的一条绕制路径上设置的长度传感器8、张力传感器5，监控和记录线圈绕制过程的REBCO带材10实时张力、REBCO带材10绕制长度；

步骤4、通过张力控制系统调节REBCO带材10绕制过程中的张力；

步骤5、依据REBCO带材10绕制长度，确定绕制匝数，当绕制匝数达到预定的目标值后，停止绕制；

步骤6、将绕制好的线圈进行端部固定，从收线轴2上取下。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，包括第一REBCO放线轮(13)、第二REBCO放线轮(4)、绝缘层放线盘(9)、收线轴(2)，所述收线轴(2)上安装有线圈骨架(1)；

所述第一REBCO放线轮(13)通过自身放出的REBCO带材(10)绕制在线圈骨架(1)上，实现与收线轴(2)的连接，构成第一绕制路径；

所述第二REBCO放线轮(4)通过自身放出的REBCO带材(10)绕制在线圈骨架(1)上，实现与收线轴(2)的连接，构成第二绕制路径；

所述绝缘层放线盘(9)通过自身放出的绝缘层带材(11)绕制在线圈骨架(1)上，实现与收线轴(2)的连接，构成第三绕制路径；

所述第一绕制路径、所述第二绕制路径中至少一条绕制路径上设置有长度传感器(8)；

所述第一绕制路径和所述第二绕制路径上均设置有张力传感器(5)和张力控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，所述张力控制系统包括阻尼器(12)、导轮盘(7)、张力轮(6)、张力轮导轨(3)，所述阻尼器(12)设置在收线轴(2)底部，用于对绕制的带材施加预拉力；所述导轮盘(7)用于向绕制的带材传递张力；所述张力轮(6)设置在张力轮导轨(3)上，用于对带材绕制过程中的张力进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，所述张力传感器(5)设置在收线轴(2)与张力控制系统之间，用于检测绕制过程中REBCO带材(10)上的实时张力；所述长度传感器(8)用于检测绕制过程中REBCO带材(10)的绕制长度。

4.根据权利要求3所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，所述收线轴(2)底部设置有电机，用于控制收线轴(2)的转速。

5.根据权利要求1所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，所述绝缘层放线盘(9)上的绝缘层带材(11)为聚酰亚胺绝缘层带材。

6.根据权利要求1所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与长度传感器(8)、张力传感器(5)分别连接，用于显示张力传感器(5)检测的REBCO带材(10)实时张力、长度传感器(8)检测的REBCO带材(10)绕制长度。

7.根据权利要求4所述的一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与长度传感器(8)、电机分别连接，用于依据REBCO带材(10)绕制长度，控制电机的启停。

8.一种适用于REBCO双层带材和绝缘层的并绕方法，其特征在于，使用权利要求2-7任一项所述的并绕装置进行绕制，具体包括以下步骤：

调节线圈骨架(1)、第一REBCO放线轮(13)、第二REBCO放线轮(4)、绝缘层放线盘(9)以及导轮盘(7)的高度保持一致；

第一REBCO放线轮(13)、第二REBCO放线轮(4)提供两条REBCO带材(10)，绝缘层放线盘(9)提供一条绝缘层带材(11)，通过不同的绕制路径，同时将两条REBCO带材(10)和一条绝缘层带材(11)起始端部固定在线圈骨架(1)上；

开始绕制，并通过长度传感器(8)、张力传感器(5)，监控和记录线圈绕制过程的REBCO带材(10)实时张力、REBCO带材(10)绕制长度；

通过张力控制系统调节REBCO带材(10)绕制过程中的张力；

依据REBCO带材(10)绕制长度，确定绕制匝数，当绕制匝数达到预定的目标值后，停止绕制；

将绕制好的线圈进行端部固定，从收线轴(2)上取下。

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