CN116092820A - 核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕。在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在模具平台上，完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。使用自动包绕系统降低了劳动强度，提高了工作效率，其结构简单、设计合理，提高了线圈质量，保证了核聚变装置的稳定性。

Description

核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统

技术领域

本发明涉及核聚变技术领域，更具体地，涉及一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统。

背景技术

核聚变能凭借资源无限、清洁环保、不产生高放射性核废料等优点，成为人类未来的理想新能源。国际热核聚变实验堆ITER计划是当今世界最大的多边国际科技合作项目之一，其目的是通过建造反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术可行性，是实现未来商业用聚变能的关键一步。核聚变装置超导磁体的线圈是超重要的大型部件，其中有一种线圈为多层多匝的螺旋线圈，重量高达15吨以上，甚至达到几百吨。现有技术常采用人工的方式对线圈进行绝缘带包绕。可想而知，重达15吨的线圈，体积大、重量高，人工包绕的方式无法控制质量，且所需要的操作空间大，因此空间也受限。核聚变装置整体体积大，设备多，在检修时，往往耗时耗力，线圈作为核聚变装置的重要部件，出现质量问题，将会影响整个装置的运转。

经检索，以下专利跟核聚变装置超导磁体线圈绝缘相关：

1、专利号为202120529699.6，专利名称为一种超大螺旋跨匝线圈绕组绝缘包绕的拉开落模成型设备，本实用新型涉及超导模型线圈的加工技术领域，特别涉及一种超大螺旋跨匝线圈绕组绝缘包绕的拉开落模成型设备，包括支撑门架、上部支撑平台、下部落模平台、线圈吊装平行机构、内伸缩平台机构、外伸缩平台机构、线圈拉开旋转机架、线圈支撑内靠模、线圈支撑外靠模、下平台辅助支撑机构、上平台辅助支撑机构和电动升降机；本实用新型可直接完成CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)中经热处理后的Nb3 Sn内外线圈绕组导体逐层拉开落模，弥补了国内大尺寸、特殊成型结构的超导磁体线圈无法实施拉开包绝缘后重新入模的实施思路，且该设备可以完成保证落模后的磁体线圈满足特殊的尺寸精度及不会导致导体的截面变形，设备使用方便，并适合类似结构磁体线圈的工况使用。

2、专利号为201811593003.5，专利名称为一种超导磁体氦进管绝缘处理方法。磁体结构呈T形的变截面结构，在磁体不规则形状处填补G10，降低了因不规则形状带来的绝缘处理难度，为减小因形状不规则带来的绝缘处理缺陷而带来的绝缘电学性能下降，通过在金属导管周围设计并铺设裙摆形绝缘材料来弥补。本发明的特点是，绝缘结构简单，适用于T形变截面结构的超导磁体在真空压力浸渍前的绝缘材料包裹处理，满足复杂结构超导磁体在低温、真空环境下的高压绝缘特殊要求。

3、专利号为201811593061.8，专利名称为一种Y型尾端结构的超导磁体出线端的绝缘处理工艺。本发明公开了一种Y型尾端结构的超导磁体出线尾端的绝缘处理方法，根据出线尾端的特殊形状，在出线尾端上包绕绝缘叠包进行绝缘处理。本发明为线圈具备Y型几何结构的导体表面绝缘材料尺寸均匀和全包覆提供一种切实可行的解决方案。本发明的结构简单，能够保证绝缘强度及尺寸上的要求。

4、专利号为201910776517.2，专利名称为一种用于超导磁体S弯出线根部体绝缘处理工艺。对磁体S弯出线根部的绝缘，通过G10填充块进行填补，按照GKG结构在其部位紧密包裹住，最后固化成一整体。形成密闭的绝缘结构。本发明的结构特点是针对特殊部位绝缘处理的包绕，需要满足低温、真空耐电压的特殊要求。

以上所述的第1个专利，可直接完成CFETR中心螺管模型线圈(CSMC)中经热处理后的Nb3 Sn内外线圈绕组导体逐层拉开落模弥补了国内大尺寸、特殊成型结构的超导磁体线圈无法实施拉开包绝缘后重新入模的实施思路，且该设备可以完成保证落模后的磁体线圈满足特殊的尺寸精度及不会导致导体的截面变形，设备使用方便，并适合类似结构磁体线圈的工况使用。实际上，该设备公开了一种自动放线的设备，能实现大尺寸线圈的放线，但是该设备只实现了自动放线，放线后包绕线圈绝缘时，还是采用人工的方式，并且放线设备结构复杂，只在一定程度上降低了包绕线圈绝缘时的劳动强度。大尺寸线圈的吊装、线圈整形、绝缘包绕都没有涉及。其余三个专利虽涉及超导磁体线圈的绝缘包绕，但都未涉及整个线圈的绝缘包绕。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对核聚变超导磁体的线圈体积大、重量高，人工包绕质量难以保证、包绕周期长的不足，提供一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统。

一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈起降机构将线圈托起后，线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕；线圈起降机构放线的速度与包绕机构的旋转速度相匹配。

进一步地，在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在以包绕机构旋转中心为中心的模具平台上，设置于模具平台上的模具整形组件对落下来的线圈限位；完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。

进一步地，在所述包绕机构上设置线夹和包带头，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置一个线夹，使包带头垂直方向的位置固定，使线圈在层间过渡时不需要对包带头的垂直方向位置进行调节。

更进一步地，所述包带头能以包绕机构的旋转中心为圆心径向移动，在匝间过渡和层间过渡时，包带头沿径向移动。

进一步地，测量包绕机构旋转中心至包带头旋转中心的距离为R，已知包绕机构的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速

通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。

进一步地，直接使用工具测量包带头的行程，行程除以包带头运行时间获得包带头的行走速度，即为所述切向速度v，使用公式

通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。

进一步地，在模具平台的下方设置提升组件，随着模具平台上线圈越堆越高，提升组件驱动模具平台逐渐下降，避免完成包绕的线圈对线圈起降机构放下来的线圈造成干扰。

本发明还提供一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，包括：线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构、底座和控制系统；起吊装置将线圈吊送至线圈运送机构上；线圈运送机构和包绕机构安装于底座上，并能沿底座来回移动，线圈起降机构悬架于线圈运送机构和包绕机构之上；控制系统对线圈运送机构、线圈起降机构、包绕机构和底座的动作进行控制。

进一步地，线圈起降机构包括支撑门架系统和线圈起降组件，线圈起降组件安装于支撑门架系统，支撑门架系统包括顶面平台和用于支撑顶面平台的立柱，支撑门架系统立于地面上，使线圈起降组件悬架于线圈运送结构和包绕机构之上；线圈起降组件包括驱动装置一和托盘结构，驱动装置一安装于顶面平台；线圈起降组件包括内外两层放线装置，每个放线装置包括驱动装置一和托盘结构，托盘结构与驱动装置一的输出端连接；托盘结构包括驱动装置二和伸缩托盘，伸缩托盘的伸缩长度大于等于线圈的宽度；驱动装置一驱动托盘结构升降，驱动装置二驱动伸缩托盘伸入线圈底部将线圈托住；内层的伸缩托盘从线圈中心孔伸入线圈底部，外层伸缩托盘从线圈外层伸入线圈底部。

进一步地，包绕机构包括旋转组件、模具平台、包带组件和安装座，旋转组件和模具平台安装于安装座上，安装座安装于底座上；旋转组件穿过模具平台的中心、并与模具平台之间具有间隙，包带组件安装于旋转组件、并位于模具平台之上；包带组件包括线夹和包带头，线夹和包带头均安装于旋转组件上，旋转组件旋转带动线夹和包带头旋转，线夹夹住螺旋线，包带头对螺旋线包带，线夹的数量以保证螺旋型的线圈不晃动为准，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置有一个线夹，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置；包完绝缘带的螺旋线落位于模具平台上。

起吊装置将线圈吊送至线圈运送机构上，起吊装置可以为车间里面常用的行车。放置有线圈的线圈运送机构沿着底座移动至线圈起降机构正下方，线圈起降组件的驱动装置一驱动托盘结构下降，托盘结构的驱动装置二驱动伸缩托盘伸出将线圈托住。需要注意的是，内层和外层伸缩托盘共同将线圈托住，在放线时，位于内层伸缩托盘向线圈内侧方向收缩一个线宽，第一层线圈的最外侧一匝线圈分离，此时位于外层伸缩托盘向线圈内侧方向伸出一个线宽，外层伸缩托盘支撑的是第二层线圈。内层伸缩托盘托住下一层线圈并一匝一匝放线，外层伸缩托盘托住上一层线圈并一匝一匝将上一层线圈托住。

线圈托住后，线圈运送机构移开，包绕机构移动至线圈起降机构正下方，伸缩托盘放线后，将螺旋线穿过线夹和包带头，启动旋转组件和包带头开始包带，线夹将螺旋线夹住，旋转组件的旋转带动包带头和线夹沿着螺旋线包绕，包带完的螺旋线落在模具平台上。

需要注意的是，线夹的数量并不仅仅是分布于包带头的两侧，在旋转组件上设置有更多的线夹，其数量以保证螺旋型的线圈不晃动为准。

进一步地，线圈运送机构包括所述的模具平台和所述的安装座，还包括呈周向均布的支撑台，支撑台安装于模具平台上；线圈起降机构将线圈托住后，将支撑台拆卸。

本发明线圈运送机构和包绕机构并不是两个独立移动的机构，两者是一起来回移动的，线圈运送机构也包括包绕机构的模具平台和安装座，即也通过安装座与底座固定；线圈运动机构还包括用于支撑线圈的支撑台，支撑台呈周向均布，至少为三个，将线圈举起来移动至线圈起降机构的正下方，线圈起降机构将线圈托住后，将支撑台拆卸。即无需在底座上设置两个可移动机构分别用于送线和包线。起吊装置将线圈放置于支撑台上后，所述整体移动至线圈起降机构下方，此时位于线圈起降机构下方的为包绕机构及线圈运送机构。线圈起降组件将线圈托住后，再拆除支撑台，线圈运送机构完成线圈的运送，此时位于线圈起降机构下方的为包绕机构。

进一步地，驱动装置一包括依次传动连接的电机一，减速机一、丝杆一，托盘结构与丝杆一螺纹连接。电机一启动，减速机一的输出端固定有丝杆一，丝杆一的旋转运动转化为托盘结构的直线运动，实现托盘结构的升降。

更进一步地，丝杆一穿过顶面平台，并与顶面平台连接，电机一和减速机一位于顶面平台上；托盘结构位于顶面平台下。

更进一步地，线圈起降组件还包括导向杆一，导向杆一穿过顶面平台、并通过连接部件与丝杆一螺纹连接，丝杆一的转动同步带动导向杆一和托盘结构上下移动。

更进一步地，托盘结构还包括壳体，驱动装置二安装于壳体，导向杆一与壳体固定，丝杆一与壳体螺纹连接。

进一步地，顶面平台包括脚踏平台和焊接平台，线圈起降组件安装于焊接平台；焊接平台与脚踏平台固定连接；所述焊接平台由至少两块大小相同的方形板块拼接而成。

本发明所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统由于所包绕的线圈巨大，因此设备也非常之大，所述的脚踏平台为工作人员安装整个设备提供空间，安装线圈起降组件的焊接平台，由多块方形板块拼接而成，使焊接平台便于加工和安装。

更进一步地，方形板块的数量为四个，每块方形板块上安装有安装底板，方形板块上开有凹槽，安装底板的大小与凹槽相适配；每个方形板块的安装底板上分别安装有一对放线装置。

在安装时，先将方形板块一块一块与脚踏平台连接，再将两个放线装置安装于安装底板上，再将安装底板放置于方形板块的凹槽中并固定。

更进一步地，托盘结构通过螺母套与丝杆一螺纹连接；螺母套一端与托盘结构固定，另一端与丝杆一螺纹连接；所述螺母套为中空为螺母套的上下移动提供空间，螺母套的行程即为螺母套的长度。

进一步地，所述顶面平台的下方固定有“L”型的线圈引线挂具，“L”型的线圈引线挂具一端与顶面平台固定，另一端设置有凹槽用于容纳线圈的引线。

进一步地，所述立柱的数量为四根，立柱与地面接触的一端使用膨胀螺丝固定于底面，另一端支撑有顶面平台；四根立柱围成的四个面中，其中两个相对的面固定有剪刀叉加强筋，另两个相对的面固定有斜撑。

进一步地，相邻的两个托盘结构之间连接有拉杆一，拉杆一为刚性部件。所述拉杆一为刚性部件，拉杆一将内侧的四个托盘结构连接成一个整体，将外层的四个托盘结构连接成一个整体，使结构更加稳定。

进一步地，旋转组件包括旋转支撑件、旋转安装件和驱动装置三，旋转支撑件垂直安装于安装座，另一端固定有旋转安装件，驱动装置三安装于旋转支撑件，驱动装置三驱动安装架旋转；包带组件安装于旋转安装件。

更进一步地，驱动装置三包括依次传动连接的电机三、减速机三、主动齿轮和从动齿轮，从动齿轮的中心固定有输出轴；从动齿轮的旋转平面与安装架的旋转平面平行；所述旋转安装件与从动齿轮的输出轴固定，从动齿轮输出轴的旋转带动旋转安装件旋转。

更进一步地，所述旋转支撑件和旋转安装件均为笼型结构，笼型结构中安装有电气设备。

进一步地，所述安装座包括移动组件、箱体和操作平台组件；移动组件安装于底座上，移动组件包括移动板和驱动装置四，驱动装置四驱动移动板在底座上来回移动；箱体安装于移动板上，旋转组件安装于箱体上；操作平台组件包括脚手架、工作平台和楼梯；脚手架安装于移动板上；工作平台安装于脚手架上，楼梯的一端与地面接触，另一端与工作平台连接以便工作人员到达工作平台上；所述包绕机构的模具平台放置于工作平台上；旋转组件依次穿过模具平台和工作平台与箱体固定。

操作平台组件包括工作平台，并且模具平台放置于工作平台上，工作人员可通过楼梯进入工作平台上，进行设备的安装、调试，调整螺旋线，拆装支撑台等。

更进一步地，所述包绕机构还包括提升组件，提升组件安装于所述箱体，提升组件包括伸缩杆和驱动装置五，驱动装置五驱动伸缩杆的伸缩，箱体为中空，中空的箱体为伸缩杆的伸缩提供空间；伸缩杆的伸出端与模具平台固定，伸缩杆的伸缩带动模具平台的升降。

随着螺旋线的逐步包绕，螺旋线落位于模具平台上，模具平台上的螺旋线越堆越高，提升组件的作用是随着线圈越堆越高，提升组件带动模具平台逐渐下降。

进一步地，脚手架包括安装平台和安装于安装平台和工作平台之间的支撑组件，安装平台与移动板固定；支撑组件与地面接触，支撑组件与地面接触处设置有脚杯。支撑组件与地面接触，提供了较大的承载力。

更进一步地，工作平台的四周还安装有护栏。

更进一步地，伸缩杆的数量为四根，以模具平台的中心为中心均匀对称分布；驱动装置五包括电机五、减速机五和传动部件；传动部件包括减速机六和两根中间轴，减速机六的输入端和输出端垂直；所述减速机五具有两端输出端，减速机五的输出端分别连接有一个减速机六，减速机六的输出端又连接有中间轴；中间轴的端部设置有涡轮，所述伸缩杆上设置有与涡轮相啮合的螺纹；涡轮的转动带动伸缩杆的直线移动。此处使用一个电机五提供动力源，实现四根伸缩杆的同步伸缩。

更进一步地，提升组件还包括有导向杆二，导向杆二与模具平台垂直固定，导向杆二通过连接部件与伸缩杆固定，伸缩杆上下移动的同时带动导向杆二同步上下移动。

进一步地，模具平台上、靠近模具平台边缘处开有两个通孔，线圈两端的引线放入通孔中。

进一步地，模具平台为圆形，包括上封板、下封板及支撑于上封板和下封板之间的支撑板；上封板的下表面设置有加强结构，加强结构包括以模具平台为中心辐射分布的径向加强筋和模具平台中心为圆心的环向加强筋，径向加强筋和环向加强筋相交。

更进一步地，环向加强筋的数量至少为两层，最外层环向加强筋与支撑板之间还设置有以模具平台为中心辐射的小加强筋。

更进一步地，提升组件的导向杆二穿过下封板与径向加强筋固定连接，连接处设置有安装块。

进一步地，还包括模具整形组件，模具整形组件包括外整形组件和内整形组件，外整形组件由沿线圈外径周向均布的定位块组成，内整形组件均由沿线圈内径周向均布的定位块组成；定位块由定位板叠加而成，定位板的厚度等于线圈螺旋线的宽度，定位板的数量大于等于线圈的层数。

本发明的模具整形组件，在堆叠完一层线圈后，由人工进行安装。需要注意的是，本发明所述的线圈与普通的线圈不同，包带头包绕一层线圈需要耗费几天甚至十几天的时间，因此没必要设置自动化结构来进行线圈的整形。

更进一步地，相邻的定位板之间使用拉杆二连接；外整形组件中的定位块的位置与内整形组件中的定位块的位置对应；所述拉杆二为刚性部件。使用刚性部件拉杆二，将同一层的定位块连接成一个整体，使结构更加稳定。

进一步地，所述线夹和包带头与旋转组件可拆卸连接，其中线夹通过线夹支撑杆与旋转组件可拆卸连接，每个线夹对应的旋转组件位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整线夹支撑杆的竖向位置；其中包带头通过包带头支撑杆与旋转组件可拆卸连接，每个包带头对应的旋转组件位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整包带头支撑杆的竖向位置。

线圈包带完成后，移出包绕工位，线夹和包带头与旋转组件可拆卸连接，将线夹和包带头拆卸，拆卸模具整形组件，安装起吊板，使用起吊装置，将线圈吊离。

更进一步地，所述线夹为一对滚轮，两个滚轮平行，滚轮安装于线夹支撑杆上表面或者下表面使线夹支撑杆不对螺旋线形成干扰；滚轮两端通过连接件连接。两个滚轮之间具有间隙，线圈穿过间隙。

更进一步地，所述滚轮为长杆形状。所述滚轮包裹有软质材料，防止划伤线圈。

进一步地，所述包带头支撑杆上安装有驱动装置六，驱动装置六驱动包带头沿着包带头支撑杆径向移动；在包带头上安装有激光测距仪，实时检测包带头中心与线圈中心的距离数据；激光测距仪所获取的距离数据传送至控制系统，实时计算出包带头沿着包带头支撑杆的移动距离，以保证包带头包带点与线圈中心线重合。

在匝间过渡时，匝间线圈本来就是在同一平面上，因此垂直方向的距离无需调节，当匝间是从线盘外侧向里侧过渡时，包带头要向里侧移动；当匝间是从里侧向外侧过渡时，包带头向外侧移动。整个匝间过渡，垂直方向是无需调节的，只需要调节径向方向的距离。

在层间过渡时，从整个线圈的结构看，垂直方向是要调整的，但由于包带头两侧的线夹，两个线夹之间的线段始终在同一水平面上，因此即使是层间过渡也不必对螺旋线圈垂直方向进行调节。

综上所述，不管是匝间过渡还是层间过渡，包带头都只需要进行径向方向的调节，以保证包带头包带点与线圈中心线重合，保证包带质量。

在旋转安装件上安装有测距传感器，测量旋转安装件的中心至包带头旋转中心的距离为R，已知旋转安装件的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速

更进一步地，在包带头的一侧安装有一对测速滚轮，线圈穿过测速滚轮，测速滚轮与编码器连接，用于测量线圈的行程，行程除以时间获得线圈行走速度，即为包带头的切向速度v。

以上两种方法测得包带头的切向速度v，两种方法相比较，保证数据的可靠性。以上两种方法，在包带的过程中，控制系统根据线圈的切线速度v，调整包带头的转速，保证正确的叠包率。

进一步地，所述包带头上还设置有限位滚轮，限位滚轮位于线宽的两侧，线圈穿过测速滚轮后，再穿过限位滚轮，限位滚轮对线圈的宽度方向进行限位。

进一步地，所述包带头包括包带盘和磁粉制动器，磁粉制动器为包带提供恒张力，所述磁粉制动器与包带盘的带芯轴连接；磁粉制动器的中心固定有连接轴，连接轴的顶部开有凹槽，带芯轴插入凹槽中。

更进一步地，所述包带盘上还安装有超声波测距传感器检测带盘外径，带盘外径数据传至控制系统，控制系统根据磁粉制动器设定的张力输出相应扭矩，达到稳定的输出张力。

更进一步地，所述包带盘上还安装有用于安装超声波测距传感器的支架，支架位于包带盘的带盘和磁粉制动器之间，支架的一侧从带盘伸出位于带盘外侧、以便于超声波测距传感器位于带盘的侧面实时检测带盘外径。

更进一步地，所述包带盘上还安装有用于安装超声波测距传感器的支架，支架位于包带盘的带盘和磁粉制动器之间，支架的一侧从带盘伸出位于带盘外侧、以便于超声波测距传感器位于带盘的侧面实时检测带盘外径。

进一步地，驱动装置六包括电机六、丝杆六和丝母六，所述包带头安装座与丝母六固定，电机六驱动丝杆六旋转带动丝母六直线移动，丝杆六沿旋转安装件的旋转中心呈径向设置。

进一步地，在丝杆六的两侧分别设置有导向杆三，所述包带头安装座的顶部、丝杆六的两侧固定有与导向杆三相适配的导向槽。

进一步地，驱动装置四包括电机四、减速机四和传动结构，传动结构包括固定于减速机四输出端的齿轮、设置于所述底座上的齿条、以及与齿条平行的两条直线导轨；电机四和减速机四安装于所述移动板，移动板底面还设置有一对与直线导轨相适配的导向槽；所述齿轮转动，齿轮带动与其相啮合的齿条移动，从而使移动板在底座上来回移动。

进一步地，直线导轨的两端分别设置有限位块。

本发明相对现有技术具有以下有益效果：

本发明首先提供一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法及系统，解决现有核聚变超导磁体的线圈体积大、重量高，人工包绕质量难以保证、包绕周期长的技术问题。通过线圈运送机构将线圈送入包绕工位，通过线圈起降机构托住、支撑线圈，线圈起降机构放线；线圈下放后，包绕机构的线夹将线固定，为包绕做准备，包绕机构沿线圈螺旋方向边旋转边包绕，直至将线圈包扎完成；包绕完成的线圈落入模具平台上，当层包绕完成后，内外整形模具对线圈进行整形；包扎完成后，移出包绕工位，拆卸滚轮及包带头，安装起吊板，拆卸整形模具，将线圈吊离现有工位，准备下一个线圈包绕；底座承担线圈运送机构和包绕机构的重量并负责两者的移动；控制系统对线圈运送机构、线圈起降机构、包绕机构和底座的动作进行控制。所述自动包绕系统代替人工包绕，降低了劳动强度，提高了工作效率，其结构简单、设计合理，充分考虑了大型线圈包绕的实际工况。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统(上料工位)。

图2是核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统(包绕工位)。

图3是支撑门架系统结构图。

图4是线圈起降组件和焊接平台安装结构图。

图5是包绕机构和安装座结构图。

图6是旋转安装件和包带组件结构图。

图7是线圈起降组件结构图。

图8是旋转支撑件和驱动装置三结构图。

图9是移动板、驱动装置四、箱体结构图。

图10是操作平台组件结构图。

图11是移动板、箱体、提升组件结构图。

图12是模具平台内部、旋转支撑件、箱体、提升组件结构图。

图13是模具平台、模具整形组件、线圈结构图。

图14是线夹和线夹支撑杆结构图。

图15是拉杆二和定位板连接结构图。

图16是底座、移动板、箱体结构图。

图17是底座、安装座结构图。

图18是外层伸缩托盘、内层伸缩托盘、线圈位置图。

图19是核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统工作流程。

图20是包带头和包带头支撑杆结构图。

图21是包带盘结构图。

图22是图22包带盘截面图。

1、支撑台110。

2、线圈起降机构200：

支撑门架系统210：脚踏平台212，焊接平台安装处213，方形板块2131，安装底板2132；立柱214；剪刀叉加强筋215；斜撑216；线圈引线挂具217。

线圈起降组件220，放线装置221，电机一2211，减速机一2212、丝杆一2213；导向杆一222；拉杆一223；螺母套225；托盘结构226，驱动装置二2261，伸缩托盘2262，外层伸缩托盘2262a，内层伸缩托盘2262b，壳体2263。

3、包绕机构：

旋转组件310：旋转安装件311，驱动装置三，电机三3121，减速机三3122，主动齿轮3123，从动齿轮3124，旋转支撑件313；

模具平台320：通孔321，上封板322，下封板323，支撑板324，径向加强筋325，环向加强筋326，小加强筋327，安装块328；

包带组件330：线夹331，线夹支撑杆332；包带头333，包带头支撑杆334；

激光测距仪333a，包带头安装座333b，包带盘333d，带芯轴333d1，带盘333d2，磁粉制动器333e，连接轴333e1，电机六333f，丝杆六333g，丝母六333h，导向杆三333i，导向槽333j，限位块333k，测速滚轮333m，超声波测距传感器333n，支架333o，限位滚轮333p。

提升组件340，伸缩杆341，导向杆二343；电机五344，减速机五345，减速机六346，中间轴347。

安装座350：移动板3511，电机四3512，减速机四3513，齿条3514，直线导轨3515，齿轮3516；箱体352；操作平台组件353，安装平台3533，支撑组件3534，工作平台3535，楼梯3536，护栏3537，万向轮3538。

4、底座400：限位块410。

5、模具整形组件：外整形组件510，内整形组件520，定位块530，定位板5301，拉杆二540。

6、线圈600，第一层线圈610，第一层线圈的最外侧一匝线圈611，第二层线圈620。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例

一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈起降机构将线圈托起后，线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕；线圈起降机构放线的速度与包绕机构的旋转速度相匹配。

在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在以包绕机构旋转中心为中心的模具平台上，设置于模具平台上的模具整形组件对落下来的线圈限位；完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。

在所述包绕机构上设置线夹和包带头，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置一个线夹，使包带头垂直方向的位置固定，使线圈在层间过渡时不需要对包带头的垂直方向位置进行调节。

所述包带头能以包绕机构的旋转中心为圆心径向移动，在匝间过渡和层间过渡时，包带头沿径向移动。

在模具平台的下方设置提升组件，随着模具平台上线圈越堆越高，提升组件驱动模具平台逐渐下降，避免完成包绕的线圈对线圈起降机构放下来的线圈造成干扰。

本实施例所述核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法通过以下所述核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统实现，结合附图，具体分析如下：

一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，如图1和图2所示，包括：线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构200、底座400和控制系统；起吊装置将线圈吊送至线圈运送机构上；线圈运送机构和包绕机构安装于底座400上，并能沿底座400来回移动，线圈起降机构200悬架于线圈运送机构和包绕机构之上；控制系统对线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构200和底座400的动作进行控制；

如图2所示，线圈起降机构200包括支撑门架系统210和线圈起降组件220，线圈起降组件220安装于支撑门架系统210，如图3所示，支撑门架系统210包括顶面平台和用于支撑顶面平台的立柱214，支撑门架系统210立于地面上，使线圈起降组件220悬架于线圈运送结构和包绕机构之上；如图4所示，线圈起降组件220包括驱动装置一和托盘结构226，驱动装置一安装于顶面平台；线圈起降组件包括内外两层放线装置221，每个放线装置221包括驱动装置一和托盘结构226，托盘结构226与驱动装置一的输出端连接；托盘结构226包括驱动装置二2261和伸缩托盘2262，伸缩托盘2262的伸缩长度大于等于线圈的宽度；驱动装置一驱动托盘结构226升降，驱动装置二2261驱动伸缩托盘2262伸入线圈底部将线圈托住；内层的伸缩托盘2262b从线圈中心孔伸入线圈底部，外层伸缩托盘2262a从线圈外侧伸入线圈底部。

如图5所示，包绕机构包括旋转组件310、模具平台320、包带组件330和安装座350，旋转组件310和模具平台320安装于安装座350上，安装座350安装于底座400上；旋转组件310穿过模具平台320的中心、并与模具平台320之间具有间隙，包带组件330安装于旋转组件310，并位于模具平台320之上；如图6所示，包带组件330包括线夹331和包带头333，线夹331和包带头333均安装于旋转组件310上，旋转组件310旋转带动线夹331和包带头333旋转，线夹331夹住螺旋线，包带头333对螺旋线包带，线夹331的数量以保证螺旋型的线圈不晃动为准，包带头333的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头333排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；如图6所示，每个包带头333的两侧分别布置有一个线夹331，使包带头333在固定的位置包带；线夹331和包带头333根据螺旋型线圈的螺旋方向布置；包完绝缘带的螺旋线落位于模具平台320上。

线圈运送机构包括所述的模具平台320和所述的安装座350，还包括呈周向均布的支撑台110，支撑台110安装于模具平台320上；线圈起降机构200将线圈托住后，将支撑台110拆卸。

如图1所示，此时位于底座400上的是线圈运送机构，包括安装座350、模具平台320和支撑台110。如图2所示，是拆除支撑台110后的结构，此时位于底座400上的是包绕机构，包括安装座350、模具平台320、旋转组件310和包带组件330。第一种情况为上料工位，第二种情况为包绕工位。在上料工位时，旋转组件310也可以提前安装，底座400移入包绕工位后，线圈起降机构200托住线圈，拆除支撑台110，再在旋转组件310上安装包带组件330。

如图7所示，驱动装置一包括依次传动连接的电机一2211，减速机一2212、丝杆一2213，托盘结构226与丝杆一2213螺纹连接。

丝杆一2213穿过顶面平台，并与顶面平台连接，电机一2211和减速机一2212位于顶面平台上；托盘结构226位于顶面平台下。

起降结构还包括导向杆一222，导向杆一222穿过顶面平台、并通过连接部件与丝杆一2213螺纹连接，丝杆一2213的转动同步带动导向杆一222和托盘结构226上下移动。

托盘结构226还包括壳体2263，驱动装置二2261安装于壳体2263，导向杆一222与壳体2263固定，丝杆一与壳体2263螺纹连接。

如图3和图4所示，顶面平台包括脚踏平台212和焊接平台(标号213为焊接平台安装处)，如图3所示，脚踏平台212中心留有空间用于安装焊接平台。线圈起降组件安装于焊接平台；焊接平台与脚踏平台212固定连接；如图4所示，所述焊接平台由四块大小相同的方形板块2131拼接而成。每块方形板块2131上安装有安装底板2132，方形板块2131上开有凹槽，安装底板2132的大小与凹槽相适配；每个方形板块2131的安装底板2132上分别安装有一对放线装置221。

如图7所示，托盘结构226通过螺母套225与丝杆一2213螺纹连接；螺母套225一端与托盘结构226固定，另一端与丝杆一螺纹连接；所述螺母套225为中空为螺母套225的上下移动提供空间，螺母套225的行程即为螺母套225的长度。

如图3所示，所述顶面平台的下方固定有“L”型的线圈引线挂具217，“L”型的线圈引线挂具217一端与顶面平台固定，另一端设置有凹槽用于容纳线圈的引线。

如图3所示，所述立柱214的数量为四根，立柱214与地面接触的一端使用膨胀螺丝固定于底面，另一端支撑有顶面平台；四根立柱214围成的四个面中，其中两个相对的面固定有剪刀叉加强筋215，另两个相对的面固定有斜撑216。

如图4所示，相邻的两个托盘结构226之间连接有拉杆一223，拉杆一223为刚性部件。所述拉杆一223为刚性部件，拉杆一223将内侧的四个托盘结构226连接成一个整体，将外层的四个托盘结构226连接成一个整体，使结构更加稳定。

如图6和图8所示，旋转组件310包括旋转支撑件313、旋转安装件311和驱动装置三，旋转支撑件313垂直安装于安装座350，另一端固定有旋转安装件311，如图8所示，驱动装置三安装于旋转支撑件313，驱动装置三驱动安装架旋转；如图6所示，包带组件330安装于旋转安装件311。

如图6和图8所示，所述旋转支撑件和旋转安装件均为笼型结构，笼型结构中安装有电气设备。

如图8所示，驱动装置三包括依次传动连接的电机三3121、减速机三3122、主动齿轮3123和从动齿轮3124，从动齿轮3124的中心固定有输出轴；从动齿轮3124的旋转平面与安装架的旋转平面平行；所述旋转安装件311与从动齿轮3124的输出轴固定，从动齿轮3124输出轴的旋转带动旋转安装件311旋转。

如图2所示，所述安装座350包括移动组件、箱体352和操作平台组件353(图10)；移动组件安装于底座400上，如图9所示，移动组件包括移动板3511和驱动装置四，驱动装置四驱动移动板3511在底座400上来回移动；箱体352安装于移动板3511上，旋转组件310安装于箱体352上；如图10所示，操作平台组件353包括脚手架、工作平台3535和楼梯3536；脚手架安装于移动板3511上；工作平台3535安装于脚手架上，楼梯3536的一端与地面接触，另一端与工作平台3535连接以便工作人员到达工作平台3535上；所述包绕机构的模具平台320放置于工作平台3535上；旋转组件310依次穿过模具平台320和工作平台3535与箱体352固定。

如图11和图12所示，所述包绕机构还包括提升组件340，提升组件340安装于所述箱体352，提升组件340包括伸缩杆341和驱动装置五，驱动装置五驱动伸缩杆341的伸缩，箱体352为中空，中空的箱体352为伸缩杆341的伸缩提供空间；伸缩杆341的伸出端与模具平台320固定，伸缩杆341的伸缩带动模具平台320的升降。

如图10所示，脚手架包括安装平台3533和安装于安装平台3533和工作平台3535之间的支撑组件3534，安装平台3533与移动板3511固定；支撑组件3534与地面接触，支撑组件3534与地面接触处设置有脚杯。支撑组件3534与地面接触，提供了较大的承载力。

工作平台3535的四周还安装有护栏3537。

如图11和图12所示，伸缩杆341的数量为四根，以模具平台320的中心为中心均匀对称分布；驱动装置五包括电机五344、减速机五345和传动部件；传动部件包括减速机六346和两根中间轴347，减速机六346的输入端和输出端垂直；所述减速机五345具有两端输出端，减速机五345的输出端分别连接有一个减速机六346，减速机六346的输出端又连接有中间轴347；中间轴347的端部设置有涡轮，所述伸缩杆341上设置有与涡轮相啮合的螺纹；涡轮的转动带动伸缩杆341的直线移动；伸缩杆341的端部固定有固定板342，固定板342也与模具平台320固定。

提升组件还包括有导向杆二343，导向杆二343与模具平台320垂直固定，导向杆二343通过连接部件与伸缩杆341固定，伸缩杆341上下移动的同时带动导向杆二343同步上下移动。

如图13所示，模具平台320上、靠近模具平台320边缘处开有两个通孔321，线圈的两端的引线放入通孔321中。模具平台320为圆形，包括上封板322、下封板323及支撑于上封板322和下封板323之间的支撑板324；如图12所示，上封板322的下表面设置有加强结构，加强结构包括以模具平台320为中心辐射分布的径向加强筋325和模具平台320中心为圆心的环向加强筋326，径向加强筋325和环向加强筋326相交。

如图12所示，环向加强筋326的数量为两层，最外层环向加强筋326与支撑板324之间还设置有以模具平台320为中心辐射的小加强筋327。提升组件340的导向杆二343穿过下封板323与径向加强筋325固定连接，连接处设置有安装块328。

如图13所示，还包括模具整形组件，模具整形组件包括外整形组件510和内整形组件520，外整形组件510由沿线圈外径周向均布的定位块530组成，内整形组件520均由沿线圈内径周向均布的定位块530组成；定位块530由定位板5301叠加而成，定位板5301的厚度等于线圈螺旋线的宽度，定位板5301的数量大于等于线圈的层数。

如图13所示，相邻的定位板5301之间使用拉杆二540连接；外整形组件510中的定位块530的位置与内整形组件520中的定位块530的位置对应；所述拉杆二540为刚性部件。使用刚性部件拉杆二540，将同一层的定位块530连接成一个整体，使结构更加稳定。

所述线夹331和包带头333与旋转组件310可拆卸连接，如图6和图14所示，其中线夹331通过线夹支撑杆332与旋转组件310可拆卸连接，每个线夹331对应的旋转组件310位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整线夹支撑杆332的竖向位置；如图6所示，其中包带头333通过包带头支撑杆334与旋转组件310可拆卸连接，每个包带头333对应的旋转组件310位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整包带头支撑杆334的竖向位置。

如图14所示，所述线夹331为一对滚轮，两个滚轮平行，滚轮安装于线夹支撑杆332上表面或者下表面使线夹支撑杆332不对螺旋线形成干扰；滚轮两端通过连接件连接。两个滚轮之间具有间隙，线圈穿过间隙。所述滚轮为长杆形状。滚轮包裹有软质材料，防止划伤线圈。

所述包带头支撑杆上安装有驱动装置六，如图20所示，驱动装置六驱动包带头沿着包带头支撑杆334径向移动；在包带头333上安装有激光测距仪333a，实时检测包带头333中心与线圈中心的距离数据；激光测距仪333a所获取的距离数据传送至控制系统，实时计算出包带头333沿着包带头支撑杆334的移动距离，以保证包带头333包带点与线圈中心线重合。

在旋转安装件上安装有测距传感器，测量旋转安装件的中心至包带头旋转中心的距离为R，已知旋转安装件的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速

如图20所示，在包带头333的一侧安装有一对测速滚轮333m，线圈穿过测速滚轮333m，测速滚轮333m与编码器连接，用于测量线圈行程，行程除以时间获得线圈行走速度，即为包带头333的切向速度v，同样使用以上的公式获得包带头转速V。

所述包带头333上还设置有限位滚轮333p，限位滚轮333p位于线宽的两侧，线圈穿过测速滚轮333m后，再穿过限位滚轮333p，限位滚轮333p对线圈的宽度方向进行限位。如图20所示，测速滚轮333m和限位滚轮333p均为圆柱形滚轮，测速滚轮333m沿横向布置，限位滚轮333p沿垂向布置，两种滚轮方向垂直。

所述包带头包括包带盘333d和磁粉制动器333e，磁粉制动器333e为包带提供恒张力，所述磁粉制动器333e与包带盘333d的带芯轴333d1连接；如图22所示，磁粉制动器333e的中心固定有连接轴333e1，连接轴333e1的顶部开有凹槽，带芯轴333d1插入凹槽中。

如图21所示，所述包带盘333d上还安装有超声波测距传感器333n检测带盘333d2外径，带盘333d2外径数据传至控制系统，控制系统根据磁粉制动器333e设定的张力输出相应扭矩，达到稳定的输出张力。

如图21和图22所示，所述包带盘333d上还安装有用于安装超声波测距传感器333n的支架333o，支架333o位于包带盘333d的带盘333d2和磁粉制动器333e之间，如图22所示，支架333o的一侧从带盘333d2伸出位于带盘333d2外侧、以便于超声波测距传感器333n位于带盘333d2的侧面实时检测带盘333d2外径。如图22所示，支架与磁粉制动器、支架的形状相适配，并对磁粉制动器和支架进行横向、垂向定位。

如图20所示，驱动装置六包括电机六333f、丝杆六333g和丝母六333h，所述包带头安装座333b与丝母六333g固定，电机六333f驱动丝杆六333g旋转带动丝母六333h直线移动，丝杆六333g沿旋转安装件311的旋转中心呈径向设置。

在丝杆六333g的两侧分别设置有导向杆三333i，所述包带头安装座333b的顶部、丝杆六333g的两侧固定有与导向杆三333i相适配的导向槽333j。如图20所示，所述每侧具有两节导向槽333j。如图21所示，在包带头安装座上还设置有限位块333k，对包带头333的移动进行限位。

如图16和图17所示，驱动装置四包括电机四3512、减速机四3513和传动结构，传动结构包括固定于减速机四3513输出端的齿轮3516、设置于所述底座400上的齿条3514、以及及与齿条3514平行的两条直线导轨3515；电机四3512和减速机四3513安装于所述移动板3511，移动板3511底面还设置有一对与直线导轨3515相适配的导向槽；所述齿轮3516转动，齿轮3516带动与其相啮合的齿条3514移动，从而使移动板3511在底座400上来回移动。

本申请由于所包绕的线圈巨大，主要解决的技术问题是降低劳动强度，提高包绕质量、提高生产效率。为解决这些技术问题，首先设置有线圈运送机构，吊运装置行车将线圈吊运至线圈运送机构上，驱动装置四驱动移动板3511带动线圈运送机构移动至线圈起降机构200正下方。为了简化设备结构，线圈运送机构和包绕机构为一体，为防止零件之间的相互干涉，在上料工位时，没有安装包带组件330，底座400移动至包绕工位、线圈被线圈起降机构200托起后，线圈运送机构完成了其功能，此时拆除支撑台110，底座400上此时安装的为包绕机构，即此时位于线圈起降机构200正下方的为包绕机构。

接下来，线圈起降机构200负责支撑线圈和放线，线圈起降机构200包括有支撑门架系统210和线圈起降组件，具有足够的刚强度支撑线圈，线圈起降组件包括有四组八个托盘结构226，能实现自动放线，本申请的巧妙之处就在于放线的结构。具体是：四组托盘结构226，每一组分别包括一个外层伸缩托盘2262a和一个内层伸缩托盘2262b，如图18所示，外层伸缩托盘2262a和内层伸缩托盘2262b一起托于线圈的底部，位于内层的伸缩托盘2262b向线圈内侧方向收缩一个线宽，第一层线圈610的最外侧一匝线圈611分离，此时位于外层伸缩托盘2262a向线圈内侧方向伸出一个线宽，外层伸缩托盘2262a支撑的是第二层线圈620。内层伸缩托盘2262b托住第一层线圈610并一匝一匝放线，外层伸缩托盘2262a托住第二层线圈620并一匝一匝将上一层线圈托住。在放第二层线圈时，外层伸缩托盘2262a和内层伸缩托盘2262b的动作则反过来，外层伸缩托盘2262a逐步一匝一匝收缩，内层伸缩托盘2262b一匝一匝伸出。在放第三层线圈时，内外伸缩托盘又重复第一层的动作，直至放线完成。

线圈起降机构200放线后，人工将线圈引线一端依次穿过线夹331和包带头333。

本实施例所述的线圈600需要包绕三层绝缘，因此沿螺旋线从低到高的方向分别设置有三个包带头，如图6所示。包线时，包带头333的两侧分别有一个线夹331，在包绕过程中，线夹331整体和包带头333整体是不会垂向和横向移动的，旋转组件310的旋转带动包带头333和线夹331沿着螺旋线旋转，包带头333两侧的线夹331保证了包带头333的包绕位置不变，控制控制伸缩托盘2262的伸缩长度和包绕速度相适配。线圈下方的线夹滚轮需承接线圈并拉开下放线圈与未下放线圈的距离，为包绕留出空间。

包绕完的螺旋线逐渐落位于模具平台320上。模具整形组件的外整形组件510和内整形组件520对线圈进行定型。模具整形组件由人工安装，模具平台320上设置有定位孔，用于模具整形组件定位块530的安装。定位块530由定位板5301叠加而成，每完成一层线圈的包绕，叠加一周定位板5301，相邻的定位板5301之间连接有拉杆二540，使模具整形组件形成一个整体。

本申请的线圈需要包绕三层绝缘带，第一层为玻璃丝带、第二层为复合带、第三层为玻璃丝带，其中，第二层的复合带包括两种绝缘带，因此第二个包带头上设置有两个包带盘，两个包带盘的绝缘带复合后，再一起包绕在线圈上。

由于线圈的层数很多，每一层又有很多匝，在线圈包绕过程中，还存在匝间和层间过渡的问题，特别是所述线圈放线后呈螺旋状，如何保证绝缘带的顺利包绕、匝间过渡、层间过渡。这是本申请的又一巧妙之处，在包带头的两侧设置长滚轮状的线夹，两个线夹对垂向位置进行限位，在调整包带头时，只需要进行径向调节。在包绕过程中，只需要进行实时径向调节即可。本申请在包带头上设置激光测距仪，将实时信息传送至控制系统，控制系统控制包带头的移动距离。

带盘张力控制有超声波测距传感器检测带盘外径，磁粉制动器根据设定的张力输出相应扭矩，达到稳定的输出张力。

随着线圈起降机构200的放线，线圈起降机构200和模具平台320之间距离越来越大，在模具平台320下设置有提升组件340，随着包绕的进行，提升组件340带动模具平台320逐渐上升，模具平台320的上升速度与放线速度相匹配，由控制系统控制。

为便于包带组件330和模具整形组件的安装、调试、拆卸，还设置操作平台组件353，操作平台组件353包括工作平台3535，工作人员站在工作平台3535上进行操作；包括脚手架，用于支撑工装平台；包括楼梯3536，方便工作人员进入工作平台3535；在工作平台3535上还安装有护栏3537，保证工作人员的安全。

由于整个设备很大，考虑到设备的安装和零件的加工，所述支撑门架系统210包括有脚踏平台212，工作人员站在脚踏平台212上对线圈起降组件进行安装、调试。

完成一个线圈的包绕后，底座400移出包绕工位，拆卸线夹331和包带头333，拆卸模具整形组件，在线圈上下安装起吊板，将线圈吊离，准备下一个线圈的包绕。

本申请能实现线圈的上料、放线、包绕、整形和吊离，并且设置工作平台3535便于工作人员安装、调试、操作包绕组件，优选地还可以在工作平台3535上放置控制设备，便于核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统的调试、关闭、启动。

操作流程如下(如图19所示)：

1、线圈吊装：将线圈固定在支撑台110，送进包绕工位，并用四组托盘结构226支撑线圈。

2、线圈拉开：将线圈上引线在现有基础上拉开一定距离(直径3800mm)，并用线圈引线挂具217固定，将线圈下放2.5匝，匝间距离为500mm，并用线夹331固定，为包绕做准备。

3、线圈包绕：旋转组件310旋转，包带头333沿线圈螺旋方向包绕，直至将线圈包扎完成。

4、线圈落模整形：包绕完成的线圈落入模具平台320上，当层包绕完成后，10组内外整形模具对线圈内外进行整形。

5、线圈吊离：线圈包扎完成后，移出包绕工位，拆卸滚轮及包带头333，安装起吊板，拆卸模具整形组件，将线圈吊离上料工位，准备下一个线圈包绕。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。

Claims (22)

1.一种核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，使用起吊设备将线圈吊运至线圈运送机构上，线圈运送机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构将线圈从线圈运送机构上托起；线圈起降机构将线圈托起后，线圈运送机构从线圈起降机构下方移开，将包绕机构移动至线圈起降机构之下，线圈起降机构放线，包绕机构向线圈螺旋方向旋转对线圈进行绝缘包绕；线圈起降机构放线的速度与包绕机构的旋转速度相匹配。

2.根据权利要求1所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在包绕机构下方设置模具平台，包绕完成的线圈落在以包绕机构旋转中心为中心的模具平台上，设置于模具平台上的模具整形组件对落下来的线圈限位；完成包绕的线圈从线圈起降机构下方移出，起吊设备将完成包绕的线圈吊离。

3.根据权利要求1所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在所述包绕机构上设置线夹和包带头，线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置一个线夹，使包带头垂直方向的位置固定，使线圈在层间过渡时不需要对包带头的垂直方向位置进行调节。

4.根据权利要求3所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，所述包带头能以包绕机构的旋转中心为圆心径向移动，在匝间过渡和层间过渡时，包带头沿径向移动。

5.根据权利要求4所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，测量包绕机构旋转中心至包带头旋转中心的距离为R，已知包绕机构的旋转角速度为ω，求得包带头的切向速度v＝Rω，根据包带要求的叠包率为η，绝缘带宽为W，求得包带头转速

通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。

6.根据权利要求5所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，直接使用工具测量包带头的行程，行程除以包带头运行时间获得包带头的行走速度，即为所述切向速度v，使用公式

通过控制包带头转速v，保证叠包率为设定的数值。

7.根据权利要求2所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法，其特征在于，在模具平台的下方设置提升组件，随着模具平台上线圈越堆越高，提升组件驱动模具平台逐渐下降，避免完成包绕的线圈对线圈起降机构放下来的线圈造成干扰。

8.一种实现权利要求1～7任一项所述核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕方法的装置，其特征在于，包括：线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构、底座和控制系统；线圈运送机构和包绕机构安装于底座上，并能沿底座来回移动，线圈起降机构悬架于线圈运送机构和包绕机构之上；控制系统对线圈运送机构、包绕机构、线圈起降机构和底座的动作进行控制。

9.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，线圈起降机构包括支撑门架系统和线圈起降组件，线圈起降组件安装于支撑门架系统，支撑门架系统包括顶面平台和用于支撑顶面平台的立柱，支撑门架系统立于地面上，使线圈起降组件悬架于线圈运送结构和包绕机构之上；线圈起降组件包括驱动装置一和托盘结构，驱动装置一安装于顶面平台；线圈起降组件包括内外两层放线装置，每个放线装置包括驱动装置一和托盘结构，托盘结构与驱动装置一的输出端连接；托盘结构包括驱动装置二和伸缩托盘，伸缩托盘的伸缩长度大于等于线圈的宽度；驱动装置一驱动托盘结构升降，驱动装置二驱动伸缩托盘伸入线圈底部将线圈托住；内层的伸缩托盘从线圈中心孔伸入线圈底部，外层伸缩托盘从线圈外侧伸入线圈底部。

10.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，包绕机构包括旋转组件、模具平台、包带组件和安装座，旋转组件和模具平台安装于安装座上，安装座安装于底座上；旋转组件穿过模具平台的中心、并与模具平台之间具有间隙，包带组件安装于旋转组件，并位于模具平台之上；包带组件包括线夹和包带头，线夹和包带头均安装于旋转组件上，旋转组件旋转带动线夹和包带头旋转，线夹夹住螺旋线，包带头对螺旋线包带，包带头的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头的两侧分别至少布置有一个线夹；线夹和包带头根据螺旋型线圈的螺旋方向布置；包完绝缘带的螺旋线落位于模具平台上。

11.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，线圈运送机构包括所述的模具平台和所述的安装座，还包括呈周向均布的支撑台，支撑台安装于模具平台上；线圈起降机构将线圈托住后，将支撑台拆卸。

12.根据权利要求10所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述线夹和包带头与旋转组件可拆卸连接，其中线夹通过线夹支撑杆与旋转组件可拆卸连接，每个线夹对应的旋转组件位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整线夹支撑杆的竖向位置；其中包带头通过包带头支撑杆与旋转组件可拆卸连接，每个包带头对应的旋转组件位置上开有沿竖向分布的安装孔，以便根据螺旋线的位置调整包带头支撑杆的竖向位置。

13.根据权利要求12所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述包带头支撑杆上安装有驱动装置六，驱动装置六驱动包带头沿着包带头支撑杆径向移动；在包带头上安装有激光测距仪，实时检测包带头中心与线圈中心的距离数据；激光测距仪所获取的距离数据传送至控制系统，实时计算出包带头沿着包带头支撑杆的移动距离，以保证包带头包带点与线圈中心线重合。

14.根据权利要求9所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，顶面平台包括脚踏平台和焊接平台，线圈起降组件安装于焊接平台；焊接平台与脚踏平台固定连接；所述焊接平台由至少两块大小相同的方形板块拼接而成。

15.根据权利要求9所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述顶面平台的下方固定有“L”型的线圈引线挂具，“L”型的线圈引线挂具一端与顶面平台固定，另一端设置有凹槽用于容纳线圈的引线。

16.根据权利要求10所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述安装座包括移动组件、箱体和操作平台组件；移动组件安装于底座上，移动组件包括移动板和驱动装置四，驱动装置四驱动移动板在底座上来回移动；箱体安装于移动板上，旋转组件安装于箱体上；操作平台组件包括脚手架、工作平台和楼梯；脚手架安装于移动板上；工作平台安装于脚手架上，楼梯的一端与地面接触，另一端与工作平台连接以便工作人员到达工作平台上；所述包绕机构的模具平台放置于工作平台上；旋转组件依次穿过模具平台和工作平台与箱体固定。

17.根据权利要求16所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，所述包绕机构还包括提升组件，提升组件安装于所述箱体，提升组件包括伸缩杆和驱动装置五，驱动装置五驱动伸缩杆的伸缩，箱体为中空，中空的箱体为伸缩杆的伸缩提供空间；伸缩杆的伸出端与模具平台固定，伸缩杆的伸缩带动模具平台的升降。

18.根据权利要求17所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，伸缩杆的数量为四根，以模具平台的中心为中心均匀对称分布；驱动装置五包括电机五、减速机五和传动部件；传动部件包括减速机六和两根中间轴，减速机六的输入端和输出端垂直；所述减速机五具有两端输出端，减速机五的输出端分别连接有一个减速机六，减速机六的输出端又连接有中间轴；中间轴的端部设置有涡轮，所述伸缩杆上设置有与涡轮相啮合的螺纹；涡轮的转动带动伸缩杆的直线移动；伸缩杆的端部固定有固定板，固定板也与模具平台固定。

19.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，模具平台上、靠近模具平台边缘处开有两个通孔，线圈的两端的引线放入通孔中。

20.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，还包括模具整形组件，模具整形组件包括外整形组件和内整形组件，外整形组件由沿线圈外径周向均布的定位块组成，内整形组件均由沿线圈内径周向均布的定位块组成；定位块由定位板叠加而成，定位板的厚度等于线圈螺旋线的宽度，定位板的数量大于等于线圈的层数。

21.根据权利要求20所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，相邻的定位板之间使用拉杆二连接；外整形组件中的定位块的位置与内整形组件中的定位块的位置对应；所述拉杆二为刚性部件。

22.根据权利要求8所述的核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕系统，其特征在于，驱动装置四包括电机四、减速机四和传动结构，传动结构包括固定于减速机四输出端的齿轮、设置于所述底座上的齿条、以及与齿条平行的两条直线导轨；电机四和减速机四安装于所述移动板，移动板底面还设置有一对与直线导轨相适配的导向槽；所述齿轮转动，齿轮带动与其相啮合的齿条移动，从而使移动板在底座上来回移动。

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