CN116345815A - 超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法 - Google Patents

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张艳清
高天宇
胡道宇
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Abstract

本发明涉及高速磁悬浮交通技术领域，公开了一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法。其中，该方法包括：在导线的绝缘漆膜外涂覆热固性涂料；对导线进行换位绞合并在换位绞合后的导线的最外侧利用绝缘带材进行整体绑扎得到利兹线；利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈；将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上；将所述空心线圈的引出线接头与定型工装的引出线接头定位部配合并固定；在定型工装上设置压板并对所述压板施加预压力，以使所述压板与定型工装完全贴合；对定型工装进行烘干操作以使定型工装的内骨架上的所述空心线圈定型干燥固化。

Description

超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法
技术领域
本发明涉及高速磁悬浮交通技术领域，尤其涉及一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法。
背景技术
由超导磁体动子和地面线圈定子组合而成的超导直线电机具有功率密度大、效率高、损耗小等优点，在高速磁悬浮轨道交通和航天电磁发射等方面具有广阔的应用前景。超导直线电机为了避免磁饱和并降低超导磁体对定子线圈的相互吸引力，一般将电机定子设计为无铁芯的空心线圈结构，并由环氧树脂浇筑固化成为定子模组。
长定子超导直线电机对定子线圈尺寸精度及尺寸的一致性要求较高，过大的尺寸误差将导致定子产生的行波磁场出现畸变，增大推力波动，引起车轨耦合振动，对推进性能产生不利影响。
长定子高速超导直线电机的供电电流频率较高，为了降低定子线圈涡流损耗和发热，一般使用多股相互绝缘的导线换位绞合而成的利兹线进行绕制，相比相同截面的单股导体，利兹线弯折后存在不易定型、容易收缩回弹、扭曲使线圈形状发生变化等问题，对绕制线圈的形状一致性和尺寸精度造成影响。
无铁芯高压定子线圈绕制完成后需要进行真空浸漆、绕包云母或直接进行树脂绝缘层浇筑固化等工序，对工序实施过程中线圈形状的一致性和稳定性要求较高。为了保证绕制成型的利兹线圈在后续工序中形状稳定、一致且尺寸精确，目前一般采用将利兹线圈绕制在环形绝缘骨架上，使用绑扎带将线圈、骨架绑扎固定后，线圈与支撑、绑扎部件一体树脂浇筑的方法；或者使用在线圈绕制过程中或绕制完成后，在绕制骨架上直接对线圈外表面涂刷绝缘漆，然后烘干后定型的方法。
然而，将线圈连同支撑骨架、帮扎带等一同进行树脂浇筑或一同包裹在云母带内的方法虽然能够保证线圈尺寸，但使得定子模组中存在较多绝缘骨架、帮扎带等异物，其热膨胀系数、绝缘性能与浇筑树脂、浸渍清漆、云母带等存在较大差异，在模组工作过程中，容易在骨架等不同部件的结合面处形成绝缘缺陷和裂纹，诱发局部放电和绝缘破坏。而在绕制过程中涂刷绝缘漆然后烘干固化的方法，会在非真空涂漆过程中在线圈表面形成较多凸起的流渍，破坏线圈表面平整度，且非真空环境涂漆容易在漆层中形成较多空气泡并在线圈匝间留下密闭的空隙。上述绝缘缺陷在线圈通高电压工作过程中极易诱发局部放电和绝缘破坏。
发明内容
本发明提供了一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法，能够解决现有技术中的技术问题。
本发明提供了一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法，其中，该方法包括：
在导线的绝缘漆膜外涂覆热固性涂料；
对导线进行换位绞合并在换位绞合后的导线的最外侧利用绝缘带材进行整体绑扎得到利兹线；
利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈；
将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上；
将所述空心线圈的引出线接头与定型工装的引出线接头定位部配合并固定；
在定型工装上设置压板并对所述压板施加预压力，以使所述压板与定型工装完全贴合；
对定型工装进行烘干操作以使定型工装的内骨架上的所述空心线圈定型干燥固化。
优选地，利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈包括：
利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上背靠绕制工装的工装板以内定心形式绕制成型空心线圈。
优选地，将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上包括：
将绕制工装与定型工装通过销孔配合，使绕制工装的内骨架与定型工装的内骨架贴合；
利用穿过所述工装板的线圈顶杆将所述空心线圈整体推至定型工装的线圈槽中，使所述空心线圈转移至定型工装的内骨架上。
优选地，利用夹紧装置对所述压板施加预压力。
优选地，所述夹紧装置包括预紧螺栓和工装夹。
优选地，所述热固性涂料包括环氧树脂涂料、聚酯涂料和热固性丙烯酸涂料。
优选地，所述绝缘带材包括玻璃丝带、Nomex纸和亚胺薄膜。
优选地，所述空心线圈的形状为单饼或双饼。
通过上述技术方案，可以在线圈绕制后不借助骨架和绑扎带而自动定型，且定型后自身存在一定刚性，不会受一般外力影响而使尺寸发生变化，使后续真空浸漆、真空树脂浇筑等过程中，绝缘漆、绝缘树脂等流体绝缘物质可以充分与线圈所有外表面相融合，消除线圈匝间的空泡及绑扎结构等对线圈绝缘的影响。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法的流程图；
图2示出了根据本发明实施例的空心线圈从绕制工装转移至定型工装的示意图；
图3示出了根据本发明实施例的空心线圈与定型模具装配、定型的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的一种空心线圈应用实例示意图。
附图标记说明
1 定型工装； 11 定型工装的内骨架； 12配合定位销；
13 线圈槽； 2 空心线圈； 3绕制工装；
31 绕制工装的内骨架； 32 线圈顶杆； 14配合螺栓孔；
15 引出线接头定位部； 21 空心线圈的引出线接头； 4压板；
5 预紧螺栓； 6 绝缘支撑垫块， 7浇筑树脂。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明实施例的一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法，其中，该方法包括：
S100，在导线的绝缘漆膜外涂覆热固性涂料；
也就是，每股单根导线外表面除涂有绝缘漆膜外，还涂有热固性涂料。
S102，对导线进行换位绞合并在换位绞合后的导线的最外侧利用绝缘带材进行整体绑扎得到利兹线；
S104，利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈；
S106，将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上；
S108，将所述空心线圈的引出线接头与定型工装的引出线接头定位部配合并固定；
由此完成空心线圈的引出线的定型。举例来讲，定型工装根据空心线圈引出线的设计位置开设相应定位部，以确保定型后的空心线圈两根引线形状与设计相同且固定。
S110，在定型工装上设置压板并对所述压板施加预压力，以使所述压板与定型工装完全贴合；
S112，对定型工装进行烘干操作以使定型工装的内骨架上的所述空心线圈定型干燥固化。
举例来讲，可以将包括空心线圈的定型工装整体移送至烘干炉中，按照利兹线所涂热固性涂料的固化要求施加烘干温度。空心线圈定型干燥固化并冷却后，可以打开压板并取出空心线圈，即可得到尺寸精确、稳定且无任何支撑、绑扎结构的空心定子线圈及其引出线接头。
通过上述技术方案，可以在线圈绕制后不借助骨架和绑扎带而自动定型，且定型后自身存在一定刚性，不会受一般外力影响而使尺寸发生变化，使后续真空浸漆、真空树脂浇筑等过程中，绝缘漆、绝缘树脂等流体绝缘物质可以充分与线圈所有外表面相融合，消除线圈匝间的空泡及绑扎结构等对线圈绝缘的影响。
根据本发明一种实施例，利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈包括：
利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上背靠绕制工装的工装板以内定心形式绕制成型空心线圈。
其中，绕制工装的内骨架设置在绕制工装的工装板上。
根据本发明一种实施例，将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上包括：
将绕制工装与定型工装通过销孔配合，使绕制工装的内骨架与定型工装的内骨架贴合；
举例来讲，定型工装的内骨架上开设与绕制工装的内骨架上的定位孔相对应的配合定位孔，定位孔与配合定位孔通过配合定位销12进行销孔配合(如图2所示)。
利用穿过所述工装板的线圈顶杆将所述空心线圈整体推至定型工装的线圈槽中，使所述空心线圈转移至定型工装的内骨架上。
也就是，线圈顶杆可以穿过工装板顶在空心线圈上，通过对线圈顶杆施加外力，可以使所述空心线圈转移至定型工装的内骨架上。
具体地，如图2所示，配合定位销12插在定型工装1的配合定位孔上，与绕制工装3的绕制工装的内骨架31上开设的定位孔相配合，将带有绕制完成的空心线圈2的绕制工装3与定型工装1通过销孔配合压紧后，空心线圈2即与线圈槽13相对应，然后可以使用线圈顶杆32从绕制工装3外侧将空心线圈2整体推入线圈槽13中，实现空心线圈2的转移。
其中，线圈槽可以为与空心线圈形状相同的环形结构，例如，环形线圈槽。环形线圈槽的内侧(即，定型工装的内骨架外侧)尺寸与绕制线圈的内骨架尺寸相同，外侧尺寸稍大于绕制线圈的设计外廓尺寸，深度与线圈设计厚度一致。换言之，线圈槽的外侧尺寸和深度可以根据线圈设计尺寸来确定。
根据本发明一种实施例，利用夹紧装置对所述压板施加预压力。
根据本发明一种实施例，所述夹紧装置包括预紧螺栓和工装夹。
本领域技术人员应当理解，上述夹紧装置的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明，其他任何可以施加预紧力的夹紧装置或工装夹具均可以应用于本发明。
具体地，以夹紧装置为预紧螺栓为例，如图3所示，空心线圈置于线圈槽13中，空心线圈2的引出线安装好接头后，空心线圈的引出线接头21连接在定型工装1底部按照最终安装位置设置的引出线接头定位部15上。压板4上开设与定型工装的配合螺栓孔14对应的螺栓安装孔，将压板4盖在定型工装1上后，通过紧固所有预紧螺栓5(即，与配合螺栓孔14和螺栓安装孔配合实现紧固)，即可实现压板4对高出设计部分的空心线圈2在厚度方向上的预压力。由于线圈槽13外边缘可以略大于空心线圈2外轮廓，因此厚度上压缩产生的内应力可在外廓尺寸上得到释放，避免线圈内应力过大导致利兹线内导线断丝损坏的问题。
根据本发明一种实施例，所述热固性涂料包括环氧树脂涂料、聚酯涂料和热固性丙烯酸涂料。
所述热固性涂料具备常温下涂刷时为粘性液体或胶状，在加热干燥后成为不溶、不熔的固体的特性，且具备绝缘属性。
本领域技术人员应当理解，上述涂料仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，所述绝缘带材包括玻璃丝带、Nomex纸和亚胺薄膜。
本领域技术人员应当理解，上述绝缘带材的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
根据本发明一种实施例，所述空心线圈的形状为单饼或双饼。
除了上述的单饼线圈和双饼线圈，其他形式的线圈也适用于本发明。
此外，如图3所示，通过上述方法得到的定型后的空心线圈由于没有绝缘骨架等支撑定型部件，空心线圈所有外表面均可以与浇筑树脂充分粘接，杜绝了骨架、帮扎带等对空心线圈绝缘一致性的影响。
更进一步地，通过对空心线圈绕制定型后的厚度尺寸进行一致性测量发现，本发明的线圈绕制定型方法可以使线圈厚度方向尺寸偏差控制在1％以内。
从上述实施例可以看出，本发明所述的方法相比于现有技术至少具有以下优点：
1)使用本发明所述的方法绕制定型的空心定子线圈，无需任何内骨架和匝间绑扎带结构，即可确保线圈尺寸精度、一致性和稳定性，大幅简化了定子线圈结构，消除了绝缘线圈骨架的成本，并消除了多重绑扎带张紧力不一致对线圈尺寸造成的影响；
2)无骨架、绑扎带的空心定子线圈在后续真空浸漆或树脂浇筑过程中，可使绝缘漆、树脂胶更充分的与定子线圈所有面粘接，且中间不存在例如骨架和帮扎带之类的其他绝缘介质，提高了绝缘层的一致性，提高了模组绝缘性能和绝缘可靠性
3)该绕制定型方法对线圈引出线具备同样的定型作用，可保证引出线尺寸、位置的一致性，在线圈模组装配时，无需其他辅助工装即可保证引出线在模组中与连接器插座的精确对接。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述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保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超导直线电机高压空心定子线圈绕制定型方法，其特征在于，该方法包括：
在导线的绝缘漆膜外涂覆热固性涂料；
对导线进行换位绞合并在换位绞合后的导线的最外侧利用绝缘带材进行整体绑扎得到利兹线；
利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈；
将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上；
将所述空心线圈的引出线接头与定型工装的引出线接头定位部配合并固定；
在定型工装上设置压板并对所述压板施加预压力，以使所述压板与定型工装完全贴合；
对定型工装进行烘干操作以使定型工装的内骨架上的所述空心线圈定型干燥固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上绕制成型空心线圈包括：
利用所述利兹线在绕制工装的内骨架上背靠绕制工装的工装板以内定心形式绕制成型空心线圈。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述空心线圈从绕制工装的内骨架转移至定型工装的内骨架上包括：
将绕制工装与定型工装通过销孔配合，使绕制工装的内骨架与定型工装的内骨架贴合；
利用穿过所述工装板的线圈顶杆将所述空心线圈整体推至定型工装的线圈槽中，使所述空心线圈转移至定型工装的内骨架上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用夹紧装置对所述压板施加预压力。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述夹紧装置包括预紧螺栓和工装夹。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述热固性涂料包括环氧树脂涂料、聚酯涂料和热固性丙烯酸涂料。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述绝缘带材包括玻璃丝带、Nomex纸和亚胺薄膜。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述空心线圈的形状为单饼或双饼。
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