CN117524511A - 一种回流线圈组件和环向场线圈结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及聚变反应堆技术领域，具体为一种回流线圈组件和环向场线圈结构，回流线圈组件固定安装在环向场线圈结构的一个端部处，环向场线圈结构包括相同数量多个中心柱导体和多个外臂导体，外臂导体的一端与中心柱导体的一端连接，外臂导体的另一端与相邻另一中心柱导体的另一端通过转向连接件连接，形成串联的环向场线圈；端部可产生等效环向电流，回流线圈组件包括：回流线圈本体，与端部之间设置有绝缘介质，回流线圈本体的一端与一个环向场线圈的中心柱导体的一端连接，另一端与同一环向场线圈的外臂导体的一端连接，且回流线圈本体上的电流方向与等效环向电流的电流方向为相反趋势。以减弱环向场线圈结构由于等效环向电流而呈现扭转趋势。

Description

一种回流线圈组件和环向场线圈结构

技术领域

本申请涉及聚变反应堆技术领域，具体为一种回流线圈组件和环向场线圈结构。

背景技术

球形托卡马克是目前用于磁约束聚变探索研究的重要实验装置。该聚变装置主要由真空室、磁体系统、位置调节系统、维护移动系统、母排和支撑连接系统、驱动系统等组成。其中磁体系统通常由极向场线圈、环向场线圈和中心螺线管线圈等组成。

在等离子体放电过程中，由于环向场线圈电流和等离子体电流产生的磁场作用，使整个磁体系统会受到环向方向的电磁力，而且磁体系统中各处所受环向电磁力的大小和方向均不相等。通过研究发现，环向场线圈端部的电磁力最大，导致环向场线圈的端部或者端部部分结构会受到较大的扭转力，导致环向场线圈或磁约束聚变装置的稳定性变差，尤其是在一些端部采用柔性结构的环向场线圈，扭转力会导致环向场结构发生扭转或扩张，进而导致约束等离子体的磁场发生改变，破坏了真空室内部的平衡，可能会引发极限工况，导致磁约束聚变装置破裂。

因此，如何保持磁约束聚变装置的稳定性成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供一种回流线圈组件和环向场线圈结构，以解决上述背景技术中所提及的技术问题。

根据第一方面，本申请提供了一种回流线圈结构，用于固定安装在环向场线圈结构的一个端部处，环向场线圈结构包括相同数量的多个中心柱导体和多个外臂导体，所述外臂导体的一端与所述中心柱导体的一端连接，所述外臂导体的另一端与相邻另一所述中心柱导体的另一端通过转向连接件连接，形成串联的环向场线圈；所述端部可产生等效环向电流，所述回流线圈组件包括：回流线圈本体，与所述端部之间设置有绝缘介质，所述回流线圈本体的一端与一个环向场线圈的所述中心柱导体的一端连接，另一端与同一环向场线圈的所述外臂导体的一端连接，且所述回流线圈本体上的电流方向与所述等效环向电流的电流方向为相反趋势。

在一种实施例中，所述回流线圈本体包括连接在所述回流线圈本体两端的环向回路结构，所述端部设置有容纳所述环向回路结构的空间。

在一种实施例中，所述环向回路结构包括环形线圈结构。

在一种实施例中，所述绝缘介质还包括：第一绝缘垫片，与所述环向回路结构适配，设置在所述环向回路结构与所述环向场线圈的端部之间。

在一种实施例中，回流线圈组件还包括固定装置，所述固定装置包括承载部和固定部，其中，所述承载部与所述环向回路结构形状适配，用于承载所述环向回路结构，所述固定部用于固定在聚变装置上。

在一种实施例中，在所述固定装置和所述回流线圈本体之间还包括第二绝缘垫片，所述第二绝缘垫片与所述环向回路结构适配。

在一种实施例中，所述固定装置包括分体式固定装置

在一种实施例中，所述转向连接件包括柔性转向连接件或刚性转向连接件。

根据第二方面，本申请实施例提供了一种环向场线圈结构，包括：相同数量的多个中心柱导体和多个外臂导体，所述外臂导体的一端与所述中心柱导体的一端连接，所述外臂导体的另一端通过转向连接件与相邻另一所述中心柱导体的另一端连接，形成串联的环向场线圈，在所述环向场线圈结构的端部可产生等效环向电流；所述环向场线圈结构包括：上述第一方面任意一项所述的回流线圈组件，设置在所述环向场线圈结构的一个端部。

在一种实施例中，所述转向连接件包括柔性转向连接件或刚性转向连接件。

本申请至少具有如下技术效果：

本申请的回流线圈组件可以包括回流线圈本体，回流线圈本体替代环向场线圈结构中匹配的中心柱导体和外臂导体之间连接件，使得串联在所述环向场线圈结构中的一个环向场线圈上，且在环向场线圈工作通电时，回流线圈本体中的电流方向与端部等效环向电流方向呈相反趋势。根据左手定则，在端部设置回流线圈本体可以使得环向场线圈结构产生逆时针扭转趋势，减弱甚至消除了原环向场线圈结构由于等效环向电流而呈现顺时针扭转趋势，因此，环向场线圈在放电的时候会更加稳定。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种环向场线圈结构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种示例性的环向场线圈结构的端部的连接件俯视图；

图3为本申请实施例提供的示例性的回流线圈本体的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的回流线圈组件安装示意图；

图5为本申请实施例提供的回流线圈组件的结构爆炸示意图。

图中示意如下：

10、中心柱导体；11、第一端；12、第二端；20、外臂导体；30、转向连接件；40、回流线圈本体；401、第一连接端；402、第二连接端；403、环向回流结构；41、第一绝缘垫片；42、第二绝缘垫片；43、固定装置；431、第一固定部件；432、第二固定部件；44、附件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示出了环向场线圈结构的一种示例性的示意图，其中，环向场线圈结构可以包括：相同数量的多个中心柱导体10和多个外臂导体20；外臂导体20的一端与一个中心柱导体10的第一端11连接，外臂导体20的另一端与相邻的另一中心柱导体10的第二端12连接，其中，所述第一端11与所述第二端12为中心柱导体10相对的两端，以使多个所述外臂导体20通过多个所述中心柱导体串联。

为了实现环向场线圈结构中的中心柱导体与外臂导体之间是错位连接，参见图2所示的环向场线圈结构的端部示意图，中心柱导体和外臂导体之间通过转向连接件30连接，通过转向连接件30将中心柱导体和外臂导体错位连接，其中，转向连接件30与相对于中心柱导体或外臂导体的转向角度为360/n°，n为中心柱导体的个数。

在一种实施例中，转向连接件30可以为柔性转向连接件，也可以为刚性转向连接件。

参见图2所示，由于转向连接件30存在转向，因此，在电流流过转向连接件30时，其电流的方向也具有转向角度，参见图2中箭头方向所示出的端部示例性的电流方向，该电流方向可等效出等效环向电流。该环向电流可使环向场线圈结构产生扭转或扩张的力，使环向场线圈结构不稳定，进而导致聚变装置不稳定，因此，本申请中提出了一种回流线圈组件，固定安装在环向场线圈结构的一个端部处，与所述端部之间设置有绝缘介质，所述回流线圈本体40的一端与一个环向场线圈的所述中心柱导体10的一端连接，另一端与同一环向场线圈的所述外臂导体20的一端连接，该回流线圈组件可产生与端部等效环向电流的方向相反趋势的电流的抵消，进而减弱了因等效环向电流产生的力，增强聚变装置的稳定性。

其中，在回流线圈本体与端部之间保留缝隙，以缝隙中的空气作为绝缘介质或者在回流线圈本体与端部之间设置绝缘胶或绝缘垫片作为绝缘介质。

参见图1、图3和图4所示，回流线圈组件可以包括回流线圈本体40，回流线圈本体40替代环向场线圈结构中一个匹配的中心柱导体和外臂导体之间转向连接件30，使得串联在所述环向场线圈结构中的一个环向场线圈上，且在环向场线圈工作通电时，回流线圈本体中的电流方向与端部等效环向电流方向呈相反趋势。

以图2中的端部所示的电流方向为例，在端部总体电流为顺时针方向，可以等效出来顺时针方向的等效环向电流，参见图2所示，在其中一个环向场线圈上串联一个回流线圈本体40，回流线圈本体40上的电流为自环向场线圈的一部分流出，流经回流线圈本体40之后再回流至环向场线圈的另一部分，电流在回流线圈本体40上的流动方向与等效环向电流方向呈相反趋势。因此，根据左手定则，在端部设置回流线圈本体40可以使得环向场线圈结构产生逆时针扭转趋势，减弱甚至消除了原环向场线圈结构由于等效环向电流而呈现顺时针扭转趋势，因此，环向场线圈在放电的时候会更加稳定。

参见图3和图4所示，回流线圈本体40包括第一连接端401和第二连接端402，以及设置于第一连接端401和第二连接端402之间的环向回路结构403，其中，所述第一连接端401与所述中心柱导体10连接，所述第二连接端402与所述外臂导体20连接，进而回流线圈本体40替代一对匹配的中心柱导体10和外臂导体20之间的一个转向连接件30。其中，环向回路结构403可以为环形回路结构，即圆环形回路结构，也可以为其他形状的回路结构，例如，方形或椭圆形等形状。在本实施例中，以圆形回路结构为例进行说明。

为了减小环向场线圈结构的高度，如图4所示的回流线圈组件安装示意图，在环向场线圈结构的端部可设置有容纳回流线圈本体的空间，示例性的，外臂导体的一端可朝向另一端凹陷，以空置出回流线圈本体40的容置空间。

在一种实施例中，参见图4所示，为了防止环向场线圈结构中涡流影响，回流线圈组件还可以包括第一绝缘垫片41，与所述环向回路结构适配，设置在所述环向回路结构与所述环向场线圈的端部之间。

在一种实施例中，参见图5所示，回流线圈本体40可以通过固定装置43固定在环向场线圈端部。为避免回流线圈本体40中电流传导至固定装置43，在所述固定装置43和所述回流线圈本体40之间还包括第二绝缘垫片42，所述第二绝缘垫片42与所述环向回路结构适配。其中，回流线圈本体40与第一绝缘垫片41和第二绝缘垫片42通过螺栓或螺钉连接。

在一种实施例中，参见图5所示，固定装置43包括包括承载部和固定部，其中，所述承载部与所述环向回路结构形状适配。在本实施例中，承载部可以为环形结构，用于承载所述环向回路结构，所述固定部固定在聚变装置上，以使回流线圈本体能够固定在聚变装置上。

另外，为了方便安装，参见图5所示，分体式固定装置43。在本实施例中，将固定装置43分为第一固定部件431和第二固定部件432两个分体式固定装置，其中，第一固定部件431和第二固定部件432与第二绝缘垫片42、回流线圈本体40通过螺钉或螺栓连接。固定部为在固定装置43承载部的四周通过螺钉或螺栓固定连接的附件44，附件44通过丝杠螺母一起紧固在聚变装置上，达到固定效果。

本申请实施例还提供了一种环向场线圈结构，如图1所示，环向场线圈结构可以包括：相同数量的多个中心柱导体10和多个外臂导体20；外臂导体20的一端与一个中心柱导体10的第一端11连接，外臂导体20的另一端与相邻的另一中心柱导体10的第二端12连接，其中，所述第一端11与所述第二端12为中心柱导体10相对的两端，以使多个所述外臂导体20通过多个所述中心柱导体串联。

为了实现环向场线圈结构中的中心柱导体与外臂导体之间是错位连接，参见图2所示的环向场线圈结构的端部示意图，中心柱导体和外臂导体之间通过转向连接件30连接，通过转向连接件30将中心柱导体和外臂导体错位连接，其中，转向连接件30与相对于中心柱导体或外臂导体的转向角度为360/n°，n为中心柱导体的个数。

在一种实施例中，转向连接件30可以为柔性转向连接件，也可以为刚性转向连接件。

参见图2所示，由于转向连接件30存在转向，因此，在电流流过转向连接件30时，其电流的方向也具有转向角度，参见图2中箭头方向所示出的端部示例性的电流方向，该电流方向可等效出等效环向电流。该环向电流可使环向场线圈结构产生扭转或扩张的力，使环向场线圈结构不稳定，进而导致聚变装置不稳定，因此，在环向场线圈结构中加入回流线圈组件，固定安装在环向场线圈结构的一个端部处，该回流线圈组件可产生与端部等效环向电流的方向相反趋势的电流的抵消，进而减弱了因等效环向电流产生的力，增强聚变装置的稳定性。

本申请实施例还提供了一种聚变装置，包括上述实施例中描述的环向场线圈。

在一种实施例中，聚变装置可以包括托卡马克装置，例如球形托卡马克装置，也可以包括仿星器等磁约束聚变装置。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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定义和解释。

Claims (10)

1.一种回流线圈组件，其特征在于，用于固定安装在环向场线圈结构的一个端部处，环向场线圈结构包括相同数量的多个中心柱导体和多个外臂导体，所述外臂导体的一端与所述中心柱导体的一端连接，所述外臂导体的另一端与相邻另一所述中心柱导体的另一端通过转向连接件连接，形成串联的环向场线圈；所述端部可产生等效环向电流，所述回流线圈组件包括：

回流线圈本体，与所述端部之间设置有绝缘介质，所述回流线圈本体的一端与一个环向场线圈的所述中心柱导体的一端连接，另一端与同一环向场线圈的所述外臂导体的一端连接，且所述回流线圈本体上的电流方向与所述等效环向电流的电流方向为相反趋势。

2.如权利要求1所述的回流线圈组件，其特征在于，所述回流线圈本体包括连接在所述回流线圈本体两端的环向回路结构，所述端部设置有容纳所述环向回路结构的空间。

3.如权利要求2所述的回流线圈组件，其特征在于，所述环向回路结构包括环形线圈结构。

4.如权利要求2所述的回流线圈组件，其特征在于，所述绝缘介质包括：第一绝缘垫片，与所述环向回路结构适配，设置在所述环向回路结构与所述环向场线圈的端部之间。

5.如权利要求1所述的回流线圈组件，其特征在于，还包括固定装置，所述固定装置包括承载部和固定部，其中，所述承载部与所述环向回路结构形状适配，用于承载所述环向回路结构，所述固定部用于固定在聚变装置上。

6.如权利要求5所述的回流线圈组件，其特征在于，在所述固定装置和所述回流线圈本体之间还包括第二绝缘垫片，所述第二绝缘垫片与所述环向回路结构适配。

7.如权利要求5所述的回流线圈组件，其特征在于，所述固定装置包括分体式固定装置。

8.如权利要求1所述的回流线圈组件，其特征在于，所述转向连接件包括柔性转向连接件或刚性转向连接件。

9.一种环向场线圈结构，其特征在于，包括：相同数量的多个中心柱导体和多个外臂导体，所述外臂导体的一端与所述中心柱导体的一端连接，所述外臂导体的另一端通过转向连接件与相邻另一所述中心柱导体的另一端连接，形成串联的环向场线圈，在所述环向场线圈结构的端部可产生等效环向电流；

所述环向场线圈结构包括：如权利要求1-8任意一项所述的回流线圈组件，设置在所述环向场线圈结构的一个端部。

10.如权利要求9所述的环向场线圈结构，其特征在于，所述转向连接件包括柔性转向连接件或刚性转向连接件。