CN117577441A - 一种鞍形超导线圈制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种鞍形超导线圈及制作方法，用铜线圈绕制单层的第一鞍形线圈，作为与实际用超导线绕制的第二鞍形线圈具有相同尺寸规格的模型线圈。以铜线绕制的第一鞍形线圈作为绕制模具，引导实际的第二鞍形线圈的偶数层的从外向内进行绕制。通过奇数层采用从内向外绕制，偶数层采用第一鞍形线圈作为绕制轨迹引导超导线从外向内绕制的方法，完成所有第二鞍形线圈的绕制。第二鞍形线圈绕制完成后，对整个第二鞍形线进行真空压力浸渍石蜡，使第二鞍形线圈4浸渍成一个整体。克服了现有技术采用多层贴片式鞍形线圈产生的多个接头的问题。避免多个鞍形线圈叠加使用时造成的接头预留线影响磁场均匀度的问题，线圈结构更加紧凑，减小了接头对磁场的影响。
Description
技术领域
本发明属于超导线圈领域，涉及一种鞍形超导线圈制作方法。
背景技术
超导材料自发现以来，在国民生活中得到了广泛的应用。如核磁共振谱仪，核磁共振成像设备，强磁场大科学仪器，受控核聚变装置以及用于单晶硅制造等的磁拉单晶设备等。
常见的超导线圈形状为中心螺线管形状，作为主线圈提供中心强磁场。通过精密排线制造的螺线管线圈能够保证中心磁场具有一定的磁场均匀度，为进一步提高中心磁场均匀度，还需要匀场线圈等对中心磁场进行调控，制造出具有高均匀度中心磁场的设备。
鞍形超导线圈由于其特殊的形状，在一些应用场合比其他形状具有更加优化的结构，更高的磁场效率，对价格昂贵的超导线的用量具有较大的优势。如磁流体发电设备中，鞍形超导线圈具有更加节省材料的优点。此外，鞍形超导线圈作为主动屏蔽匀场线圈的常用形式，能够对一些杂散场进行有效的屏蔽和补偿，提高磁场的均匀度。但是鞍形超导线圈的绕制工艺较为复杂，线圈的形状各向异性，不仅存在圆弧段和直线段以及拐角，并且不同的曲率半径使线圈的绕制难度加大。
而且鞍形线圈的偶数层需要从外向内绕制，前面一匝线无法为后面一匝线提供机械支撑，后面一匝线难以紧密排列，容易出现缝隙，影响鞍形线圈的磁场均匀性，以及产生的间隙容易引发鞍形线圈在励磁过程中由于缺少机械支撑而引发导线运动，进而造成鞍形线圈的失超。
发明内容
为克服现有技术中，采用多层贴片式鞍形线圈产生的多个接头的问题，接头处由于接头电阻发热造成电流变化进而影响磁场质量，造成磁场的不稳定，接头的载流能力需要与鞍形线圈的载流能力相当，否则会因为接头载流能力低而发生失超等问题，以及由于多层线圈间的接头制造需要在每层线圈外预留足够的超导线用于放置接头制造的设备，多余的超导线势必会影响磁场的均匀性的问题，对于铌三锡超导材料，具有特殊的先绕制后长时间热处理的工艺，对于铌三锡超导鞍形线圈难度较大，在紧凑的空间上制备接头对线圈制造工艺要求较高，且任何一个接头损坏都直接影响整个线圈的性能的问题，本发明提供一种鞍形超导线圈制作方法，采用单根超导线绕制多层鞍形线圈，线圈内不需要接头连接，消除了接头制造带来的安全隐患，减小了接头对磁场的影响，并节约了空间，提高了鞍形线圈的制造效率。同时，本发明鞍形线圈结构简单，制作成本低廉，易于产业化。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明将铜线在一个圆筒形表面，根据电磁设计绕制一定的安匝数，用铜线圈绕制单层的第一鞍形线圈，作为与实际超导线圈具有相同尺寸规格的模型线圈。然后以铜线绕制的第一鞍形线圈作为绕制模具，引导实际鞍形线圈的偶数层的从外向内进行绕制。由于鞍形线圈的形状，从内向外绕制时前一匝线可以为后面相邻的一匝线提供机械支撑，可以在一定的张力作用下完成绕制。
本发明的鞍形超导线圈制作方法包括如下步骤：
步骤1，在一个圆柱形骨架上安装一层环氧树脂板，环氧树脂板紧贴圆柱形骨架的外表面，以该环氧树脂板为底板，在环氧树脂板上采用铜线绕制一个单层的第一鞍形线圈，绕制过程由内向外，第一鞍形线圈的两个侧边与圆柱形骨架的轴向平行，两个顶边与两个侧边垂直。
步骤2，将绕制好的第一鞍形线圈通过真空浸渍的方式使第一鞍形线圈内部匝间充满石蜡，然后利用石蜡固化后对导线的黏着力维持第一鞍形线圈的形状。将第一鞍形线圈与第一鞍形线圈底部的环氧树脂板从圆柱形骨架上取下。
步骤3，重复步骤1和步骤2，制备多个第一鞍形线圈。
步骤4，在圆柱形骨架上采用超导线绕制第二鞍形线圈的第一层，在一个圆柱形骨架上安装一层环氧树脂板，环氧树脂板紧贴圆柱形骨架的外表面，以该环氧树脂板为底板，在环氧树脂板上采用超导线绕制第二鞍形线圈的第一层，绕制过程由内向外，第二鞍形线圈的两个侧边与圆柱形骨架的轴向平行，两个顶边与两个侧边垂直。
步骤5，第二鞍形线圈的第一层绕制完成后，将浸渍石蜡后的第一鞍形线圈放置在第二鞍形线圈的上表面，利用环氧树脂板进行第一鞍形线圈和第二鞍形线圈的位置的精确定位和固定。
步骤6，从外向内绕制第二鞍形线圈的第二层，超导线的绕制轨迹与第一鞍形线圈的轨迹重合，从第一鞍形线圈的最外层剥离出铜线的引线，随着铜线在第一鞍形线圈的每匝的剥离，第二鞍形线圈第二层的超导线逐渐取代第一鞍形线圈铜线的位置，最终绕制到最内层结束第二鞍形线圈的第二层的绕制。
步骤7，用热风枪对第二鞍形线圈的表面进行加热，将残留的石蜡重新融化，石蜡固化后对第二鞍形线圈的第二层起到定形的作用。
步骤8，继续绕制第二鞍形线圈的第三层，绕制方向从内向外。
步骤9，重复步骤6和步骤7，完成第二鞍形线圈的第四层超导线的绕制。
步骤10，重复步骤4到步骤9，通过奇数层采用从内向外绕制，偶数层采用第一鞍形线圈作为绕制轨迹引导超导线从外向内绕制的方法，完成所有第二鞍形线圈的绕制。
步骤11，第二鞍形线圈绕制完成后，对整个第二鞍形线圈进行真空压力浸渍石蜡，使第二鞍形线圈浸渍成一个整体。
所述的环氧树脂板的厚度为0.05-0.2mm，作为第二鞍形线圈层间的绝缘层，并在环氧板上开孔，孔直径在1-3mm，孔可以作为石蜡流动的通道，保证第二鞍形线圈的整体浸渍。
有益效果：
本发明制作的鞍形线圈采用单根超导线绕制而成，不需多个鞍形线圈叠加使用时造成的接头预留线影响磁场均匀度的问题，线圈结构更加紧凑，减小了接头对磁场的影响，以及接头作为易损点对整个线圈励磁过程的影响。本发明采用的铜线绕制的第一鞍形线圈作为模型线圈，可保证鞍形线圈的尺寸精度，并且绕制第一鞍形线圈的铜线可以重复利用，不会增加制造成本。
附图说明
图1本发明的第一鞍形线圈示意图；
图2本发明的第一鞍形线圈与骨架示意图；
图3本发明的第二鞍形线圈绕制过程示意图；
图4本发明的第二鞍形线圈示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1-图4所示，本发明的鞍形超导线圈通过第一鞍形线圈1、环氧树脂板2、圆柱形骨架3、第二鞍形线圈4形成。第一鞍形线圈1采用铜线绕制在圆柱形骨架3上，并通过真空压力浸渍石蜡对第一鞍形线圈1进行形状的固定。第一鞍形线圈1与圆柱形骨架3之间安装一层环氧树脂板2，环氧树脂板2上开有孔，用于石蜡的流动通道。在圆柱形骨架3上采用超导线绕制第二鞍形线圈4的第一层。将浸渍石蜡后的第一鞍形线圈1放置在第二鞍形线圈4的上表面，利用环氧树脂板2进行线圈位置的精确定位和固定。从外向内绕制第二鞍形线圈4的第二层，超导线的绕制轨迹与第一鞍形线圈1的轨迹重合，逐渐替换第一鞍形线圈1。重复以上步骤，通过奇数层采用从内向外绕制，偶数层采用第一鞍形线圈1作为绕制轨迹引导超导线从外向内绕制的方法，完成所有第二鞍形线圈4的绕制。最后第二鞍形线圈4绕制完成后通过真空压力浸渍，使石蜡重新进入到第二鞍形线圈4内部，形成一个整体的单根超导线绕制的第二鞍形线圈4。
实施例一
在一个圆柱形骨架3上安装一层环氧树脂板2，环氧树脂板2紧贴圆柱形骨架3的外表面，以该环氧树脂板2为底板，在环氧树脂板2上采用铜线绕制一个单层的第一鞍形线圈1，绕制过程由内向外，第一鞍形线圈1的两个侧边与圆柱形骨架3的轴向平行，两个顶边与圆柱形骨架3的弧形纬线方向平行。将绕制好的第一鞍形线圈1通过真空浸渍的方式使第一鞍形线圈1内部匝间充满石蜡，然后利用石蜡固化后对导线的黏着力维持第一鞍形线圈1的形状。将第一鞍形线圈1与第一鞍形线圈1底部的环氧树脂板2从圆柱形骨架3上取下。制备多个第一鞍形线圈1。在圆柱形骨架3上采用超导线绕制第二鞍形线圈4的第一层。绕制完成第二鞍形线圈4的第一层后，将浸渍石蜡后的第一鞍形线圈1放置在第二鞍形线圈4的上表面，利用环氧树脂板2进行第一鞍形线圈1和第二鞍形线圈4位置的精确定位和固定。从外向内绕制第二鞍形线圈4的第二层，超导线的绕制轨迹与第一鞍形线圈1的轨迹重合，从第一鞍形线圈1的最外层剥离出铜线的引线，随着铜线在第一鞍形线圈1的每匝的剥离，第二鞍形线圈4第二层的超导线逐渐取代第一鞍形线圈1铜线的位置，最终绕制到最内层结束第二鞍形线圈4第二层的绕制。用热风枪对第二鞍形线圈4的表面进行加热，将残留的石蜡重新融化，石蜡固化后对第二鞍形线圈4的第二层起到定形的作用。继续绕制第二鞍形线圈4的第三层，绕制方向从内向外。继续完成第二鞍形线圈4的第四层超导线的绕制。重复以上步骤，通过奇数层采用从内向外绕制，偶数层采用第一鞍形线圈1作为绕制轨迹引导超导线从外向内绕制的方法，完成所有第二鞍形线圈4的绕制。第二鞍形线圈4绕制完成后，对整个第二鞍形线圈4进行真空压力浸渍石蜡，使第二鞍形线圈4浸渍成一个整体。
Claims (3)
1.一种鞍形超导线圈制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在一个圆柱形骨架上安装一层环氧树脂板，环氧树脂板紧贴圆柱形骨架的外表面，以该环氧树脂板为底板，在环氧树脂板上采用铜线绕制一个单层的第一鞍形线圈，绕制过程由内向外；
步骤2，将绕制好的第一鞍形线圈通过真空浸渍的方式使第一鞍形线圈内部匝间充满石蜡，然后利用石蜡固化后对导线的黏着力维持第一鞍形线圈的形状；将第一鞍形线圈与第一鞍形线圈底部的环氧树脂板从圆柱形骨架上取下；
步骤3，重复步骤1和步骤2，制备多个第一鞍形线圈；
步骤4，在圆柱形骨架上采用超导线绕制第二鞍形线圈的第一层，在一个圆柱形骨架上安装一层环氧树脂板，环氧树脂板紧贴圆柱形骨架的外表面，以该环氧树脂板为底板，在环氧树脂板上采用铜线绕制第二鞍形线圈的第一层，绕制过程由内向外；
步骤5，第二鞍形线圈的第一层绕制完成后，将浸渍石蜡后的第一鞍形线圈放置在第二鞍形线圈的上表面，利用环氧树脂板进行第一鞍形线圈和第二鞍形线圈的位置的精确定位和固定；
步骤6，从外向内绕制第二鞍形线圈的第二层，超导线的绕制轨迹与第一鞍形线圈的轨迹重合，从第一鞍形线圈的最外层剥离出铜线的引线，随着铜线在第一鞍形线圈的每匝的剥离，第二鞍形线圈第二层的超导线逐渐取代第一鞍形线圈铜线的位置，最终绕制到最内层结束第二鞍形线圈的第二层的绕制；
步骤7，用热风枪对第二鞍形线圈的表面进行加热，将残留的石蜡重新融化，石蜡固化后对第二鞍形线圈的第二层起到定形的作用；
步骤8，继续绕制第二鞍形线圈的第三层，绕制方向从内向外；
步骤9，重复步骤6和步骤7，完成第二鞍形线圈的第四层超导线的绕制；
步骤10，重复以上步骤4到步骤9，通过奇数层采用从内向外绕制，偶数层采用第一鞍形线圈作为绕制轨迹引导超导线从外向内绕制的方法，完成所有第二鞍形线圈的绕制；
步骤11，第二鞍形线圈绕制完成后，对整个第二鞍形线圈进行真空压力浸渍石蜡，使第二鞍形线圈浸渍成一个整体。
2.根据权利要求1所述的一种鞍形超导线圈制作方法，其特征在于，所述的环氧树脂板的厚度为0.05-0.2mm，作为第二鞍形线圈层间的绝缘层，并在环氧树脂板上开孔，孔的直径在1-3mm，孔作为石蜡流动的通道，保证第二鞍形线圈的整体浸渍。
3.根据权利要求1所述的一种鞍形超导线圈制作方法，其特征在于，第一鞍形线圈的两个侧边与圆柱形骨架的轴向平行，两个顶边与两个侧边垂直；第二鞍形线圈的两个侧边与圆柱形骨架的轴向平行，两个顶边与两个侧边垂直。
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