CN1707708B - 高温超导双饼线圈绕制装置 - Google Patents

Abstract

一种高温超导双饼线圈绕制装置，包括主轴[9]和从左至右套装在主轴[9]上的挡板[1]、导线过渡机构和第一锁紧螺母[6]、第二锁紧螺母[8]；双饼线圈骨架[4]置于挡板[1]和导线过渡机构之间；主轴[9]为阶梯长轴，轴肩上有锁紧螺纹；挡板[1]为圆形盘，其外径大于双饼线圈的外径；导线过渡机构包括过渡桥[5]和绕线盘[7]；过渡桥[5]是一个有台阶的厚壁圆筒，过渡桥[5]外台阶的直径与双饼线圈骨架[4]外直径相同，其内台阶的直径比双饼线圈骨架[4]的内直径稍小；靠近挡板[1]的过渡桥[5]A端的内台阶长度小于双饼线圈骨架[4]高度。双饼线圈骨架[4]套在过渡桥[5]的内台阶上并紧靠挡板[1]。

Description

高温超导双饼线圈绕制装置

技术领域

本发明属于高温超导技术，特别涉及一种高温超导双饼线圈绕制装置。

背景技术

高温超导磁体具有高稳定性、大电流密度和低运行成本等优点，在超导电力应用方面具有广阔的前景。许多国家竞相展开有关的研发工作，其中高温超导双饼线圈的绕制技术是研发的关键技术之一。

可用于绕制高温超导磁体的超导体有已经商业化生产的铋系银包套带材(Bi-2223/Ag)和目前正在研发的YBCO涂层高温超导带材，它们都是脆性的氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯曲会导致高温超导带性能的严重退化。这种超导体的带状结构及其脆性易损的机械特性决定了高温超导磁体一般采用双饼线圈结构，再通过多个高温超导双饼线圈的串、并联组装成高温超导磁体。

所谓双饼线圈是用一根超导带在同一双饼线圈骨架上并列绕两个单饼绕组，即以一根超导带的中间为起点，两端分别在双饼线圈骨架上从最内层开始在与骨架轴向垂直的平面内，一匝一匝的连续绕制，直至达到预定的匝数为止。双饼线圈骨架一般是一个圆环，在圆环的外环面上并列绕着两个单饼绕组，线圈的两个端头都在单饼绕组的最外侧，而连接两个单饼绕组的是这根超导带的中间部分，紧贴在骨架环面上，它完成了两个单饼绕组间的过渡。

高温超导双饼线圈的绕制技术要求是：

(1)在整个双饼线圈的绕制过程中超导带上要有恒定的预应力；

(2)在整个双饼线圈绕制过程中超导带的弯曲半径不能小于产品规定的临界半径；

(3)完成每个单饼绕组的绕制后，其端头要有效地固定，避免绕组松动。

目前国内双饼线圈的绕制技术落后，甚至用纯手工绕制，不能满足双饼线圈的绕制要求，导致双饼线圈的性能退化严重。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种高温超导双饼线圈的绕制装置，它包括主轴、挡板、绕组端头固定端子、导线过渡机构和锁紧螺母等部件。本发明提供的装置与绕线机和放线力矩电机组合，可以顺利的绕制高质量的高温超导双饼线圈。

主轴为阶梯长轴，轴肩上有锁紧螺纹，与锁紧螺母一起用于组装、固定挡板、双饼线圈骨架、过渡桥和绕线盘等部件，并通过主轴完成绕制装置与绕线机的同轴固定。挡板是用来保证左侧单饼绕组各匝在同一平面内，防止绕组向外侧“倒塌”，它在整个绕制装置的最左侧。绕组端头固定端子在需要时把它们装配在挡板外沿，用来固定绕组两端的抽头。导线过渡机构包括过渡桥和绕线盘，它们与挡板通过主轴同轴装配。过渡桥与绕线盘之间有第一锁紧螺母，用来锁紧挡板和过渡桥。过渡桥是一个有台阶的厚壁圆筒，过渡桥外台阶的直径与双饼线圈骨架的直径相同，过渡桥内台阶的直径比双饼线圈骨架的内直径稍小。靠近挡板的一端的过渡桥内台阶的长度小于双饼线圈骨架高度。双饼线圈骨架套在靠近挡板的过渡桥的内台阶上并紧靠挡板，通过第一锁紧螺母把线圈骨架固定在挡板与过渡桥之间。绕线盘被其右侧的第二锁紧螺母固定。过渡机构在绕制第一个单饼绕组(超导线的一端)时用来临时绕制和过渡另一个单饼绕组所用的超导带(超导带的另一端)。

双饼线圈的绕制是从一根超导带的中间开始的，先用超导带的一半绕制一个单饼绕组(左侧)，然后用另一半绕制另一个单饼绕组(右侧)。在绕制之前，把主轴较粗的一端用绕线机卡盘上的三个卡爪锁紧，然后把挡板装在主轴上并紧靠卡爪端的平面；把双饼线圈骨架套在过渡桥内台阶上，把双饼线圈骨架和过渡桥一起装在主轴上并让装双饼线圈骨架紧靠挡板，外侧用第一锁紧螺母把挡板、双饼线圈骨架和过渡桥锁紧；把绕线盘用第二锁紧螺母固定在过渡桥的右侧；绕线机另一端若有顶针，把它与主轴右端的顶针孔锁紧。把绕有高温超导带的放线盘固定在放线力矩电机上，并使放线盘与绕线盘在同一平面内。然后把绕制右侧单饼绕组所用的超导带(约为整个双饼线圈所用超导带的二分之一)绕在绕线盘上。把超导带以一定的角度从绕线盘上引出，经过一个倾斜弧后在过渡桥上绕几匝过渡到双饼线圈骨架上，并用橡皮膏或黄胶带把过渡桥与超导带固定。调整力矩电机的位置，使超导带紧贴挡板。通过调力矩电机的电压把超导带上预应力调节到预定值。然后开始左侧单饼绕组的绕制，并保证该绕组的每一匝都紧贴着挡板。达到预定的匝数后，用高强度黏合剂把最后一匝固定。然后把左侧绕组固定端子用螺钉固定在挡板上，然后在超导带上的预应力不变的情况下把超导带尾部用锡焊在左侧绕组固定端子上。取下绕线盘并把绕在过渡桥上的超导带绕进绕线盘，然后把绕线盘固定在力矩电机上。调整超导带上的预应力，紧贴左侧绕组绕制右侧绕组。达到预定匝数后用同样的方法固定端头。若所用粘合剂固化时间较长，要等粘合剂完全固化后方可取下双饼线圈。

本发明与中型绕线机系统组合，已完成10kV/1.5kA高温超导限流器用高温超导实验磁体的8个双饼线圈的绕制，双饼线圈的临界电流达到短样临界电流的51.6％。

附图说明

图1为本发明具体实施方式各部件及组装顺序图；

图2为本发明具体实施方式工作原理图。

图中：挡板1，左侧绕组固定端子2，右侧绕组固定端子3，双饼线圈骨架4，过渡桥5，第一锁紧螺母6，绕线盘7，第二锁紧螺母8，主轴9，绕制中的左侧单饼绕组10，超导带11、12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

主轴9与第一、第二锁紧螺母6、8一起用于组装、固定本发明的其它部件，并通过它们完成绕制装置与绕线机的同轴固定。挡板1的外直径应大于双饼线圈的外直径，用来保证左侧单饼绕组各匝在同一平面内，防止绕组向外侧“倒塌”，挡板1在整个绕制装置的最左侧。左、右两侧绕组固定端子2、3固定在挡板1的外沿，用来固定绕组两端的超导带头。过渡桥5和绕线盘7与挡板1通过主轴9同轴装配。主轴9右端有顶针孔。过渡桥5是一个有台阶的厚壁圆筒，过渡桥5外台阶的直径与双饼线圈骨架4的外直径相同，内台阶的直径比双饼线圈骨架4的内直径稍小；靠近挡板1的过渡桥5A端的内台阶长度小于双饼线圈骨架高度。线圈骨架4套在过渡桥5的内台阶上并紧靠挡板1，通过第一锁紧螺母6把双饼线圈骨架4固定在挡板1与过渡桥5之间。绕线盘7被其右侧的第二锁紧螺母8锁紧。过渡机构的过渡桥5和绕线盘7在绕制第一个单饼绕组时用来临时绕制和过渡另一个单饼绕组所用的超导带。

本发明的工作工程如下：

首先把主轴9的A端用绕线机卡盘上的三个卡爪锁紧，然后按图1所示的顺序依次把挡板1、双饼线圈骨架4、过渡桥5装在主轴9上，并把双饼线圈骨架4套在过渡桥5A端的内台阶上，外侧用第一锁紧螺母6锁紧；把绕线盘7用第二锁紧螺母8固定在主轴9的最右侧；绕线机右侧若有顶针，把它与主轴9右端的顶针孔锁紧。把绕有高温超导带的放线盘固定在放线力矩电机上，并使放线盘与绕线盘在同一平面内。然后把绕制右侧单饼绕组所用的超导带绕在绕线盘7上。如图2所示，把超导带以一定的角度从绕线盘7引出，经过一个倾斜弧后在过渡桥5上绕几匝超导带11，过渡到双饼线圈骨架4上，并用橡皮膏或黄胶带把过渡桥5与超导带11固定。调整力矩电机的位置，使超导带12紧贴挡板1。通过调力矩电机的电压把超导带12上预应力调节到预定值。然后开始左侧单饼绕组10的绕制，并保证该单饼绕组10的每一匝都紧贴着挡板1。

Claims (5)

1.一种高温超导双饼线圈绕制装置，其特征在于它包括主轴[9]和从左至右套装在主轴[9]上的挡板[1]、导线过渡机构和第一锁紧螺母[6]、第二锁紧螺母[8]；双饼线圈骨架[4]置于挡板[1]和导线过渡机构之间；主轴[9]为阶梯长轴，轴肩上有锁紧螺纹；挡板[1]为圆盘形，其外径大于双饼线圈的外径；导线过渡机构包括过渡桥[5]和绕线盘[7]；过渡桥[5]是一个有台阶的厚壁圆筒，过渡桥[5]外台阶的直径与双饼线圈骨架[4]的外直径相同，过渡桥[5]内台阶的直径比双饼线圈骨架[4]的内直径稍小；靠近挡板[1]的过渡桥[5]A端的内台阶长度小于双饼线圈骨架[4]的高度；双饼线圈骨架[4]套在靠近挡板[1]的过渡桥[5]A端的内台阶上，并紧靠挡板[1]；绕线时，主轴[9]的A端用绕线机卡盘上的三个卡爪锁紧，从左至右顺序套装上挡板[1]、双饼线圈骨架[4]和过渡桥[5]，通过第一锁紧螺母[6]把它们锁紧，然后再套装上绕线盘[7]，并将第二锁紧螺母[8]锁紧。

2.按照权利要求1所说的高温超导双饼线圈绕制装置，其特征在于所述的挡板[1]上有左侧绕组固定端子[2]和右侧绕组固定端子[3]，用于固定超导线的端头。

3.按照权利要求1或2所说的高温超导双饼线圈绕制装置，其特征在于主轴[9]的左右两端有顶针孔，当与所述绕制装置连接的绕线机有顶针时，与绕线机配合锁紧主轴[9]。

4.按照权利要求1所说的高温超导双饼线圈绕制装置，其特征在于主轴[9]的A端增加一个锁紧螺母，用于所述绕制装置与两端有顶针的绕线机组合使用。

5.按照权利要求1或2所说的高温超导双饼线圈绕制装置，其特征在于在挡板[1]、左侧绕组固定端子[2]和右侧绕组固定端子[3]、双饼线圈骨架[4]、过渡桥[5]、第一和第二锁紧螺母[6、8]、主轴[9]部件的组装顺序不变的基础上，在主轴[9]上绕线盘[7]的位置并列固定两个或多个绕线盘，所述绕制装置与绕线机和两台或多台放线力矩电机组合使用，实现两根或多根超导带同时并绕双饼线圈。