CN219534285U - 核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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装置，其特征在于，包括旋转组件、包带组件和模具平台，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。

Description

核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕装置

技术领域

本实用新型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装置。

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。现有技术针对这种大型线圈一般采用人工的方法进行包带，人工包带包带效率低，无法保证包带一致性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题针对大型线圈体积大、重量超重，采用人工包带的方法效率低、质量差的不足，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装置。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案予以实现：

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装置，包括旋转组件、包带组件和模具平台，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。

本实用新型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装置(简称包绕装置)应用于线圈绝缘包绕系统中，该系统具有线圈起降机构，线圈起降机构悬架于本实用新型所述的包绕装置之上，线圈起降机构放线，放下来的线成螺旋状，线圈起降机构逐步放线，本实用新型包绕装置旋转，包绕完成的线圈逐步落位于模具平台上。所述包带头的两侧分别布置有一个线夹，两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，这正是本实用新型最为巧妙之处。

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，旋转组件包括旋转支撑件、旋转安装件和驱动装置一，旋转安装件由旋转支撑件支撑，驱动装置一安装于旋转支撑件，驱动装置一驱动安装架旋转；包带组件安装于旋转安装件。

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、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。

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。

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。

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二，驱动装置二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。

进一步地，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。

更进一步地，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，驱动装置二包括电机二、丝杆二和丝母二，所述包带头安装座与丝母二固定，电机二驱动丝杆二旋转带动丝母二直线移动，丝杆二沿旋转安装件的旋转中心呈径向设置。

更进一步地，在丝杆二的两侧分别设置有导向杆，所述包带头安装座的顶部、丝杆二的两侧固定有与导向杆相适配的导向槽。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型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装置，包括旋转组件、包带组件和模具平台，旋转组件旋转，包带组件上的包带头对线圈进行包带，线夹支撑着从线圈起降机构放下来的线；包绕完成的线圈逐渐落位于模具平台上。在线圈垂直方向位置固定后，进一步设置包带头沿旋转平面的径向方向可调，实现匝间过渡和层间过渡。通过在旋转安装件上安装测距传感器，在包带头的一侧安装有一对测速滚轮，两种方式获得包带头的切向速度，从而实时调节包带头的旋转速度，保证正确的叠包率。本实用新型所述的包绕装置结构简单紧凑，设计巧妙，综合考虑大型线圈包绕过程中的实际工况，能精确、高效地完成大型线圈的绝缘带的包绕。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1线圈起降机构和本实用新型所述包绕装置位置图。

图2是旋转安装件和包带组件结构图。

图3是旋转支撑件和驱动装置一结构图。

图4是模具平台和线圈结构图。

图5是线夹和线夹支撑杆结构图。

图6是包带头和包带头支撑杆结构图。

图7是包带盘结构图。

图8是图7包带盘截面图。

核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕装置100，线圈放线机构200，线圈300；旋转安装件1，电机一21，减速机一22，主动齿轮23，从动齿轮24，旋转支撑件3；模具平台4；线夹5，线夹支撑杆6；包带头7，包带头支撑杆8；包带头安装座9，包带盘10，带芯轴10a，带盘10b，磁粉制动器11，连接轴11a，激光测距仪12，电机二13a，丝杆二13b，丝母二13c，导向杆14，导向槽15，限位块16，测速滚轮17，超声波测距传感器18，支架19，限位滚轮20。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

本实施例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装置100(简称包绕装置)应用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(简称包绕系统)，如图1所示，包绕系统包括有线圈放线机构200，线圈放线机构200放下来的螺旋线圈，由本实施例所述的包绕装置100进行绝缘带包绕。由于所述线圈体积大、重量巨大，要实现自动化包绕，线圈的支撑、匝间过渡、层间过渡、叠包率这些问题是非常难以解决的，本实施例正是针对以上这些技术问题，设计了一种使用方便、自动化、能保证叠包率的包绕装置，下面结合附图，具体分析如下：

核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕装置，如图2、图3和图4所示，包括旋转组件、包带组件和模具平台4，旋转组件穿过模具平台4的中心、并与模具平台4之间具有间隙，包带组件安装于旋转组件，并位于模具平台4之上；包带组件包括线夹5和包带头7，线夹5和包带头7均安装于旋转组件上，旋转组件旋转带动线夹5和包带头7旋转，线夹5夹住螺旋线，包带头7对螺旋线包带，包带头7的数量等于线圈绝缘带的层数，包带头7排列顺序与绝缘带的包绕顺序一致；每个包带头7的两侧分别至少布置有一个线夹5；线夹5和包带头7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4上。

旋转组件包括旋转支撑件3、旋转安装件1和驱动装置一，旋转安装件1由旋转支撑件3支撑，驱动装置一安装于旋转支撑件3，驱动装置一驱动安装架旋转；如图2所示，包带组件安装于旋转安装件1。

如图2所示，所述线夹5为一对滚轮，两个滚轮平行，滚轮安装于线夹支撑杆6上表面或者下表面使线夹支撑杆6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。

如图2和图3所示，所述旋转支撑件3和旋转安装件1均为笼型结构，笼型结构中安装有电气设备。

如图3所示，驱动装置一包括依次传动连接的电机一21、减速机一22、主动齿轮23和从动齿轮24，从动齿轮24的中心固定有输出轴；从动齿轮24的旋转平面与安装架的旋转平面平行；所述旋转安装件1与从动齿轮24的输出轴固定，从动齿轮24输出轴的旋转带动旋转安装件1旋转。

所述线夹5通过线夹支撑杆6与旋转组件可拆卸连接，每个线夹5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6的竖向位置；其中包带头7通过包带头支撑杆8与旋转组件可拆卸连接，每个包带头7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8的竖向位置。

所述包带头支撑杆8上安装有驱动装置二，如图6所示，驱动装置二驱动包带头7沿着包带头支撑杆8径向移动；在包带头7上安装有激光测距仪12，实时检测包带头7中心与线圈中心的距离数据；激光测距仪12所获取的距离数据传送至控制系统，实时计算出包带头7沿着包带头支撑杆8的移动距离，以保证包带头7包带点与线圈中心线重合。

在旋转安装件1上安装有测距传感器，测量旋转安装件1的中心至包带头7旋转中心的距离为R，已知旋转安装件1的旋转角速度为ω，求得包带头7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7转速

如图6所示，在包带头7的一侧安装有一对测速滚轮17，线圈穿过测速滚轮17，测速滚轮17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7的切向速度v，同样使用以上的公式获得包带头7转速V。

如图6所示，驱动装置二包括电机二13a、丝杆二13b和丝母二13c，所述包带头安装座9与丝母二13c固定，电机二13a驱动丝杆二13b旋转带动丝母二13c直线移动，丝杆二13b沿旋转安装件1的旋转中心呈径向设置。

在丝杆二13b的两侧分别设置有导向杆14，所述包带头安装座9的顶部、丝杆二13b的两侧固定有与导向杆14相适配的导向槽15。如图6所示，所述每侧具有两节导向槽15。在包带头安装座9上还设置有限位块16，对包带头7的移动进行限位。

所述包带头7上还设置有限位滚轮20，限位滚轮20位于线宽的两侧，线圈穿过测速滚轮17后，再穿过限位滚轮20，限位滚轮20对线圈的宽度方向进行限位。如图6所示，测速滚轮17和限位滚轮20均为圆柱形滚轮，测速滚轮17沿横向布置，限位滚轮20沿垂向布置，两种滚轮方向垂直。

所述包带头7包括包带盘10和磁粉制动器11，磁粉制动器11为包带提供恒张力，所述磁粉制动器11与包带盘10的带芯轴10a连接；磁粉制动器11的中心固定有连接轴11a，连接轴11a的顶部开有凹槽，带芯轴10a插入凹槽中。

如图7所示，所述包带盘10上还安装有超声波测距传感器18检测带盘10b外径，带盘10b外径数据传至控制系统，控制系统根据磁粉制动器11设定的张力输出相应扭矩，达到稳定的输出张力。

如图7和图8所示，所述包带盘10上还安装有用于安装超声波测距传感器18的支架19，支架19位于包带盘10的带盘10b和磁粉制动器11之间，如图所示，支架19的一侧从带盘10b伸出位于带盘10b外侧、以便于超声波测距传感器18位于带盘10b的侧面实时检测带盘10b外径。如图8所示，支架19与磁粉制动器11、支架19的形状相适配，并对磁粉制动器11和支架19进行横向、垂向定位。

本实施例所述的线圈300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7，如图2所示，包线时，包带头7的两侧分别有一个线夹5，在包绕过程中，线夹5整体和包带头7整体是不会垂向和横向移动的，旋转组件的旋转带动包带头7和线夹5沿着螺旋线旋转，包带头7两侧的线夹5保证了包带头7的包绕位置不变。线夹5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4上。

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7上设置有两个包带盘10，两个包带盘10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7的两侧设置长滚轮状的线夹5，两个线夹5对垂向位置进行限位，在调整包带头7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7上设置激光测距仪12，将实时信息传送至控制系统，控制系统控制包带头7的移动距离。

带盘10b张力控制有超声波测距传感器18检测带盘10b外径，磁粉制动器11根据设定的张力输出相应扭矩，达到稳定的输出张力。

综上所述，本实施例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装置，能承载线圈，自动完成匝间过渡、层间过渡，并可根据包带头7的切向速度调整包带头7的旋转速度保证正确的叠包率。

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

Claims (10)

1.核聚变装置超导磁体多层多匝螺旋线圈绝缘自动包绕装置，其特征在于，包括旋转组件、包带组件和模具平台，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。

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装置，其特征在于，旋转组件包括旋转支撑件、旋转安装件和驱动装置一，旋转安装件由旋转支撑件支撑，驱动装置一安装于旋转支撑件，驱动装置一驱动安装架旋转；包带组件安装于旋转安装件。

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装置，其特征在于，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。

4.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装置，其特征在于，所述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。

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装置，其特征在于，所述包带头支撑杆上安装有驱动装置二，驱动装置二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。

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装置，其特征在于，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

7.根据权利要求6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装置，其特征在于，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。

8.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装置，其特征在于，驱动装置二包括电机二、丝杆二和丝母二，所述包带头安装座与丝母二固定，电机二驱动丝杆二旋转带动丝母二直线移动，丝杆二沿旋转安装件的旋转中心呈径向设置。

9.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装置，其特征在于，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。

10.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装置，其特征在于，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。