一种平面线圈绕制机构的制作方法

本申请属于平面线圈技术领域，尤其涉及一种平面线圈绕制机构。

背景技术：

在低温物理和超导物理中，利用平面线圈可以获得匀强磁场，用于提供磁场环境或接受信号或发出信号。线圈的平面度、均匀度和温度剧烈变化下的稳定性都对磁场的均匀性造成很大的影响，与理想线圈差别越大，造成磁场和信号的误差越大。绕制平面线圈一般以狭缝为线圈绕制的模具。为了绕制的平面线圈具有较高的平面度，绕制模具的狭缝高度应当与线径匹配，且各处高度具有较高的一致性。线圈的均匀度和温度变化下的稳定性，与绕制的张力有关，张力小，线圈贴合的不够紧密，均匀度不好；而张力过大，狭缝高度有可能被改变而影响平面度，且绕制的线圈具有大的应力，在低温冲击下，会发生变形。

鉴于此，本实用新型提供一种新的平面线圈绕制机构。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种平面线圈绕制机构，以确保绕制线圈的平面度、均匀度和温度剧烈变化下的稳定性。

本申请提供一种平面线圈绕制机构，其包括线圈固定组件和控高组件，线圈固定组件包括线圈轴、线圈基座和基座定位件，线圈轴位于线圈基座的中心，且线圈轴的顶面超出线圈基座的顶面，超出距离不大于绕制线圈的线径，线圈基座固定于基座定位件上，线圈基座的顶面上开设至少一条沿线圈轴切线方向的线固定槽，线固定槽的深度和宽度大于绕制线圈的线径；控高组件的高度可调，其位于线圈固定组件的正上方，绕制线圈时控高组件的底面至线圈基座的顶面的距离等于绕制线圈的线径，线圈轴的顶面、线圈基座的顶面和控高组件的底面均为沿水平方向延伸的平面。

其中，线固定槽的数量为两条以上，各条线固定槽距离线圈基座中心的距离依次增大，且各线槽在线圈基座的顶面上不交叉。

其中，控高组件包括控高盘、精调盘、多个预压螺栓、多个锥形弹簧和多个球头螺栓，控高盘的竖直高度可调，预压螺栓与锥形弹簧一一对应且沿圆周方向均匀连接控高盘和精调盘，球头螺栓沿控高盘的圆周均匀分布，旋入控高盘的螺纹孔后球头螺栓的球头抵接精调盘的顶面。

其中，平面线圈绕制机构进一步包括底板、立柱和上悬板，底板水平设置，立柱垂直设置于底板上，上悬板固定至立柱且上悬板与底板平行设置，线圈固定组件设置于底板上，控高组件进一步包括控高盘丝杠，控高盘通过控高盘丝杠及其配套螺母固定至上悬板。

其中，精调盘由透明特氟龙材料制成。

其中，平面线圈绕制机构还包括转动绕线组件，转动绕线组件包括线轴和驱动组件，驱动组件用于驱动线轴绕线圈固定组件转动。

其中，驱动组件包括电机、电机支架、电机输出连接组件和转台，电机通过电机支架固定且其输出轴沿竖直方向设置，电机输出连接组件连接至转台，转台中空设置用于为线圈固定组件提供安装空间，线轴设置于转台上。

其中，线圈固定组件还包括转台定子和连接件，转动绕线组件还包括转台轴承，转台定子沿竖直方向设置，连接件连接基座定位件和转台定子；转台轴承的内圈与转台定子配合，转台轴承外圈与转台的内圆配合。

其中，转台定子为从上至下直径变大设置的四段式圆柱结构，四段式圆柱结构由下至上依次包括用于为线圈固定组件提供支撑的固定部、为转台轴承提供轴肩的轴承支撑部，为转台轴承提供嵌套的轴承嵌套部，以及顶端圆柱。

其中，转台的中空设置的中心孔呈上小下大的台阶形，中心孔的上部内径与转台定子的顶端圆柱的直径匹配，中心孔的下部内径与转台轴承的外圈匹配。

其中，基座定位件包括环形限位部和多个锁紧螺钉，沿环形限位部的径向设置多个锁紧孔，锁紧螺钉与锁紧孔一一对应且分别旋入锁紧孔中，环形限位部的内径大于线圈基座的外径并通过锁紧螺钉对线圈基座进行固定，线圈基座的高度大于环形限位部的高度。

与现有技术相比，本申请平面线圈绕制机构包括线圈固定组件和控高组件，具体地，线圈固定组件的线圈轴的顶面、线圈基座的顶面以及控高组件的底面均为沿水平方向延伸的平面，且满足线圈轴设置于线圈基座的中心，线圈轴的顶面超出线圈基座的顶面以及绕制过程中线圈基座的顶面至控高组件的底面的距离等于绕制线圈的线径，通过上述设置确保线圈绕制过程中的平面度、均匀度和温度剧烈变化下的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种平面线圈绕制机构一优选实施例的立体结构图；

图2是图1所示平面线圈绕制机构的线圈基座的一优选实施方式的立体示意图；

图3是图1所示平面线圈绕制机构在线圈绕制的初始时刻线圈轴和线圈基座的俯视示意图；

图4是图1所示平面线圈绕制机构的线圈基座的另一优选实施方式的俯视图；

图5是图1所示平面线圈绕制机构的底板的立体放大图；

图6是图1所示平面线圈绕制机构的上悬板的仰视图；

图7是图1所示平面线圈绕制机构的控高组件的立体放大图；

图8是图7所示控高组件的主视图；

图9是图1所示平面线圈绕制机构的基座定位件的立体放大图；

图10是图9所示基座定位件的剖视结构图；

图11是图1所示平面线圈绕制机构的连接件的立体放大图；

图12是图1所示平面线圈绕制机构的转台定子的立体放大图；

图13是图1所示平面线圈绕制机构的转台的剖视结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一路的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本实用新型一种平面线圈绕制机构至少包括线圈固定组件和控高组件，线圈固定组件包括线圈轴、线圈基座和基座定位件，线圈轴固定设置于线圈基座的中心，且线圈轴的顶面超出线圈基座的顶面，该超出距离不大于绕制线圈的线径，线圈基座固定于基座定位件上，线圈基座的顶面沿线圈轴的切线方向上开设至少一条线固定槽，线固定槽的深度和宽度大于绕制线圈的线径。控高组件位于线圈固定组件的正上方，其底面至线圈基座的顶面的距离等于绕制线圈的线径，线圈轴的顶面、线圈基座的顶面和控高组件的底面均为沿水平方向延伸的平面。通过上述技术方案，可以确保在线圈绕制过程中，金属导线绕线圈轴缠绕时紧贴控高组件的底面和线圈固定组件的顶面，进而确保绕制线圈的平面度和均匀度。

具体地，图1至图13给出了本实用新型平面线圈绕制机构的一优选实施例。该优选实施例中，平面线圈绕制机构包括机架1、线圈固定组件2、转动绕线组件3和控高组件4。

请参照图1，机架1包括底板11、立柱12、上悬板13和地脚14。底板11水平设置，立柱12垂直设置于底板11上，上悬板13固定至立柱12且上悬板13与底板11平行。地脚14的数量为多个，分别设置于底板11的底部角落，用于调整底板11的水平度。

请一并参照图5，底板11的两端自顶面分别下沉设置安装槽111和112，安装槽111和112的底部分别贯穿设置若干个通孔，安装槽111用于限位立柱12，底板11和立柱12通过螺纹连接的方式实现固定连接。安装槽112用于定位线圈固定组件2的转台定子26(后文将具体描述)。

请一并参照图6，上悬板13的两端与底板11的安装槽111和112对应的位置处分别设置安装槽133和大圆通孔131。安装槽133上贯穿设置若干个通孔，安装槽133用于定位立柱12，上悬板13和立柱12通过螺纹连接的方式实现固定连接。大圆通孔131的圆心与安装槽111的圆心在竖直方向上正对。大圆通孔131的外围沿圆周方向上均匀分布三个小圆通孔132。小圆通孔132用于连接控高组件4。

请一并参照图1、图2-5和图9-12，线圈固定组件2包括线圈轴21、线圈基座22、基座定位件24、连接件23和转台定子26。

本实施例中，线圈基座22为同心圆环结构，其内径与线圈轴21紧配合。在其他的实施例中，线圈基座22与线圈轴21亦可以是一体式结构。例如，在一些应用环境中，当线圈基座的内部需要穿设其他零件时，则线圈基座22与线圈轴21只能选择一体式结构。

线圈轴21的顶面超出线圈基座22的顶面，超出距离不大于绕制线圈的线径。线圈基座22的顶面上开设至少一条沿线圈轴21切线方向的线固定槽，线固定槽的深度和宽度大于绕制线圈的线径，以确保绕线的起始和终点与绕制线圈的平面分层设置，进而确保绕制线圈的平面度。一条线固定槽适用于单股线缠绕线圈的情形，多条线槽的设计方案可以增加缠绕线圈的金属线的股数。多条线槽时，各条线固定槽距离线圈基座中心的距离依次增大，且各线固定槽在线圈基座的顶面上不存在交叉。优选地，最内侧线固定槽与线圈轴21相切。

线圈基座22固定于基座定位件24上。具体地，基座定位件24包括环形限位部242和多个锁紧螺钉25，沿环形限位部的径向设置多个锁紧孔241，锁紧螺钉25与锁紧孔241一一对应且分别旋入锁紧孔241中。环形限位部24的内径大于线圈基座22的外径并通过锁紧螺钉25对线圈基座22进行固定，线圈基座22的高度大于环形限位部242的高度。本实施例中，锁紧螺钉25和锁紧孔241的数量均为3个，在其他的实施方式中，锁紧螺钉25的数量不受本实施例限制。本实施例中，基座定位件24除环形限位部242外，还包括设置于环形定位部242下方的底座243，底座243用于为线圈基座22提供支撑。

连接件23设置于转台定子26和基座定位件24之间，连接件23通过螺纹连接的方式固定至转台定子26的顶部，且其直径大于转台定子26的顶部位置处的直径，基座定位件24通过螺纹连接的方式固定至连接件23。

转台定子26通过螺纹连接的方式沿竖直方向设置于底板11的安装槽112上。转台定子26为从上至下直径变大设置的四段式圆柱结构，四段式圆柱结构由下至上依次包括用于为线圈固定组件2提供支撑的固定部261、为转动绕线组件3的转台轴承37提供轴肩的轴承支撑部262、为转台轴承37提供嵌套的轴承嵌套部263，以及顶端圆柱264。

控高组件4的高度可调，其位于线圈固定组件2的正上方，绕制线圈时控高组件的底面至线圈基座22的顶面的距离等于绕制线圈的线径。请一并结合图1、图7和图8，控高组件4包括控高盘丝杠41、控高盘42、精调盘43、预压螺栓44、锥形弹簧45和球头螺栓46。

控高盘42通过控高盘丝杠41及其配套螺母固定至上悬板13。本实施例中，控高盘丝杠41的数量为3个，与上悬板13的小圆通孔132一一对应连接。在其他的实施例中，小圆通孔132和控高盘丝杠41的数量不受本实施例限制。控高盘丝杠41可以用来调整控高盘42的高度，一般情况下，在线圈绕制结束后，通过驱动控高盘丝杠41调整控高盘42及精调盘43的高度可以快速取出线圈。绕制新的线圈时亦可以先驱动控高盘丝杠41实现精调盘43高度的初步调整。

预压螺栓44的数量和锥形弹簧45的数量一致，预压螺栓44与锥形弹簧45一一对应且沿圆周方向均匀连接控高盘42和精调盘43。本实施例中，预压螺栓44和锥形弹簧45均为3个，每一锥形弹簧45均套设于一预压螺栓44后，预压螺栓44穿过控高盘42上设置的通孔后拧入精调盘43上设置的螺纹孔中，锥形弹簧45始终处于压缩状态，其两端分别抵持在预压螺栓44的头部台阶上和控高盘42的顶面上。本实施例中，球头螺栓46的数量为3个，沿控高盘42的圆周均匀分布，球头螺栓46旋入控高盘42上设置的螺纹孔后球头螺栓46的球头抵接精调盘43的顶面。由于预压螺栓44、锥形弹簧45和球头螺栓46的设置，可以通过拧动球头螺栓46调整精调盘43的平面度和在精调盘43高度初调的基础上实现精调。在其他的实施例中，预压螺栓44、锥形弹簧45和球头螺栓46的设置数量不受本实施例限制。

控高盘丝杠41对精调盘进行调节的调节距离远大于球头螺栓46对精调盘43进行调节的调节距离，因此，控高盘丝杠41用于快速调节精调盘43的高度，球头螺栓43用于在精调盘43的底面与线圈基座22的顶面之间的距离接近线径时，继续调节精调盘43的底面与线圈基座22的顶面之间的距离和平行度直至满足需要。

由于在线圈绕制的过程中，导线从线轴31脱落到绕到线圈基座22的间隙，需被涂上环氧树脂胶水等粘接剂，为了避免精调盘43被胶水污染，优选地，精调盘43选用透明特氟龙材料制成。

转动绕线组件3包括线轴31和驱动组件。驱动组件用于驱动线轴31绕线圈固定组件2转动。在其他的实施例中，亦可以省略驱动组件的设置，而直接采用手动绕线的方式，在这样的情况下，线圈固定组件2中的一些部件亦可以省略，例如转台定子26、连接件23等。

本实施例中，驱动组件包括电机32、电机支架33、电机输出连接组件和转台36。电机32通过电机支架33固定至机架1上。电机32的输出轴沿竖直方向设置，电机输出连接组件连接至转台36，转台36中空设置用于为线圈固定组件2提供安装空间，线轴31设置于转台上。

进一步地，本实施例中，电机输出连接组件包括皮带34和皮带轮35。皮带轮35设置于电机32的输出轴上，皮带34卡入皮带轮35和转台36外侧凹设的皮带槽中。在其他的实施例中，电机输出连接组件还可以是齿轮齿条传动的方式等等。

优选地，转动绕线组件3还包括转台轴承37，转台轴承37的内圈与转台定子配合，转台轴承37的外圈与转台的内圆配合。具体地，转台36的中空设置的中心孔成上小下大的台阶性，中心孔的上部内径与转台定子的顶端圆柱的直径匹配，中心孔的下部内径与转台轴承的外圈匹配。在其他的实施例中，转台轴承37还可以是平面轴承，如此，平面轴承可以设置的底板11上，因此，转台定子36亦可以省略。

通过上述设置，上悬板13的大圆通孔132、控高盘42、精调盘43、线圈基座22、线圈轴21、基座定位件23、转台定子26及转台轴承37的轴线重合。

为了确保线圈绕制过程中导线具有足够的张力，优选地，转动绕线组件3还包括与线轴31相互平行且相互接触的橡胶棒38，橡胶棒38与线轴31之间具有摩擦力，只有在一定大小的转矩作用下，线轴31才可以转动。

线轴31和橡胶棒38转动设置于转台36上，具体地，转动绕线组件3进一步包括两丝杠39，线轴31和橡胶棒38分别通过一丝杠39连接至转台36上。

本实用新型平面线圈绕制机构的绕制线圈的工作步骤包括：

s1，调节控高盘丝杠41，使得精调盘43的底面与线圈轴21的顶面接触；

s2，调节球头螺栓46，使得精调盘43的底面与线圈轴21的顶面分离直至精调盘43的底面与线圈基座22的顶面之间的距离等于导线的线径，在此步骤中，需确保精调盘43的底面与线圈基座22的顶面之间的距离处处相等；

s3，装上线轴31，线轴31上缠绕有绕制线圈要用到的导线。将导线一端装入线圈基座22的线固定槽221中，并将导线的端部紧密固定，使其不会因为绕制的张力而松动；

s4，绕制线圈：电机32转动，带动转台36转动，导线受到张力，从线轴31上不断脱落，不断绕到线圈基座22上。导线在从线轴31脱落到绕到线圈基座22的间隙，被涂上环氧树脂胶水等粘结剂，胶水带到线圈基座22，从而绕制的线圈在粘结剂的作用下，成为一个整体。需要注意的是，其中涉及电机转向、绕线方向、线轴转向等3个方向的匹配问题，电机的转向可以通过调节电源正负极调整，绕线方向与导线装载方向有关，线轴转向也和安装朝向有关系，可以调节这3个方向使机构绕线顺利进行。

该步骤中，电机32的转速需要严格控制，以便随时观察线圈绕制情况。导线绕制张力驱动线轴31克服橡胶棒39的摩擦力而转动。可以调整橡胶棒39或线轴31尺寸，改变橡胶棒39和线轴31之间的摩擦力。

不利用电机32转动驱动转台36，而采用手动驱动转台36也是可行的。进一步的，取消转台36，采用手工缠绕也是一种实施方法。

为了获得在不同温度下稳定的线圈结构，需要保证粘结剂和导线具有接近的热膨胀/热收缩系数。

与现有技术相比，本申请平面线圈绕制机构包括线圈固定组件2和控高组件4，具体地，线圈固定组件2的线圈轴21的顶面、线圈基座22的顶面以及控高组件4的底面均为沿水平方向延伸的平面，且满足线圈轴21设置于线圈基座22的中心，线圈轴21的顶面超出线圈基座22的顶面以及绕制过程中线圈基座22的顶面至控高组件4的底面的距离等于绕制线圈的线径，通过上述设置确保线圈绕制过程中的平面度、均匀度和温度剧烈变化下的稳定性。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。