一种用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机及其绕线方法

1.本发明属于超导电工技术领域，更具体地，涉及一种用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机及其绕线方法。


背景技术：

2.超导带材是一种在特定环境下具有零电阻特性的材料，一般分为低温超导材料和高温超导材料。其中，高温超导材料以铋系和钇系两种材料应用最为广泛，目前已经实现一定规模的量产。高温超导材料目前较多的应用是制作高温超导线圈，需要将超导带材绕制成线圈，因此需要使用绕线机。
3.常规绕线机往往只有一个绕线盘，但是有些超导带材需要和绝缘材料、铜带、钢带等不同电导率带材并绕，或者同种超导带材之间的并绕来提高绕制的超导线圈的匝间电阻率或提高线圈的整体强度；而这种常规的绕线机往往只能手动将需要并绕的线圈缠绕在超导上，然后再缠绕在线圈骨架上，浪费了大量的人力和时间，效率低，并且精度难以保证，无法高效且精准地绕制并绕线圈。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机及其绕线方法，用以解决现有技术无法高效且精准地绕制并绕线圈的技术问题。
5.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机，包括：工作台面、以及位于工作台面之上依次排布的绕线电机、排线系统和放线系统；绕线电机上放置有线圈骨架，绕线盘放置在线圈骨架上；
7.放线系统包括：固定于工作台面之上的第一直线导轨、设置于第一直线导轨之上的第一导轨平台、放置在第一导轨平台上方的伺服放线张力系统、以及设置在第一导轨平台下表面处的放线横移伺服系统；放线横移伺服系统用于带动伺服放线张力系统在第一直线导轨上进行移动；
8.排线系统包括：固定于工作台面之上的排线架、固定于排线架之上的第二直线导轨、放置在第二直线导轨上方的第二导轨平台、放置在第二导轨平台上方的排线张力系统、以及设置在第二导轨平台下表面处的排线横移伺服系统；排线横移伺服系统用于带动排线张力系统在第二直线导轨上进行移动；
9.其中，第一直线导轨、第二直线导轨和线圈骨架的轴线两两相互平行；
10.伺服放线张力系统包括：第一放线盘和第二放线盘；第一放线盘和第二放线盘的工作平面位于同一平面、且垂直于工作台面；第二放线盘高于第一放线盘；
11.排线张力系统包括：定滑轮、导线轮和张力传感器；第二导轨平台包括上下平行间隔放置的上导轨子平台和下导轨子平台，定滑轮分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台
靠近放线系统的一端，导线轮分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台远离放线系统的一端；张力传感器分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台的中部位置处；
12.第一绕制带材放置在第二放线盘上，依次经过第二放线盘、上导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机；第二绕制带材放置在第一放线盘上，依次经过第一放线盘、下导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机；通过控制放线横移伺服系统和排线横移伺服系统的移动，将第一放线盘、第二放线盘、张力传感器以及绕线盘控制在同一工作平面上，从而将第一绕制带材和第二绕制带材并绕在绕线电机上的绕线盘上；
13.其中，当第一绕制带材为待绕制的超导带材时，第二绕制带材为并绕带材；当第一绕制带材为并绕带材时，第二绕制带材为待绕制的超导带材。
14.进一步优选地，张力传感器用于测量其上绕制带材的张力，以对对应放线盘中电机的转矩进行反馈控制。
15.进一步优选地，绕线电机包括：主轴箱和尾箱；主轴箱和尾箱相对放置于工作台面上，用于夹紧线圈骨架；
16.其中，主轴箱的轴线与第一直线导轨和第二直线导轨均平行。
17.进一步优选地，尾箱沿着轴向可移动，且主轴箱和尾箱的相对面上设置有顶尖，用于夹紧线圈骨架。
18.进一步优选地，主轴箱上设置有控制面板，用于控制放线横移伺服系统在第一直线导轨上移动、控制排线横移伺服系统在第二直线导轨上移动，以及控制第一放线盘和第二放线盘的转矩。
19.进一步优选地，绕线电机还包括脚踏开关，用于驱动绕线电机开始工作，将超导带材和并绕带材缠绕到绕线盘上。
20.进一步优选地，工作台面与第一放线盘、工作台面与第二放线盘之间设置有可升降装置，用于分别控制第一放线盘和第二放线盘的上下移动。
21.进一步优选地，第一放线盘和第二放线盘上的阻尼器可调。
22.第二方面，本发明提供了上述一体化卧式绕线机的绕线方法，包括以下步骤：
23.获取总长度为所需长度的第一绕制带材的线盘和第二绕制带材的线盘，分别作为第一放线盘和第二放线盘；
24.驱动绕线电机开始工作，并通过控制放线横移伺服系统和排线横移伺服系统的移动，将第一放线盘、第二放线盘、张力传感器以及绕线盘控制在同一工作平面上，此时，第一绕制带材依次经过第二放线盘、上导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机，第二绕制带材依次依次经过第一放线盘、下导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机，从而将第一绕制带材和第二绕制带材并绕在绕线电机上的绕线盘上。
25.进一步优选地，获取总长度为所需长度的绕制带材的线盘的方法包括：
26.将绕制带材的线盘作为第一放线盘或第二放线盘，驱动绕线电机开始工作，直至缠绕到绕线电机分线盘上的绕制带材的总长度为所需长度，从而得到总长度为所需长度的绕制带材的线盘；
27.其中，绕制带材为第一绕制带材或第二绕制带材。
28.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
29.1、本发明提供了一种用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机，其中高位放置的第二放线盘和低位放置的第一放线盘工作在同一平面内，随放线伺服横移系统一起移动，两个放线盘同时工作，并可分别控制绕线张力，同时结合两组定滑轮和导线轮以及张力传感器组成的排线张力系统，不仅能实现超导带材与其他带材的并绕功能，而且绕线张力可控、绕线均匀、精度有保证，效率高，能够高效且精准地绕制并绕线圈。
30.2、本发明所提供的用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机，绕线电机中的尾箱可以沿着轴向移动，将绕线盘或者线圈骨架夹紧，能适应不同大小和不同长度的绕线盘或者线圈骨架。
附图说明
31.图1为本发明实施例1提供的用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机的结构示意图；
32.图2为本发明实施例1提供的绕线电机的结构示意图；
33.其中，1为第一直线导轨，2为放线横移伺服系统，3为第一导轨平台，4为第一放线盘，5为伺服放线张力系统，6为第二放线盘，7为排线横移伺服系统，8为第二直线导轨，9为定滑轮，10为张力传感器，11为第二导轨平台，12为导线轮，13为排线架，14为绕线电机，15为工作台面，16为尾箱，17为顶尖，18为控制面板，19为主轴箱，20为脚踏开关。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.实施例1、
36.如图1所示，在本实施例中，用于超导带材并绕的一体化卧式绕线机，包括工作台面15、绕线电机14、排线系统和放线系统。工作台面15与地面平行，绕线电机14和排线系统、放线系统从接近操作位置到远离操作位置(本实施例中为从左到右)，依次设置于同一工作台面15上。
37.放线系统由一组平行于工作台面15的第一直线导轨1、设置在该组第一直线导轨1上的第一导轨平台3、设置在第一导轨平台3下表面处的放线横移伺服系统2、以及设置在第一导轨平台3上方的伺服放线张力系统5组成。放线横移伺服系统2可以在第一直线导轨1上横向移动，从而带动第一导轨平台3及第一导轨平台3上方的伺服放线张力系统5在第一直线导轨1上进行移动。伺服放线张力系统5又包括设置于低位的第一放线盘4和设置于高位的第二放线盘6，它们的工作平面在同一平面上且垂直于工作台面15的，并且都固定在放线系统上，可随放线横移伺服系统2一起移动。
38.排线系统由下部固定在工作台面15上的排线架13、一组平行于工作台面15的第二直线导轨8、放置在该组第二直线导轨8上的第二导轨平台11、设置在第二导轨平台11下表面处的排线横移伺服系统7、以及设置在排线架13上部的排线张力系统组成。第一直线导轨1和第二直线导轨8平行。排线横移伺服系统7可以在第二直线导轨8上横向移动，从而排线
架13上部、第二导轨平台11及第二导轨平台11上的排线横移伺服系统7在第二直线导轨8上进行移动。排线张力系统则由两组定滑轮9和导线轮12以及张力传感器10组成，可随排线横移伺服系统7一起移动。具体地，第二导轨平台11包括上下平行间隔放置的上导轨子平台和下导轨子平台，定滑轮9分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台靠近放线系统的一端，导线轮12分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台远离放线系统的一端；张力传感器10分别固定在上导轨子平台和下导轨子平台的中部位置处；其中，张力传感器10用于测量其上绕制带材的张力，以对对应放线盘中电机的转矩进行反馈控制。进一步地，第一放线盘和第二放线盘上的阻尼器可调；基于张力传感器10测量的其上绕制带材的张力，还可以更换对应放线盘上的阻尼器，以对绕制带材的张力进行辅助调整。
39.如图2所示为从a方向看的绕线电机的结构示意图(其中，a表示视角，表示从a方向观察)，具体地，绕线电机14上设有主轴箱19、尾箱16和脚踏开关20，主轴箱轴线与第一直线导轨1和第二直线导轨8的轴线平行。主轴箱19上固定有控制面板18，可以进行数字化控制；具体地，控制面板18可以控制放线横移伺服系统在第一直线导轨上移动、控制排线横移伺服系统在第二直线导轨上移动，以及控制第一放线盘和第二放线盘的转矩。主轴箱的一侧装有顶尖17，可以和尾箱16的顶尖相互配合，而且尾箱16可以沿着轴向移动，将线圈骨架夹紧，并能适应不同大小和不同长度的线圈骨架，然后通过脚踏开关20使绕线电机14动作，使带材缠绕在线圈骨架上。需要说明的是，这里的脚踏开关20仅为一种便于控制的优选方案，还可以是手动开关等等。
40.放线系统上装有第一直线导轨1和放线横移伺服系统2，第一放线盘4和第二放线盘6固定在放线横移伺服系统2上，并且一高一低，便于放线。进一步地，可以将第一放线盘4和第二放线盘6更换为不同半径大小的放线盘，此时，工作台面与第一放线盘、工作台面与第二放线盘之间还设置有可升降装置，用于控制第一放线盘和第二放线盘的上下移动。可升降装置有两组分别对应控制第一放线盘和第二放线盘的上下移动，以适应不同半径大小的放线盘。优选地，可升降装置可以为轴线与工作台面15垂直的直线导轨。
41.排线系统上则同样装有第二直线导轨8和排线横移伺服系统7，并且在排线横移伺服系统7上装有定滑轮9，将需要绕制的超导带材通过第一放线盘4和第二放线盘6分别拉到上下两个定滑轮9上，可以将超导带材理顺并测量张力反馈绕线控制，通过调整可以将从放线盘到绕线电机14上的带材绕制路径在一条直线上。
42.具体地，第一绕制带材放置在第二放线盘6上，依次经过第二放线盘6、上导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机14；第二绕制带材放置在第一放线盘4上，依次经过第一放线盘4、下导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机14；通过控制放线横移伺服系统和排线横移伺服系统的移动，将第一放线盘4、第二放线盘6、张力传感器10以及绕线盘控制在同一工作平面上，从而将第一绕制带材和第二绕制带材并绕在绕线电机上的绕线盘上，能够适应不同大小和不同长度的线圈骨架；
43.其中，当第一绕制带材为待绕制的超导带材时，第二绕制带材为并绕带材；当第一绕制带材为并绕带材时，第二绕制带材为待绕制的超导带材。本实施例中，并绕带材可以为超导带材、绝缘带材或金属带材(如铜带、钢带等)。
44.综上，在本发明所提供的一体化卧式绕线机中，放线横移伺服系统中的高位放线盘和低位放线盘同时工作并可分别控制绕线张力，结合由定滑轮和导线轮以及张力传感器
组成的排线张力系统，不仅能实现超导与其他带材的并绕功能，而且绕线张力可控、绕线均匀、精度有保证，效率高；同时能适应不同大小和不同长度的线圈骨架。
45.实施例2、
46.本实施例提供了一种实施例1中所述的一体化卧式绕线机的绕线方法，包括以下步骤：
47.1)、获取总长度为所需长度的第一绕制带材的线盘和第二绕制带材的线盘，分别作为第一放线盘和第二放线盘；
48.具体地，获取总长度为所需长度的绕制带材的线盘的方法包括：将绕制带材的线盘作为第一放线盘或第二放线盘，驱动绕线电机开始工作，直至缠绕到绕线电机分线盘上的绕制带材的总长度为所需长度，从而得到总长度为所需长度的绕制带材的线盘；其中，绕制带材为第一绕制带材或第二绕制带材。在这个过程中，可以根据所需长度确定所需绕线的匝数，具体可以通过线盘半径和带材厚度计算得到；通过对绕线匝数进行计数，来判断缠绕到绕线电机分线盘上的绕制带材的总长度是否达到所需长度。
49.2)、驱动绕线电机开始工作，并通过控制放线横移伺服系统和排线横移伺服系统的移动，将第一放线盘、第二放线盘、张力传感器以及绕线盘控制在同一工作平面上，此时，第一绕制带材依次经过第二放线盘、上导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机，第二绕制带材依次依次经过第一放线盘、下导轨子平台上的定滑轮、张力传感器和导线轮到绕线电机，从而将第一绕制带材和第二绕制带材并绕在绕线电机上的绕线盘上。
50.在一种可选实施方式下，具体绕制超导线圈方法为：首先将从厂家购买的超导线盘固定在第一放线盘4或第二放线盘6，将超导带材引入排线架13上上导轨子平台或下导轨子平台上的定滑轮9、张力传感器10和导线轮12，采用kapton胶带或其它方式固定再置于绕线电机14的顶尖17之间顶紧的分线盘上，所分出超导线长度为绕制双饼线圈所需总长度。
51.在分线完成后，取下超导线盘和分线盘。采用上述同样操作进行分出并绕带材，此并绕带材可以是超导带材，或是其他绝缘带材或金属带材(如铜带、钢带等)。同样绕制完成后将其分线盘分别放置在放线盘6和4上，分别将带材按以上方式引入排线架13上，通过两个不同的张力传感器10，将线绕制置于绕线电机14的顶尖17之间的线圈骨架上，此时便完成了双线并绕的工作。对于不同的两个线可以采用不同的张力进行绕制。在这个过程中，通过脚踩脚踏开关上脚踏板左、右两个分区，可以控制绕线电机绕线的正转和反转状态。
52.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。