一种拼装式大磁矩方形线圈制作装置与方法

本发明涉及磁矩线圈制备技术领域，具体涉及一种拼装式大磁矩方形线圈制作装置与方法。

背景技术：

在实际应用中，为了产生大磁矩，受到当前超导线的技术限制，大多数情况下，会首先选择采用常规导线绕制大线圈来实现，预获得大磁矩，可以增大线圈的横截面积，也可以增加线圈的匝数，同样也可以增大线圈的通电电流，以上的三种方式均可以在保证其他量固定的情况下，通过增加面积/匝数/电流来获取所需的大磁矩。然而，在供电功率有约束的情况下，供电电流不能无限大，加上电流大时发热严重，因此较好的方式是综合考虑增加线圈的匝数和横截面积。然而，对于较大磁矩的线圈，多匝数和大的横截面积的要求对线圈的整体制作提出了较高的要求，在设定好大磁矩指标的情况下，如何保证低成本少人工、同时保证绕的快、绕的好是很待解决的问题。

综上，现有的磁矩线圈的大横截面积绕制虽然可以在结构上通过减少线圈匝数，但是大横截面积的线圈支撑结构大多一体成型，在制作和导线绕制过程中，线圈的匝数和绕制状态均是需要解决的问题；

大磁矩线圈选择单层绕制时，会受到支撑结构的绕线平面的法向量上的空间约束，很大程度上增加线圈横截面积，增加占地面积，不能达到大磁矩的目的，也不能有效满足实际应用场景需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种拼装式大磁矩方形线圈制作装置与方法，以解决现有技术中大磁矩线圈选择单层绕制时，会受到空间约束，很大程度上增加线圈横截面积，增加占地面积，不能达到大磁矩的目的，也不能有效满足实际应用场景需求的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种拼装式大磁矩方形线圈制作装置，包括由多个方形框架叠加连接形成的大磁矩绕线框架，所述方形框架的周向表面设置有用于进行绕线的凹槽，所述凹槽的侧壁上分布有用于进行多个方形框架叠加连接形成大磁矩绕线框架的螺纹装配孔。

作为本发明的一种优选方案，所述方形框架包括四个用于形成所述凹槽的单边支撑架，四个所述单边支撑架依次首尾连接形成所述方形框架，所述方形框架的拐角处设置有固定相邻两个所述单边支撑架的角连接件，所述单边支撑架和所述角连接件的表面设置用于连接所述单边支撑架和所述角连接件的螺纹装配孔。

作为本发明的一种优选方案，所述单边支撑架包括主板体，所述主板体的两侧设置有护边板，且相邻两个所述单边支撑架的护边板的端部相互配合成直角边，且所述角连接件和所述直角边重合。

作为本发明的一种优选方案，所述方形框架的一侧通过螺纹装配孔安装有十字架，所述十字架的端部通过螺纹装配孔安装在所述护边板上，所述十字架的中心安装有固定转轴，且所述方形框架的转动中心与所述固定转轴重合。

作为本发明的一种优选方案，通过相邻所述方形框架的护边板的贴合以及两个所述护边板的端部的螺纹装配孔的螺栓连接实现相邻两个所述方形框架的叠加。

本发明提供了一种利用所述的拼装式大磁矩方形线圈制作装置的大磁矩线圈制作方法，包括步骤：

s100、根据大磁矩线圈的实际需求利用单边支撑架和角连接件拼装单个方形框架或多个方形框架，并将十字架安装在方形框架上；

s200、对拼装的方形框架进行清洗和覆膜，后通过十字架上的固定轴将方形框架安装在用于带动所述固定轴转动的三爪卡盘上；

s300、线材的开始绕制的端部固定在护边板的螺纹装配孔上，通过专业工装驱动所述三爪卡盘转动，带动方形框架转动进而开始在方形框架的主板体上绕线，获得单层匝数的方形线圈；

s400、将单层匝数的方形线圈的终止绕制的线材的端部固定在护边板的螺纹装配孔上，在主护板上的方形线圈的表面附着涂层，并在线材在主板体上绕制层数和总匝数满足设计需求时，停止绕制，获得方形磁矩线圈。

作为本发明的一种优选方案，在s300中，带动方形框架转动进而开始在方形框架的主板体上绕线，获得方形线圈的具体方法为：

s301、以在主板体的宽度上排列的一层线材为方形线圈的单层匝数进行绕制；

s302、在在线材绕制至相邻两个所述主板的连接处时，降低绕线速度；

s303、在主板体上绕制单层匝数后，利用摇表测量导线与磁芯的绝缘电阻，使绝缘电阻满足大于20m的条件。

作为本发明的一种优选方案，在绕制的单层匝数的方形线圈的表面附着三防保护剂的涂层，并在单层匝数的方形线圈附着涂层时匀速转动方形框架，并在半小时后再次附着三防保护剂的涂层。

作为本发明的一种优选方案，通过s100至s400的操作再次制备方形磁矩线圈，将多个方形磁矩线圈叠加，并通过螺栓连接设置在护边板上的螺纹装配孔的连接方式进行多个方形磁矩线圈的组装，获得大磁矩方形线圈；

其中，相邻两个方形框架的护边板在进行安装时，通过护边板端部设置角连接件在相邻两个方形框架之间形成空隙。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明在可用于制作产生大磁矩的基于普通通电线(如铜漆包线)的线圈；支撑结构和线圈绕制工装结构均易于加工与实现，制作方法简单、过程清晰、效率高，整体加工及人工成本低，大磁矩方形线圈可拼装，可实现所需的大磁矩要求，同时可保证线圈工作过程中的有效散热等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供方形框架的单线圈安装三维的结构示意图；

图2为本发明实施例提供多线圈方形框架的装配结构示意图；

图3为本发明实施例提供单线圈安装三维结构的工装安装结构示意图。

图中的标号分别表示如下：

1-单边支撑架；2-方形框架；3-角连接件；4-螺纹装配孔；5-十字架；6-固定转轴；8-大磁矩绕线框架；9-凹槽；11-主板体；12-护边板；13-直角边。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种拼装式大磁矩方形线圈制作装置，包括由多个方形框架2叠加连接形成的大磁矩绕线框架8，方形框架2的周向表面设置有用于进行绕线的凹槽9，凹槽9的侧壁上分布有用于进行多个方形框架2叠加连接形成大磁矩绕线框架8的螺纹装配孔4。

由于矩形线圈由于属于异形线圈的一种，通常不能在自动绕线机上绕制，需要专门人工介入，且单圈绕制过程中均需要人工敲打，保证绕线形状与一定张紧力。现有绕制过程通常是以单个线圈形式一次性绕制(即单个绕线的凹槽)，在轴向上绕制单匝线圈或多层匝数线圈来制造大磁矩线圈，由于轴向上的宽度较大，耗时长，并且对于绕制线圈过程中的轴向偏移的控制也容易造成绕线的张力处于不断的变化过程，这样则没有办法保证单匝线圈或多层匝数线圈的内部质量，使得后续实际使用使电流密度分布不均匀。

且单个线圈带来的是线圈层数必然很大，随着绕制过程中线圈层数增加，人工敲打会带来较大的误差，可能出现层与层之间绕线的交错不均匀、绕线单层排列不整齐等情况，不能很好满足预期大磁矩指标。

此外，单个线圈重量大、体积大，也会给人工操作过程中，带来较多的效率低问题，而利用叠加组装的方式，则能够很好的避免上述问题。

本发明中采用多个方形框架2进行叠加连接的拼装形式来制造大磁矩线圈，在线圈绕制过程中，能够根据实际的线圈需求，对大磁矩绕线框架8的重量和体积进行组装和拆分，便于人工分批进行追个安装绕制工装。

可采用多个方形框架2进行独立的线圈绕制，或一次性按照需求组装成大磁矩绕线框架8，进而进行每个凹槽9的同步绕线，提高绕线效率，同时也能够快速的提供多种规格的大磁矩线圈的绕制。

方形框架2包括四个用于形成凹槽9的单边支撑架1，四个单边支撑架1依次首尾连接形成方形框架2，方形框架2的拐角处设置有固定相邻两个单边支撑架1的角连接件3，单边支撑架1和角连接件3的表面设置用于连接单边支撑架1和角连接件3的螺纹装配孔4。

单边支撑架1包括主板体11，主板体11的两侧设置有护边板12，且相邻两个单边支撑架1的护边板12的端部相互配合成直角边13，且角连接件3和直角边13重合。

方形框架2的一侧通过螺纹装配孔4安装有十字架5，十字架5的端部通过螺纹装配孔4安装在护边板12上，十字架5的中心安装有固定转轴6，且方形框架2的转动中心与固定转轴6重合，固定转轴6和十字架5键连接。

通过相邻方形框架2的护边板12的贴合以及两个护边板12的端部的螺纹装配孔4的螺栓连接实现相邻两个方形框架2的叠加。

优选地，螺纹装配孔4根据实际的用途可以分为用于导向绕线的线材端部的走线圆形孔和设置在护边板12边缘的半开圆孔，用于相邻两个方形框架2之间的走线，以及设置在护边板12端部用于与角连接件3或护边板12螺栓连接的螺纹孔。

本发明提供了一种利用上述拼装式大磁矩方形线圈制作装置的大磁矩方形线圈，包括步骤：

s100、根据大磁矩线圈的实际需求利用单边支撑架和角连接件拼装单个方形框架或多个方形框架，并将十字架安装在方形框架上；

s200、对拼装的方形框架进行清洗和覆膜，后通过十字架上的固定轴将方形框架安装在用于带动所述固定轴转动的三爪卡盘上；

s300、线材的开始绕制的端部固定在护边板的螺纹装配孔上，通过专业工装驱动所述三爪卡盘转动，带动方形框架转动进而开始在方形框架的主板体上绕线，获得单层匝数的方形线圈；

s400、将单层匝数的方形线圈的终止绕制的线材的端部固定在护边板的螺纹装配孔上，在主护板上的方形线圈的表面附着涂层，并在线材在主板体上绕制层数和总匝数满足设计需求时，停止绕制，获得方形磁矩线圈。

在s300中，带动方形框架转动进而开始在方形框架的主板体上绕线，获得方形线圈的具体方法为：

s301、以在主板体的宽度上排列的一层线材为方形线圈的单层匝数进行绕制；

s302、在在线材绕制至相邻两个所述主板的连接处时，降低绕线速度；

s303、在主板体上绕制单层匝数后，利用摇表测量导线与磁芯的绝缘电阻，使绝缘电阻满足大于20m的条件：且第n+1层匝数应满足如下公式：

匝数(n+1层)＝匝数(n层)×(1±5％)。

在绕制的单层匝数的方形线圈的表面附着三防保护剂的涂层，并在单层匝数的方形线圈附着涂层时匀速转动方形框架，并在半小时后再次附着三防保护剂的涂层。

引线和涂保护剂：

绕制结束后，在线框漆包线引出孔内固定好出线，绕好线圈后要涂两遍漆。涂漆可用毛刷沾适量dbsf-6101三防保护剂，在绕制的线圈上均匀地涂抹一层。晾到八成干(约需0.5小时)，再涂第2遍漆。

涂的过程中要不断旋转方形框架，保证厚度一致，不能将漆液涂到线圈以外的地方，每次不可涂得过多防止流淌堆积，刷完三防漆后，待线圈完全晾干。

通过s100至s400的操作再次制备方形磁矩线圈，将多个方形磁矩线圈叠加，并通过螺栓连接设置在护边板上的螺纹装配孔的连接方式进行多个方形磁矩线圈的组装，获得大磁矩方形线圈；

其中，相邻两个方形框架的护边板在进行安装时，通过在护边板端部设置角连接件在相邻两个方形框架之间形成空隙。

线圈卸载及其处理：

拆下线圈，对引出的漆包线进行处理，方便后期调试。漆包线使用细砂纸去漆，可通过颜色辨别漆膜是否去除干净；焊接要牢固，要满足工艺要求；可用无水乙醇的脱脂棉球擦干净焊接部位，清除线圈上的锡渣、漆膜等多余物。

如需进一步增加磁矩，可再次按照s100至s400，实现二个或多个的线圈制作，并将二个或多个线圈拼装在一起，拼装采用螺栓连接紧固，其中二个线圈拼装的示意图如图3所示的拼装后的双线圈安装三维结构。

二个或多个方形框架拼装完成后，可根据需要，选择线圈接线方式为并联或串联，并最终通过螺纹装配孔只引出2根漆包线用于供电。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。