基于带状材料的超导电缆立式绕制装置

1.本发明涉及一种超导导体加工制作装置。尤其涉及一种基于带状材料的超导电缆立式绕制装置。


背景技术：

2.近年来，随着我国基础科学的前沿发展、国家能源的战略布局、高端医疗装备制造的不断推进，对超导高场技术的发展提出了迫切的需求。如下一代高能量粒子加速器、超导可控核聚变装置以及高场磁共振成像系统等，这些对国际民生有着影响深远的大科学工程均必须依赖于高性能的高场超导磁体技术。
3.高温超导材料，具有高临界温度、高临界磁场及高载流能力等独特优势，在高场磁体应用中具有不可替代的作用。rebco高温超导带材由于机械强度较高、不需要热处理，具有广阔的应用前景。但是，由于高温超导带材各向异性及带状的形状，很难直接应用于大型高场超导磁体。例如，目前国内外设计的下一代聚变堆均要求中心螺管磁体及纵场磁体的最高场高于12t（中国聚变实验反应堆cfetr 中心螺管线圈要求最高场约17t，载流要求约60ka）。同样，对于下一代粒子加速器，其要求磁场高于16t，甚至会达到18
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20t。由于高磁场、大电流的运行环境，还要求磁体具有优异的机械性能，以克服运行过程中的电磁负载。单根超导带材无法做成满足要求的磁体。因此，各国科学家发明了一种将超导带材绕在中心金属线（一般用铜或铝）的导体结构。
4.然而，对于导体的超导带材绕制制作的缠绕制作装置，一方面其缠绕制作装置的结构在实践中尚存在一定的不足，如超导带材缠绕的均匀性和松紧度等质量有待改善，特别是由于其导体与超导带材输送方式和缠绕方式及其输送缠绕装置的设置结构的不尽合理，其超导带材和导体在输送缠绕过程中极易发生晃动、抖动、变形等，导体与带材两者缠绕配合不稳定、不可靠，其导体与超导带材运动配合缠绕过程中存在不可控因素比较多，相对控制难度大，一定程度上影响超导带材绕制的质量、效果、以及绕制生产效率。而且，导体在输送缠绕过程中，导体会发生扭曲变形，这都严重影响了缠绕质量效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于带状材料的超导电缆立式绕制装置。该基于带状材料的超导电缆立式绕制装置组结构简单、合理，解决了现有所有绕制装置及其缠绕方式在绕制过程中必定存在的重力非线性、非对称性变形变位，导致超导带材与导体缠绕包绕的不均匀、不吻合、出现局部间隙等问题，运行稳定，操作简单，超导带材绕包制作质量好，效率高。
6.本发明基于带状材料的超导电缆立式绕制装置的技术方案包括导体输入输出装置，以及若干缠绕装置，所述输入输出装置分别对应于该若干缠绕装置呈竖向或者垂直方向设置，所述缠绕装置包括对应于相应的竖向导体、呈横向或者水平方式设置的旋转架，以及设置于所述旋转架的若干进给缠绕器。
7.所述缠绕装置对应于相应竖向导体沿竖向或者垂直方向分布设置有多个，多个所述缠绕装置以其缠绕方向同向和/或相向设置。
8.所述缠绕装置的进给缠绕器包括进给稳定装置，以及相应的带盘，该进给稳定装置包括设于旋转架或调节座的进给稳定架，以及设置于该进给稳定架的稳态护送腔道和/或输导轮。
9.所述缠绕装置的进给缠绕器设有缠绕适配调节装置，该缠绕适配调节装置包括设置于进给缠绕器的进给稳定装置与旋转架之间的角度、轴向、和/或相应的径向位置调节装置。
10.所述角度调节装置包括旋转式连接于旋转架或相应的调节座与进给稳定装置或其进给稳定架之间的角度调节座，以及设置于该角度调节座的弧形导向槽孔及其限位锁定螺钉杆。
11.所述轴向位置调节装置和径向位置调节装置分别包括轴向和径向调节座，以及轴向和径向调节螺杆，该轴向调节螺杆连接于轴向调节座与旋转架之间、或者连接于轴向调节座与径向调节座之间，该径向调节螺杆连接于径向调节座与轴向调节座之间、或者连接于径向调节座与旋转架之间，该轴向和径向调节座连接于角度调节座或者进给稳定装置的进给稳定架。
12.所述导体输入输出装置分别包括卷线盘，该卷线盘设有相应的驱动器，输入输出装置的该驱动器设有同步器。
13.所述导体输入输出装置或其卷线盘设有运行位置适应自动控制装置和/或间距自动调节装置，及其相应的位置或距离自动检测控制器，所述运行位置适应自动控制装置包括分别对应于卷线盘的滑轨，分别连接于滑轨的滑座，以及分别连接于该滑座与滑轨或机架之间的调节螺杆，导体输入输出装置的卷线盘分别设置于该滑座，所述间距自动调节装置包括设于机架相对两侧的相应滑轨，分别设置于两侧的上下各两相应滑轨的相应滑座，以及分别连接于各相应滑轨或机架与相应滑座之间的相应的调节螺杆，运行位置适应自动控制装置的滑轨设置于间距自动调节装置的该相应滑座。
14.所述缠绕装置的旋转架设有于旋转架横向平面或水平面均匀间隔分布的6个进给缠绕器。
15.本发明基于带状材料的超导电缆立式绕制装置，其在整个装置系统的组成结构简单的基础上，通过将其超导带材缠绕装置呈竖向或垂直设置的顺应导体输送自然形态特性的、科学合理的输送方式和超导带材缠绕方式，利用其导体的自然形态特点，自重力作用，超导带材和导体在该垂直或竖向的自然形态下，具备的自平衡性，以及收放线卷盘设置同时设置同步驱动装置，在运动缠绕时导体与超导带材的配合更为稳定、吻合，不会发生摆动、晃动，并避免了缠绕部位的导体与超导带材存在的变形配合而导致超导带材包裹贴壁不均匀，能够获得更佳的缠绕制作效果；同时，能够进行同向和/或反向、单层或同时多层覆盖缠绕，如多达6个或以上的相互均匀分布于横向平面上的进给缠绕器，并可根据需要任意选择1个或多个进给缠绕器工作，进而大幅度提高了绕制生产效率；而且通过其缠绕适配调节装置和角度调节装置，可以于径向、轴向和角度位置的全方位调整，达到导体与超导带材的最佳缠绕配合效果，又进一步的提高了绕制质量。而通过导线（或导体）的输送运行时的位置适应自动调节装置对卷线盘实施运行中的位置自适应自动控制位移，又可以避免导体
的斜拉扭曲变形，同时可降低其输送阻力，节约动力消耗。
附图说明
16.图1为本发明基于带状材料的超导电缆立式绕制装置一实施例立体结构示意图；图2为图1主视结构示意图；图3为图1一侧视结构示意图；图4为本发明一实施例的缠绕装置的进给缠绕器及其超导带材缠绕原理结构示意图；图5为本发明一实施例的进给缠绕器的局部放大图。
具体实施方式
17.为了便于更好地理解本发明，下面通过实施例结合附图对本发明作进一步地说明。
18.如图1
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5所示。其图4中仅有一个进给缠绕器示出了输导装置和带盘。本发明的的超导带材的缠绕方法是：将导体通过呈立式即上下或垂直设置的输入装置和输出装置、设置成立式即上下或垂直方向输送运行，并将缠绕装置设置呈相应横向或水平面方式，同时，于导体的输入输出端或输入输出装置同时设置驱动器，且两驱动器通过其同步器实施同步运行，以导体在超导带材缠绕时不产生晃动抖动的、稳定的立式缠绕原理方式，实施超导带材的缠绕制作。其克服了导体在超导带材缠绕时会产生晃动抖动等不稳定而产生缠绕不均匀、松紧不一、包绕变形等问题，进而从根本上提高超导带材缠绕制作超导电缆产品的品质质量。
19.本例基于带状材料的超导电缆立式绕制装置包括两相互相向对应设置的缠绕装置2，以及导体的输入输出装置等。导体的输入输出装置分别包括呈竖向或上下设置的输入输出卷线盘6，以及分别连接于输入输出卷线盘6的驱动装置等。其输入输出卷线盘随超导带材缠绕方向的改变而互换输入输出功能。
20.两缠绕装置2呈上下或竖向分布设置于输入输出卷线盘之间。缠绕装置2包括旋转架或旋转盘1，以及于旋转盘平面均匀间隔分布的若干进给缠绕器2a等。本例中设置有6个进给缠绕器。
21.其进给缠绕器包括相互对应依次设置于旋转盘的进给稳定装置、缠绕适配调节装置、以及相应的带盘31等。
22.其进给稳定装置包括进给稳定架4，以及稳态护送腔道18等。进给稳定装置还设有包括与超导带材30对应的若干输导轮5的输导器，其进给稳定架4的一壁面设有凹槽口4a，输导器的输导轮5设置于该凹槽口。稳态护送腔道18分别设置于进给稳定架4的凹槽口的相对两端部位，稳态护送腔道18可以由进给稳定架的两分别开设有纵向贯通凹槽的槽板并合组装构成，其便于穿引装入超导带材。稳态护送腔道18的大小和形状与超导带材的相应大小和形状相适应。其可以确保超导带材在缠绕运行时始终保持正确的缠绕形态、且可防护超导带材运行时发生晃动、抖动和/或扭曲，从而大幅度提高缠绕制作质量。
23.其缠绕适配调节装置包括角度调节装置、轴向或竖向（即对应于相应的导体、旋转架轴向）、和相应的径向或横向（即对应于相应的导体、旋转架径向）位置调节装置等。
24.角度调节装置、轴向和径向位置调节装置分别包括角度调节座14、轴向和径向调节座等。
25.其角度调节装置的角度调节座14与进给稳定器的进给稳定架4连接，角度调节座14开设有弧形导向槽孔15，角度调节座通过销轴17可转动式连接于径向调节座19，同时，角度调节座与径向调节座19之间通过其弧形导向槽孔15连接有限位锁定螺钉杆16。拧松限位锁定螺钉杆后，扳动进给稳定架即可调整导体与相应超导带材在其长度方向上的夹角。
26.径向调节座19通过横向导向装置如导轨23等连接于轴向调节座21，轴向调节座21通过竖向导向装置如导轨24连接于旋转盘1。径向调节座通过径向调节螺杆20可径向滑动式与轴向调节座连接。轴向调节座通过轴向调节螺杆22可上下滑动式与旋转盘连接。各进给稳定架4、径向调节座19、轴向调节座、输导架3、以及带盘31等，分别绕导体设置。
27.径向调节座设有与角度调节座对应的角度计量刻度29，轴向和径向调节导向装置分别设有对应于其轴向和径向调节座的相应的长度计量刻度。
28.其轴向和径向位置调节装置可分别调节各个进给缠绕器于旋转盘上的轴向和/或径向的不同位置。即通过缠绕适配调节装置的设置，可以使本超导电缆绕制装置适应于不同规格、大小、不同材料性质种类的导体和超导带材，以及不同缠绕结构要求的超导电缆的高质量、高效率的绕制制作。其具有很强的适应性和实用性，不同的缠绕要求的系统装置的调整调试非常简单、方便。
29.在进给稳定装置或其进给稳定架4与带盘31之间还设置有相应的输导装置等。其输导装置包括连接于旋转盘的输导架3，设于输导架3的若干输导轮5，以及超导带材松紧度调节轮，松紧度调节轮的具体连接结构组成等可与现有技术类同。带盘31连接设置于旋转盘。
30.旋转盘1固定连接于齿轮盘33，齿轮盘通过支撑轴承34连接于空心固定轴35，空心固定轴35固定连接于机架11，空心固定轴固定连接有护套管36，由护套管内孔构成导体32的输送通道。齿轮盘33通过相应的驱动电机驱动旋转运行。
31.其导体输入输出装置还设有运行位置适应自动控制装置和间距自动调节装置，以及相应的位置或距离自动检测控制器等，其位置或距离自动检测控制器包括智能控制器（或mcu处理器），卷线盘位置或距离传感器，同步器，以及相应的驱动器即驱动电机（如伺服电机）等。
32.其间距自动调节装置包括分别设置于机架11相对两侧的两竖滑轨8b，以及分别对应于上下两卷线盘6、连接于两竖滑轨的各两竖滑座7b等。各个竖滑座分别与机架之间连接有间距或高度位置调节螺杆9b，间距或高度位置调节螺杆9b连接有竖伺服电机10b。上部的两竖伺服电机，以及下部两伺服电机可通过相应的同步器分别同步运行。其间距自动调节装置还可以实现导体输送缠绕运行时的绷紧程度，以适应于不同性质的超导带材和导体及其规格的缠绕制作。
33.运行位置适应自动控制装置包括两横滑轨9a，以及相应的横滑座7a等。两横滑轨分别连接于其两端的竖滑座7b。横滑座7a可滑移式连接于其横滑轨。在横滑座与横滑轨或相应的竖滑座之间连接有横向位置调节螺杆9a，横向位置调节螺杆9a的相应一端连接有相应的横伺服电机10a。上下两卷线盘6分别连接于相应上下两横滑座。其智能控制器设有上下两卷线盘6的伺服电机的同步运行模块（或编码器）。同步运行模块（或编码器）构成相应的同步器。通过其同步运行模块，实现上下两卷线盘于横向方向上的移位运行的同步。横伺服电机10a设置于卷线盘的相应一端支撑架13内腔。
34.本发明其运行位置适应自动控制装置，其智能控制器通过卷线盘的相应位置传感器、及其横伺服电机10a等，控制上下两卷线盘在旋转运行时，随着导体的不断收放而往相应一侧逐渐跟随移动（于横滑轨上逐渐位移），以确保卷线盘上收放的导体在缠绕过程中，始终确保其在两卷线盘的收放位置处于一条直线上、并且始终保持导体与各进给缠绕器的相对位置不变。这样可以确保导体与超导带材始终保持稳定的位置对应关系，在缠绕运行过程中不产生扭曲等变形，进一步从根本上提高了缠绕质量。其多个进给缠绕装置可以根据超导带材缠绕的需要使用任意一个或不同位置的几个。
35.另一实施例中。运行位置适应自动控制装置的伺服电机可以为无刷电机。通过无刷电机及其相应的位置传感器（霍尔传感器）等获得卷线盘位置或距离（无刷电机的运行位置或距离）检测信号，输出至相应智能控制器，以实施对两卷线盘的同步运行控制。其位置或距离自动检测控制器具体组成结构和相应的运行检测控制原理方式等也可以为类似现有技术。本例的其余组成结构和相应的运行控制方式方法等可与上述实施例类同。