一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统的制作方法

本发明涉及核聚变用环向场超导线圈研制领域，具体涉及一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统。

背景技术：

1、聚变能源被认为是人类的终极能源，核聚变分为惯性约束核聚变、重力约束核聚变和磁约束核聚变三种类型，其中重力约束核聚变在地球上无法实现，目前国际上研究核聚变的通用方式为惯性约束核聚变和磁约束核聚变，磁约束核聚变装置被公认为是人类实现聚变能源的理想装置，磁体系统是磁约束核聚变装置中的核心部件。聚变能与等离子体半径的3次方和4次方成正比，超导磁体的分布半径和磁场强度是磁约束核聚变装置性能参数的决定性因素；更大的超导线圈尺寸、更强的磁场强度和更稳定的运行稳定性是未来聚变磁体发展的趋势；cicc超导导体以其优良的力学性能，良好的冷却通道，成熟的制造工艺被国内外同行应用于核聚变超导磁体的设计和研制中。

2、对于nbti材质的铠装超导线圈的研制，需要经历线圈绕制成形及绝缘处理、超导接头制造、真空压力浸渍等制造过程；对于材质的铠装超导线圈的研制，通常需要经历线圈绕制成形，超导接头制造、线圈热处理反应、线圈拉开进行匝间绝缘自动包绕、真空压力浸渍等制造过程。上述制造过程须共同经历铠装超导线圈的绕制成形工艺流程。

3、交付的导体经过导体放送、导体校直、超声清洗、喷砂及清洗后，在既定绕制工艺流程下，完成对导体的精密无张力绕制成形；导体弯绕头与线圈承载平台及模具的高度通常设置为600mm，便于进行氦管制造及无损检测；弯绕成形后的导体由弯绕成形机通过落模工装逐渐放至到线圈承载平台上。传统的方法是单辊支撑滚轮作为落模工装，通过人工控制升降机模块构的高度实现导体的螺旋逐步落模；该方法的生产效率低下，需要配专人进行跟踪和升降，由于人工控制各支撑滚轮的高度存在较大的误差，容易导致导体落模过程中处于非螺旋状态，可能会导致导体塑性变形而影响线圈绕制精度；同时，导体在绕制过程中存在半径的突变，弯绕成形机压下量的变化会导致已完成绕制的导体在落模工装上沿径向运动，传统的支持辊轮落模工装不具备沿径向移动的功能，从而影响线圈的精密绕制成形；同时，由于铠装超导导体自身重力较大，传统支撑辊轮与弯绕绝缘包绕后的导体之间为线接触，环向滚动、径向滑动摩擦都可能会导致绝缘破裂，影响电气绝缘强度和磁体的机械强度。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，实现了导体落模过程的自动升降，极大程度提高了导体落模过程的自动化水平，减轻了操作者的劳动强度；履带式导体支持结构实现了弯绕成形及绝缘处理后的导体在落模过程中沿环向运动、径向移动和周向转动功能，避免了导体与支撑滚轮之间的线接触移动和滚动导致的绝缘破裂风险，具有自动化程度高、结构简单、操作方便、可靠性强等优点。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，包括弯绕成形机、绕制回转平台、多自由度导体落模装置、限位模具和自动控制系统；所述弯绕成形机将导体进行连续弯绕成形，所述绕制回转平台沿所述弯绕成形机的成形轮进行相切运动，实现对弯绕成形的导体的跟随承载；多自由度导体落模装置包括升降驱动系统、径向移动机构、周向转动机构、升降机模块和履带式环向移动机构；所述升降驱动系统用于驱动升降机模块实现高度升降；所述径向移动机构安装在所述升降机模块上，用于实现导体的径向运动；所述履带式环向移动机构用于实现导体的环向运动，同时确保导体在履带式环向移动机构中的径向限位；所述履带式环向移动机构安装在周向转动机构上，周向转动机构安装在径向移动机构上；所述自动控制系统通过对升降机模块进行控制，使得所述多自由度导体落模装置实现导体从弯绕成形机的导体出口端到导体进口端的螺旋升降，从而实现导体的自由状态落模。

4、有益效果：

5、本发明解决了环向场超导线圈无张力绕制成形和落模过程中导体自动化落模的问题，避免了连续弯绕过程中线圈半径变化过程导致待落模导体和落模装置在径向和轴向不能移动造成的轮廓变化，待落模导体与落模装置之间接触由线接触变为面接触，避免了对导体绝缘的损伤；本发明为复杂截面环向场线圈绕组的精密绕制成形和自动化落模具有指导意义，具有结构简单，安装方便、准确性高、实用性强等优点。

技术特征：

1.一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，包括弯绕成形机、绕制回转平台、多自由度导体落模装置、限位模具和自动控制系统；所述弯绕成形机将导体进行连续弯绕成形，所述绕制回转平台沿所述弯绕成形机的成形轮进行相切运动，实现对弯绕成形的导体的跟随承载；多自由度导体落模装置包括升降驱动系统、径向移动机构、周向转动机构、升降机模块和履带式环向移动机构；所述升降驱动系统用于驱动升降机模块实现高度升降；所述径向移动机构安装在所述升降机模块上，用于实现导体的径向运动；所述履带式环向移动机构用于实现导体的环向运动，同时确保导体在履带式环向移动机构中的径向限位；所述履带式环向移动机构安装在周向转动机构上，周向转动机构安装在径向移动机构上；所述自动控制系统通过对升降机模块进行控制，使得所述多自由度导体落模装置实现导体从弯绕成形机的导体出口端到导体进口端的螺旋升降，从而实现导体的自由状态落模。

2.根据权利要求1所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，所述升降机模块包括驱动电机，其为充电式驱动电机，采用更换蓄电池的方式完成动力替换；所述驱动电机为绕制完成后的导体提供上升和下降的驱动力。

3.根据权利要求1所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，所述升降机模块通过一个驱动电机驱动四台涡轮升降机实现同步上升和下降。

4.根据权利要求1所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，所述径向移动机构采用2根不锈钢材质的sbr直线导轨和sbr滑块作为驱动部件，使得导体沿圆弧径向移动。

5.根据权利要求4所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，所述履带式环向移动机构包含履带链条、转动链轮、履带结构安装座、链接板、限位滚轮；履带链条采用无油滚子链条；转动链轮采用不锈钢材质制造并通过转动链轮轴安装在履带结构安装座上；链接板上镶嵌有g10材质薄板，用于减缓导体与履带式环向移动机构的局部压强。

6.根据权利要求5所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，所述周向转动机构采用不锈钢材质制造，与2个sbr滑块连接，周向转动机构的中间开孔并安装有无油深沟球轴承，所述履带结构安装座的转轴安装在无油深沟球轴承内以围绕竖直方向转动。

7.根据权利要求2所述的一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，其特征在于，还包括光电接近开关，其用于接收安装在绕制回转平台的底部的开关量信号，通过控制驱动电机的转动，实现升降机模块的升降，完成弯绕成形后的导体的落模。

技术总结
本发明公开了一种核聚变环向场超导线圈绕制的多自由度导体落模系统，属于核聚变用环向场超导线圈研制领域。所述多自由度导体落模系统安装在线圈绕制回转平台上并沿环向场线圈轮廓分布，光电接近开关检测绕制回转平台和弯绕成形机之间的位置信号并传递到自动控制系统，多自由度导体落模装置自弯绕成形机位置沿线圈绕制方向呈由高到底的螺旋状分布；弯绕成形后的导体落放到多自由度导体落模装置的履带传动机构上，履带传动机构具有双向移动和转动功能，从而实现导体在环向、径向和高度方向的自由移动。本发明避免了线圈绕制过程中导体与落模工装之间因摩擦导致绝缘破裂的风险，具有结构简单、操作方便、可靠性强等优点。

技术研发人员：闫朝辉,何建,文伟,武玉,周超
受保护的技术使用者：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15