[发明专利]超导线圈的匝间间隙指示装置和绕制匝数控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导线圈的匝间间隙指示装置，以及线圈绕制匝数控制方法。

背景技术

超导磁体在通电过程中，由于洛仑兹力作用会在超导线圈中产生轴向和径向作用力，导致组成线圈的导线有轴向和径向的运动趋势。若导线发生运动，则由于相对运动产生的摩擦热量可能会导致线圈局部的导线丧失超导电性，进一步会使整个超导线圈都丧失超导电性，超导磁体失去工作能力。

通常的工艺是通过在线圈中灌封环氧树脂或石蜡等填充导线间的间隙，由于填充物的阻碍作用会抑制导线的运动，但是工艺实施过程中会在填充材料中引入气孔等缺陷，使填充材料存在开裂的风险，释放的应变能有可能导致局部导线丧失超导电性。无论线圈导线间是否填充间隙，减小导线间的间隙都是提高超导线圈运行稳定性的有效手段。

对于层间（即径向方向）的间隙，最普遍且有效的方法是在线圈绕制过程中预先在正在缠绕导线上施加一定的张力，产生的压力效应能够减小导线的层间间隙，保证层间导线排列地紧密。对于匝间（即轴向方向）的间隙，比较可行的措施是在线圈绕制过程中始终在正在缠绕导线的侧面施加轴向推力，推力的方向与导线的螺旋方向相反，通常情况下该推力是通过操作人员的手动干预来实现的。

但是，由于操作人员疲劳、注意力不集中等原因，可能出现有些匝导线绕制得很紧密，而有些匝导线存在较大的匝间间隙，特别是对于轴向较大的螺线管线圈。而且，这种匝间间隙变化是缓慢的、连续的，当肉眼发现时已说明匝间间隙已经很大。另外，由于很多匝间间隙的累积效应，导致线圈中该层的匝数与设计匝数差别较大，这种累积效应引起的匝数减少在操作过程中很难发现，只有当该层导线绕制到端部时才能观察到。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述缺点，提出一种超导线圈的匝间间隙指示装置和线圈绕制匝数控制方法。本发明装置能实时地指示超导线圈绕制过程中匝间间隙的绝对变化和累积变化，并及时调整施加的轴向推力大小，控制超导线圈每层的绕制匝数。

本发明的匝间间隙指示装置由激光探头和滚珠丝杠机构组成。所述的滚珠丝杠机构是一种常见的传动部件，由丝杠和滑块组成，滑块安装在丝杠上。通过丝杠的回转运动转换为滑块的进给运动。所述的激光探头固定安装在滚珠丝杠机构的滑块上，滚珠丝杠机构通过驱动马达和编码器与超导线圈骨架的转轴连接。

所述滚珠丝杠机构的进给运动实现所述激光探头的直线运动；所述滚珠丝杠机构的转动受控于超导线圈骨架的回转运动。

所述滚珠丝杠机构的长度大于需绕制的超导线圈的轴向长度。

绕制每层导线前，调整所述激光探头的方位，使所述的激光探头在上一层导线或正在缠绕导线上产生光斑。超导线圈绕制过程中，驱动马达接收来自编码器的超导线圈骨架的转速信号，带动滚珠丝杠机构中的丝杠转动，进而，滑块的进给运动带动激光探头做往复直线运动，相应地，产生的光斑也随之做往复直线运动。所述光斑到正在缠绕导线的轴向距离变化指示了绕制过程中的匝间的间隙变化，所述光斑作为指示匝间间隙变化的参考标尺。

绕制某层导线的第一匝导线时，设光斑到正在缠绕导线的轴向距离为初始轴向距离，对于光斑在上一层导线或正在缠绕导线的情况，其控制方法相同。具体方法为：

绕制该层导线过程中：

（1）若观察到光斑到正在缠绕导线的轴向距离等于或近似等于初始轴向距离，则不需要调整施加在正在缠绕导线上的轴向推力，此轴向推力通过操作人员手工推压聚四氟乙烯薄板来施加，该聚四氟乙烯薄板紧贴在正在缠绕导线的侧上方。该层导线绕制结束后，实际绕制匝数等于设计匝数。

（2）当观察到光斑到正在缠绕导线的轴向距离明显大于初始轴向距离，则应增大施加的轴向推力。在轴向推力作用下，正在缠绕导线朝与其相邻的导线运动，从而减小相应的匝间间隙。该层导线绕制结束后，实际绕制匝数等于或稍小于设计匝数。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为滚珠丝杠机构结构示意图；

图3为光斑位于正在缠绕导线2上的示意图；

图4为光斑位于上一层导线3上的示意图；

图中：1超导线圈骨架、2正在缠绕导线、3上一层导线、4激光探头、5光斑、6滚珠丝杠机构、7轴向推力、8转轴、9驱动马达、10滑块、11丝杠。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。