一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法技术

本发明专利技术属于磁约束聚变装置线圈设计领域，具体涉及一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法，螺线管线圈包括：环向场线圈中心柱、螺旋管线圈A组内层绕组、螺旋管线圈B组内层绕组、螺旋管线圈A组外层绕组、螺旋管线圈B组外层绕组，螺旋管线圈A组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈B组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈A组内层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组间隔设置，螺旋管线圈A组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上，螺旋管线圈B组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上。本发明专利技术能够非常有效地减小螺线管在非轴向方向上产生的杂散场。减小螺线管在非轴向方向上产生的杂散场。减小螺线管在非轴向方向上产生的杂散场。

【技术实现步骤摘要】
一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法


[0001]本专利技术属于磁约束聚变装置线圈设计领域，具体涉及一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法。

技术介绍

[0002]托卡马克装置，是一种利用磁场约束等离子体来实现受控核聚变反应的聚变装置，可简要分为磁体系统、真空室和支撑结构等几大部件。磁体系统(也称线圈系统)包含各种线圈，用于产生装置运行所需的特定的磁场。线圈系统中的螺旋管线圈通过电磁感应原理激励起环向电场，用于建立和维持等离子体。
[0003]然而，单螺旋的有限长度螺线管必然会产生沿轴线的电流分量，除了在其内部产生轴向磁场，还在其外部产生反轴向的磁场，此外螺线管的引线也会不可避免的引入额外的磁场，这些非环向的磁场被称为杂散场。由于带电粒子倾向于沿磁力线运动，杂散场的存在会影响沿环向的气体击穿物理过程，使得托卡马克装置的放电难度增加，因此实验和物理上要求对中心螺线管的设计进行改进，以产生尽可能少的杂散场。
[0004]螺旋管线圈有多种结构，常见有饼式绕制结构、单螺旋结构，但都存在较强的杂散场。
[0005]因此，亟待开发一种新型螺旋管线圈，能够有效减少杂散场。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈及其绕制方法，该线圈针对大尺寸、大电流情况，产生的磁场具有极小杂散场位形，相比其他结构的螺线管，采用本专利技术的螺线管能够在同等安匝数和外观尺寸的情况下，使得同一位置的杂散场强度下降1到2个量级，非常适合用于对螺线管的杂散场强度极为敏感的应用环境。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案：
[0008]一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，所述螺线管线圈包括：环向场线圈中心柱、螺旋管线圈A组内层绕组、螺旋管线圈B组内层绕组、螺旋管线圈A组外层绕组、螺旋管线圈B组外层绕组，螺旋管线圈A组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈B组内层绕组均匀绕制在环向场线圈中心柱上，螺旋管线圈A组内层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组间隔设置，螺旋管线圈A组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上，螺旋管线圈B组外层绕组绕制在螺旋管线圈内层绕组上。
[0009]所述螺旋管线圈B组内层绕组起始处与螺旋管线圈A组内层绕组起始处位于镜像相对位置。
[0010]所述螺旋管线圈A组外层绕组与螺旋管线圈A组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接。
[0011]所述螺旋管线圈B组外层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接。
[0012]所述螺旋管线圈A组内层、螺旋管线圈A组外层、螺旋管线圈B组内层、螺旋管线圈B组外层绕组上端均焊接有回水端头。
[0013]所述螺旋管线圈A组内层绕组和螺旋管线圈B组内层绕组通过夹具固定在环向场线圈中心柱上。
[0014]一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈的绕制方法，所述方法包括以下步骤：
[0015]步骤A：将A组内层引线所需的预成型外方内圆铜管按要求排列，包扎绝缘；
[0016]步骤B：将步骤A包扎完绝缘的铜管绕制到环向场线圈中心柱上，形成螺旋管线圈A组内层绕组；绕制时预留出B组的绕制空间，绕制完成后，焊接回水端头，并用夹具在不同位置固定铜管，防止反弹；
[0017]步骤C：在与螺旋管线圈A组内层绕组起始处镜像相对位置，排列好B组内层引线用预成型铜管，包扎绝缘；按照步骤B方法，将B组绕制完成，形成螺旋管线圈B组内层绕组；
[0018]步骤D：将A组外层引线所需的预成型铜管在A组内层引线位置按要求排列，包扎绝缘；
[0019]步骤E：将步骤D包扎好绝缘的铜管在螺旋管线圈内层绕组上绕制，形成螺旋管线圈A组外层绕组，螺旋管线圈A组外层绕组与螺旋管线圈A组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接，使其在具备足够绝缘强度的情况下紧紧贴合。外层绕制方向与内层绕制方向相反，绕制时预留出B组外层的绕制空间；
[0020]步骤F：将B组外层引线所需的预成型铜管在B组内层引线位置按要求排列，包扎绝缘；按照步骤E方法，完成B组线圈，形成螺旋管线圈B组外层绕组，螺旋管线圈B组外层绕组与螺旋管线圈B组内层绕组在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件连接，使其在具备足够绝缘强度的情况下紧紧贴合。
[0021]本专利技术的有益技术效果在于：
[0022]1、本专利技术提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈采用两组线圈、具有内外反向的双螺旋结构，并且引线端呈180
°
对称分布等多种措施极大程度地减小了螺线管中电流的非环向分量，非常有效地减小了螺线管的在非轴向方向上产生的杂散场，是一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，非常适合使用在对杂散场的强度极为敏感的应用场合。
[0023]2、本专利技术提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈具备一定的可扩展性，当单根线材的载流能力不足、或者需要降低电流密度时，可以将多股线材合并为一匝。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈中螺旋管A组内层结构示意图；
[0025]图2为本专利技术所提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈中螺旋管B组内层结构示意图；
[0026]图3为本专利技术所提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈中螺旋管A组外层结构示意图；
[0027]图4为本专利技术所提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈中螺旋管B组外层结构示意图；
[0028]图5为本专利技术所提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈中螺旋管内外层连
接结构示意图。
[0029]图中：1
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环向场线圈中心柱、2
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螺旋管线圈A组内层绕组、3
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螺旋管线圈B组内层绕组、4
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螺旋管线圈A组外层绕组、5
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螺旋管线圈B组外层绕组、6
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螺旋管线圈内外层绕组连接件。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0031]中国环流器二号A升级改造后的托卡马克装置(HL
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2M装置)是常规磁体装置，中心螺旋管线圈共96匝，分为A和B两组，每组48匝。每组又分为内外层，每层24匝，由4根外方内圆铜管按照2*2排列构成1匝绕制而成。内外层绕制方向相反，在顶部搭接。每一根外方内圆铜管都做为一个冷却流道，冷却流道都采用下端进上端回，中心螺旋管线圈一共有16个冷却流道。线圈最大通电电流为110kA，最大电流密度约为42A/mm2[0032]如图1
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5所示，本专利技术提供的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，采用双螺旋结构的螺旋管线圈，包括：环向场线圈中心柱1、螺旋管线圈A组内层绕组2、螺旋管线圈B组内层绕组3、螺旋管线圈A组外层绕组4、螺旋管线圈B组外层绕组5、螺旋管线圈内外层绕组连接件6。
[0033]螺旋管线圈A组内层绕组2均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，其特征在于，所述螺线管线圈包括：环向场线圈中心柱(1)、螺旋管线圈A组内层绕组(2)、螺旋管线圈B组内层绕组(3)、螺旋管线圈A组外层绕组(4)、螺旋管线圈B组外层绕组(5)，螺旋管线圈A组内层绕组(2)均匀绕制在环向场线圈中心柱(1)上，螺旋管线圈B组内层绕组(3)均匀绕制在环向场线圈中心柱(1)上，螺旋管线圈A组内层绕组(2)与螺旋管线圈B组内层绕组(3)间隔设置，螺旋管线圈A组外层绕组(4)绕制在螺旋管线圈内层绕组上，螺旋管线圈B组外层绕组(5)绕制在螺旋管线圈内层绕组上。2.根据权利要求1所述的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，其特征在于，所述螺旋管线圈B组内层绕组(3)起始处与螺旋管线圈A组内层绕组(2)起始处位于镜像相对位置。3.根据权利要求/2所述的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，其特征在于，所述螺旋管线圈A组外层绕组(4)与螺旋管线圈A组内层绕组(2)在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件(6)连接。4.根据权利要求3所述的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，其特征在于，所述螺旋管线圈B组外层绕组(5)与螺旋管线圈B组内层绕组(3)在顶部通过螺旋管线圈内外层绕组连接件(6)连接。5.根据权利要求4所述的一种具有极小杂散场位形的螺线管线圈，其特征在于，所述螺旋管线圈A组内层绕组(2)、螺旋管线圈B组内层绕组(3)、螺旋管线圈A组外层绕组(4)、螺旋管线圈B组外层绕组(5)上焊接有回水端头。6.根据权利要求5所述的一种具有极小杂散场位...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱银，邹晖，刘晓龙，李广生，单亚农，李明，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：