[发明专利]一种CUSP磁场发生装置线圈及其加工方法

权利要求书

1.一种CUSP磁场发生装置线圈，包括由铜管绕制成圆筒型的线圈组，线圈组一侧设有进出水端，其特征在于，还包括环氧树脂、绝缘板、电极、连接块；所述绝缘板设在铜管之间，环氧树脂通过浇筑的方式包覆整个线圈组；所述连接块和电极均设置在到线圈组进出水端。 

2.根据权利要求1中所述的CUSP磁场发生装置线圈，其特征在于，所述铜管为倒圆角的空心方形紫铜管，且满足：r=（0.05～0.15）×D，其中r为倒圆角半径，D为方形紫铜管边长。 

3.根据权利要求1或2中所述的CUSP磁场发生装置线圈，其特征在于，所述电极、连接块均为紫铜，电极、连接块与铜管之间采用焊接或螺钉方式固定连接。 

4.一种CUSP磁场发生装置线圈的加工方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤（1）：铜管的选取 

采用挤制成型的铜管，其尺寸要求满足r=（0.05～0.15）×D，其中r为倒圆角半径，D为方形紫铜管边长；经过软化退火处理，即在350℃～550℃退火，保温1小时，并迅速水冷，要求硬度在HB55～65之间； 

步骤（2）：线圈组的绕制 

（A）线圈参数及绕制方法确定：径向匝数M，轴向匝数N，为保证线圈中所有铜管电流方向一致，且线圈冷却性能好，确定以下绕制方法：以轴向两匝线圈作为一个线圈单元，每个线圈单元采用P根铜管并行绕制，线圈单元分为Ⅰ型和Ⅱ型两种，其中M＞P≥2，N≥4，且N为4的倍数，M、N、P均为整数； 

（B）线圈单元Ⅰ的绕制：P根铜管从外至内分别标记为T1、……、TP；当M为P的整数倍时，铜管T1、……、铜管TP并行排列，从进出水端一侧开始从外至内顺时针绕制M/P圈后，转入下一层顺时针绕制M/P圈并从进出水端绕出，各线圈起绕端和止绕端在进出水端依次间隔排列；当M不被P整除时，铜管T1、……、铜管TP并行排列，从进出水端一侧开始从外至内顺时针绕制A圈后，铜管T1、……、铜管TB单独再绕制一圈后与铜管T(B+1)、……、铜管TP汇合折弯进入下一层绕制，顺时针绕制A圈后，铜管T1、……、铜管TB单独再绕制一圈后与铜管T(B+1)、……、铜管TP汇合一起并从进出水端绕出，各线圈起绕端和止绕端在进出水端依次间隔排列，其中：M/P=A…B，即A为M/P的商，B为余数，且满足A＞1，1≤B＜P，A和B均为整数； 

（C）线圈单元Ⅱ的绕制：P根铜管从外至内分别标记为T1’、……、TP’；当M为P的整数倍时，铜管T1’、……、铜管TP’并行排列，从进出水端一侧开始从外至内逆时针绕制M/P圈后，转入下一层逆时针绕制M/P圈并从进出水端绕出，各线圈起绕端和止绕端在进出水端依次间隔排列；当M不被P整除时，铜管T1’、……、铜管TP’并行排列，从进出水端一侧开始从外至内逆时针绕制A圈后，铜管T1’、……、铜管TB’ 单独再绕制一圈后与铜管T(B+1)’、……、铜管TP’汇合一起，折弯进入下一层绕制，逆时针绕制A圈后，铜管T1’、……、铜管TB’单独再绕制一圈后与铜管T(B+1)’、……、铜管TP’汇合一起并从进出水端绕出，各线圈起绕端和止绕端在进出水端依次间隔排列，其中：M/P=A…B，即A为M/P的商，B为余数，且满足A＞1，1≤B＜P,A和B均为整数； 

在线圈单元Ⅰ和线圈单元Ⅱ的绕制过程中，在铜管之间以及上下层之间均设有绝缘板；绕制中的“从外到内”的“内”和“外”是相对于圆筒型的线圈组而言的，所述“内”是指靠近轴线一侧，“外”是指远离轴线一侧。 

（D）线圈单元的叠加：分别选取N/4个线圈单元Ⅰ和线圈单元Ⅱ，从上到下依次按照线圈单元Ⅰ、线圈单元Ⅱ、……、线圈单元Ⅰ、线圈单元Ⅱ的方式叠加并固定，且进出水端对齐，线圈单元之间设有绝缘板； 

（E）电极和连接块的连接，包括线圈单元Ⅰ中连接块的连接、线圈单元Ⅱ中连接块的连接、线圈单元Ⅰ和线圈单元Ⅱ之间的连接块连接、线圈单元Ⅱ和线圈单元Ⅰ之间的连接块连接以及电极的连接； 

线圈单元Ⅰ中连接块的连接：铜管T2的起绕端与铜管TP的止绕端连接，铜管Ti的起绕端与铜管T(P+1-i)的止绕端连接，其中i为整数，且2＜i≤P； 

线圈单元Ⅱ中连接块的连接：铜管i’的起绕端与铜管T(P+1-i)’的止绕端连接，铜管T(P-1)’的起绕端与铜管T1’的止绕端连接，其中i为整数，且1≤i＜P-1。 

线圈单元Ⅰ和线圈单元Ⅱ之间的连接块连接：线圈单元Ⅰ的铜管T(P-1)止绕端与线圈单元Ⅱ的铜管T2’止绕端连接，其中所述线圈单元Ⅰ位于线圈单元Ⅱ之上； 

线圈单元Ⅱ和线圈单元Ⅰ之间的连接块连接：线圈单元Ⅱ的铜管TP’与线圈单元Ⅰ的铜管T1连接，其中所述线圈单元Ⅰ在线圈单元Ⅱ之下； 

电极的连接：所述电极共两件，分别连接在第一个线圈单元Ⅰ的铜管T1的起绕端和最后一个线圈单元Ⅱ的铜管TP’的起绕端； 

步骤（3）：初检 

线圈组绕制完成后需进行初检，初检内容包括直流电阻、电感、绝缘性能，如不符合要求需拆开线圈组按照步骤（1）和步骤（2）进行检查和返修； 

步骤（4）：线圈组的浇筑 

（A）装模：将线圈装入模具中，并固定； 

（B）加热：将装模完毕后的线圈放入浇注罐中，开启加热器，将温度上升至75℃时开始抽真空直至达到极限真空1Pa，并保持3小时； 

（C）浇筑：充入保护性气体直至浇注罐内压力为150Pa，将熔融状态的环氧树脂浇至模腔内预定的高度时，停止浇注； 

（D）加压：充入保护性气体直至炉内压力达到3bar，并保压30分钟； 

（E）固化处理：浇注罐泄压并线圈取出后，立即吊入专用固化箱内进行固化处理，固化温度为90℃～115℃，固化时间不少于6小时，并随炉冷却5小时后取出线圈； 

（F）修整：对浇筑后的线圈进行表面修整； 

步骤（5）整体检验：浇筑完成后需对线圈整体检验，检验内容包括直流电阻、电感、绝缘性能、尺寸、外观，如直流电阻、电感、绝缘性能不符合预期要求需报废处理，如外观和尺寸不满足要求可进行修整处理。 

5.根据权利要求4中所述的CUSP磁场发生装置线圈的加工方法，其特征在于，所述保护性气体为氮气或氩气。