[发明专利]一种三维线圈制造方法

说明书

本发明涉及一种三维线圈制造方法，包括以下步骤：1)设计与所需磁场对应的线圈形状，根据线圈形状选择适当的芯轴；2)在所述芯轴上敷设增材，形成复合材料骨架；3)对所述复合材料骨架进行开槽加工，所述槽的形状与所述线圈形状相对应；4)将电磁线嵌入所述槽中；5)对布好电磁线的所述复合材料骨架浇注环氧树脂；6)重复步骤2)‑步骤5)，直至得到预定层数的三维线圈。将增材制造过程结合减材加工及槽内镶线过程，实现了电磁线按指定路径精准布线的过程，同时多层组合线圈的激磁效率大大增加，线圈整体结构更加紧凑。

技术领域

本发明是关于一种三维线圈制造方法，属于线圈加工领域。

背景技术

电磁线圈广泛用于核磁共振，靶向给药，磁热疗，粒子加速器等领域中。但随着科学技术发展，需要设计的三维磁场结构越来越复杂，相应的电磁线圈也要绕制成复杂三维结构，如Cos(nθ)型线圈，斜螺线管型线圈、蛇型线圈等。特别是在粒子加速器中，需要多种复杂的三维场型来控制和约束带电粒子，例如粒子加速器中需要设置二极、四极和六极磁场，这就需要设置如马鞍型等形状的线圈。对于复杂结构的线圈，目前通用的方法还是人工绕制电磁线圈，生产效率低，费时费力，且电磁线圈绕制质量依赖于工人的经验和责任心，故不能很好的满足核磁共振，靶向给药，磁热疗，粒子加速器等精密装置的需要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种三维线圈制造方法，其基于复合材料制造技术和开槽镶线技术，将电磁线的高精度布线过程设计成循环作业形式，从而实现复杂三维电磁线圈的高效规范布线加工。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明提供了一种三维线圈制造方法，包括以下步骤：1)设计与所需磁场对应的线圈形状，根据线圈形状选择适当的芯轴；2)在所述芯轴上敷设增材，形成复合材料骨架；3)对所述复合材料骨架进行开槽加工，所述槽的形状与所述线圈形状相对应；4)将电磁线嵌入所述槽中；5)对布好电磁线的所述复合材料骨架浇注环氧树脂；6)重复步骤2)-步骤5)，直至得到预定层数的三维线圈。

进一步，所述芯轴为直管或弯管。

进一步，所述芯轴为直管时，所述步骤2)中，通过纤维复合材料预浸料热压罐成型、树脂传递模塑成型、真空树脂注入成型或多股复合材料缠绕在所述芯轴上敷设增材。

进一步，所述芯轴为弯管时，所述步骤2)中，通过多股复合材料缠绕或纤维材料干绕浇注工艺在所述芯轴上敷设增材。

进一步，所述增材为纤维预浸渍环氧树脂材料，所述纤维为碳纤维或玻璃纤维。

进一步，复合材料骨架的表面粗糙度不得大于开槽后剩余复合材料骨架厚度；若达不到要求，还需对槽的侧壁进行表面平整度加工。

进一步，所述步骤4)中，将电磁线嵌入所述槽中时，采用胶带对所述电磁线进行预固定。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：碳纤维或玻璃纤维预浸渍环氧树脂材料的机械性能及低温性能都很优秀，后期可加工性好，精度可控，特别适合用作在具有任意圆形、椭圆等截面的直管或弯管模具表面沿任意指定路径布线的电磁线圈的骨架。碳纤维或玻璃纤维预浸渍环氧树脂材料制造过程结合减材加工及槽内镶线过程，实现了电磁线按指定路径精准布线的过程，同时此类多层组合线圈的激磁效率大大增加，使线圈整体结构更加紧凑。在超导磁体领域，依据磁体优化的电流密度分层思路，合理规划每层电磁线的线规布置，可实现超导磁体的最优工作点设计，有效提高超导线材的性价比。

附图说明

图1为本发明一实施例中三维线圈制造方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。