一种中心螺线管线圈及其绕制方法与流程

本申请涉及聚变反应堆，具体涉及一种中心螺线管线圈及其绕制方法。

背景技术：

1、核聚变装置中的中心螺线管线圈，通常可以采用超导体或中空矩形铜导体绕制而成。按照常规的绕制方法，一层一层的绕制，绕制完所需的层之后，通过跨层过渡段再将各层通过焊接或压接的方式进行拼接。以此方式绕制的中心螺线管线圈，由于跨层过渡段在纵向空间的占用，导致各层之间均存在匝空隙，使得线圈整体孔隙率较高，同等大小电流情况下，产生的磁场明显减小，影响磁场性能；并且，由于各层与各层之间的爬层过渡段之间是分体结构，进行焊接或压接连接，存在工序繁琐、容易漏、焊接接头接触电阻大、载流低的缺点，进一步影响磁场性能。

2、因此，如何提升中心螺线管线圈的磁场性能成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种中心螺线管线圈及其绕制方法，以解决上述背景技术中所提及的技术问题。

2、根据第一方面，本申请提供了一种中心螺线管线圈，所述中心螺线管线圈由整根导体绕制的m层n列线圈；m和n为大于或等于2的正整数，其中，所述中心螺线管线圈还包括；n组跨层过渡段，一一对应的分布在每一列上，同一组所述跨层过渡段在径向平面上的投影重叠，用于实现同一列上相邻层之间的相切连接；跨列过渡段，位于n列之间，包括分别位于第二层和尾层的沿周向n-1个第一跨列过渡段和位于首层沿径向排布的第二跨列过渡段组；其中，奇数列向偶数列过渡的第一跨列过渡段位于尾层，偶数列向奇数列过渡的第一跨列过渡段位于第二层；所述第二跨列过渡段组包括n-1个第二跨列段，用于实现首层相邻列之间相切连接，其中，所述第二层为在朝向尾层的方向中首层的下一层。

3、在一种实施例中，所述跨层过渡段和所述跨列过渡段在线圈周向方向上交替排布。

4、在一种实施例中，相邻的所述跨层过渡段和所述跨列过渡段的在径向平面的投影的首尾相接于以中心螺线管线圈的圆心为圆心的参考圆的直径所在的直线上

5、在一种实施例中，所述首层为所述第二层的最内侧列的导体通过所述最内侧列的所述跨层过渡段过渡至首层位置后，在首层位置由最内层向最外层盘绕而成。

6、在一种实施例中，在所述首层还引出有第一出线端和第二出线端；所述第一出线端由盘绕所述首层的导体在首层的最外侧列引出；所述第二出线端由第二层的最外侧列的导体经所述跨层过渡段过渡至所述首层后在首层的最外侧列引出。

7、在一种实施例中，奇数列的绕制方向由第二层至尾层；偶数列的绕制方向由尾层至第二层。

8、在一种实施例中，n为偶数。

9、根据第二方面，本申请提供了一种中心螺线管线圈的绕制方法，包括：

10、s1：将导体固定在绕线装置上，按照绕制首层所需的导体尺寸预留首层导体；

11、s2：绕制第二层，并逐层通过跨层过渡段逐层绕制到尾层，其中，同一列的跨层过渡段在径向平面上的投影重叠；

12、s3：在尾层向外侧一列形成第一跨层过渡段将导体过渡至外侧一列；

13、s4：绕制外侧一列尾层，并通过跨层过渡段逐层绕制到第二层；

14、s5：在第二层向外侧一列形成第二跨层过渡段，将导体过渡至外侧一列，返回步骤s2直至完成最外侧列绕制，进入步骤s6；

15、s6：将所述第一出线头在第二层向首层跨层弯曲至首层，自首层的最内侧列向最外侧列通过依次形成沿径向排布的n-1个第二跨列过渡段盘绕形成首层。

16、在一种实施例中，完成最外侧列绕制后，在第二层最外侧列保留出线头；所述绕制方法还包括：

17、s7：在预留的首层导体盘绕形成首层后，最外侧列引出第一出线端；

18、s8：将所述第二层最外侧列的出线头向首层跨层弯曲至首层形成第二出线端。

19、在一种实施例中，在绕制过程中，不同列中的跨层过渡段间隔形成在圆周上，第一跨列过渡段和第二跨列过渡段在圆周上行程在在跨层过渡段间隔内。

20、与现有技术相比较，本申请提出的一种中心螺线管线圈，采用整根导体绕制，且依次自最内侧列向最外侧列绕制，即先完成一列的第二层至尾层的各层绕制，再进行下一列同样层数的绕制，同一列各层之间采用跨层过渡段实现相邻层之间的相切连接，相邻层之间的层间任意位置的间隙相同或均处于预设层间间隙范围内，避免由于跨层形成的匝空隙，并且，各列之间的跨列过渡段位于第二层和尾层上，相较于现有技术中一层一层的绕制，再通过分段的跨层过渡段将相邻层焊接连接，不仅避免了中间过渡段焊接环节，简化了工序，也避免了焊接接头对线圈整体带来的性能影响。另外，现有技术中的匝空隙是由于层间的跨层过渡段导致的，即在每两层之间会产生一处匝空隙，而本身中的匝空隙是由于列间的第一跨列过渡段产生的，即在每两列之间产生一处匝空隙，而中心螺线管线圈的列数往往远远小于层数，其原因在于中心螺线管线圈处于聚变装置的中心，其外围至少有环向场线圈，极向场线圈等，径向空间尺寸有限，需要减少列数，增加层数；同时，相同的电流激励下，增加层数可以提高磁场强度，而增加列数则可能导致电阻增加和热量积累。为了确保线圈的稳定性和可靠性，中心螺线管线圈的设计往往是层数大于列数。因此，在总匝数相同的情况下，本申请实施例的中心螺线管线圈的空匝率小于现有技术中中心螺线管线圈的空匝率；可以较好的提升磁场强度，提升磁场性能。

21、为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种中心螺线管线圈，其特征在于，所述中心螺线管线圈由整根导体绕制的m层n列线圈；m和n为大于或等于2的正整数，其中，所述中心螺线管线圈还包括；

2.如权利要求1所述的中心螺线管线圈，其特征在于，

3.如权利要求1所述的中心螺线管线圈，其特征在于，

4.如权利要求1所述的中心螺线管线圈，其特征在于，

5.如权利要求4所述的中心螺线管线圈，其特征在于，

6.如权利要求1至5任意一项所述的中心螺线管线圈，其特征在于，奇数列的绕制方向由第二层至尾层；偶数列的绕制方向由尾层至第二层。

7.如权利要求1所述的中心螺线管线圈，其特征在于，n为偶数。

8.一种中心螺线管线圈的绕制方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的中心螺线管线圈的绕制方法，其特征在于，完成最外侧列绕制后，在第二层最外侧列保留出线头；所述绕制方法还包括：

10.如权利要求8所述的中心螺线管线圈的绕制方法，其特征在于，

技术总结
本申请涉及聚变反应堆技术领域，具体为一种中心螺线管线圈及其绕制方法，其中，中心螺线管线圈由一根导体绕制的m层n列线圈；n为大于或等于2的正整数，包括n组跨层过渡段，一一对应的分布在每一列上，实现同一列上相邻层之间的相切连接；跨列过渡段，位于n列之间，包括分别位于尾层的沿周向n‑1个第一跨列过渡段和位于首层沿径向排布的第二跨列过渡段组。避免了中间过渡段焊接环节，简化了工序，也避免了焊接接头对线圈整体带来的性能影响，并且，空匝率小于现有技术的中心螺线管线圈的空匝率；可以在同等电流条件下，较好地提升磁场强度，提高磁场性能。

技术研发人员：陈锐,谭熠
受保护的技术使用者：北京星环聚能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23