一种马鞍形线圈绕制装置及马鞍形线圈的制作方法

1.本实用新型一般涉及线圈制备技术领域，具体涉及一种马鞍形线圈绕制装置及马鞍形线圈。


背景技术：

2.电磁设备是科研及工业实现能量转换的一种设备，其通常用于将一定要求的电能转化相应的磁场，或进一步转化为机械能；也有将柴油机的机械能转化为可供日常使用的电能。无论何种形式，都离不开电磁转化的基本元件，即线圈。
3.根据电磁设备的设计不同，线圈的种类有很多种，主要还是以铜或铝的导电介质，按照一定形状和尺寸以及匝数绕制而成。马鞍型线圈是粒子加速器磁铁系统中多极磁体尤其是四极透镜所广泛采用的一种结构形式。采用这种结构形式，一方面可以保证磁极所需的安匝电流，另一方面减少端板电流对磁场的影响，同时可以节约空间，外形美观。
4.马鞍形线圈常规的绕制方式比较繁琐，操作复杂，效率低下。因为无法在导线恒定的张力下进行绕制，导致线圈匝间松散，外形尺寸得不到保证。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种马鞍形线圈绕制装置及马鞍形线圈，可以绕制过程中导线保持恒定张力，增强马鞍形线圈绕制质量，提高马鞍形线圈绕制效率。
6.本技术提供了一种马鞍形线圈绕制装置，包括：
7.机台以及设置在所述机台上的模具，所述模具用于绕制形成马鞍形线圈；
8.所述模具包括第一模芯以及固定设置在所述第一模芯两端的两个第二模芯，所述第一模芯用于形成所述马鞍形线圈的两第一侧部，所述第二模芯用于形成所述马鞍形线圈的两第二侧部；
9.所述第一模芯包括底面以及设置在所述底面上的第一成型面和第二成型面，所述第一成型面和所述第二成型面呈夹角设置；
10.所述第二模芯包括第三成型面，所述第三成型面凸出于所述第一模芯的底面，所述第三成型面自所述第一成型面的第一底边延伸至所述第二成型面的第二底边。
11.可选地，还包括：
12.第一驱动装置，所述第一驱动装置设置在所述机台上，用于驱动所述模具绕第一轴线转动，所述第一轴线与所述机台的表面平行；
13.第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述机台绕第二轴线转动，所述第二轴线与所述第一轴线垂直。
14.可选地，所述第一成型面和所述第二成型面关于第一平面对称设置，其中，所述第一平面为所述第一轴线和所述第二轴线所在的平面。
15.可选地，所述第三成型面为弧形面，所述第三成型面关于所述第一平面对称设置。
16.可选地，所述第一模芯还包括设置在所述底面上的两成型侧面，所述第三成型面与所述成型侧面垂直，所述成型侧面和所述第一成型面之间、所述成型侧面和所述第二成型面之间均通过圆倒角平缓过渡。
17.可选地，所述模具通过支撑架固定在所述机台上，所述模具与所述支撑架之间可转动连接。
18.可选地，还包括与所述模具固定连接的承载台，所述承载台包括两承载面，所述承载面位于所述第一成型面的一侧，并且，所述承载面与所述第一成型面垂直设置。
19.可选地，还包括多个卡紧装置，所述卡紧装置用于设置在所述模具上以固定成型后的所述马鞍形线圈。
20.可选地，还包括第一张紧装置和第二张紧装置，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置分别用于张紧导线的两端。
21.第二方面，一种马鞍形线圈，通过导线围绕在如以上任一所述的马鞍形线圈绕制装置上形成，其中，所述导线包括连续设置的第一部分和第二部分，所述导线的第一部分沿第一方向围绕形成内层线圈，所述导线的第二部分沿第二方向围绕形成外层线圈；
22.所述马鞍形线圈为两第一侧部和两第二侧部围绕形成的中空结构；
23.两所述第一侧部呈夹角设置，所述第一侧部的第一上边缘和第一下边缘呈直线状，所述第二侧部的第二上边缘和第二下边缘呈弯曲状；
24.所述第二上边缘凸出于所述第一上边缘所在的平面，所述第二上边缘自其中一侧的所述第一上边缘延伸至另一侧的所述第一上边缘；
25.所述第二下边缘凸出于所述第一下边缘所在的平面，所述第二下边缘自其中一侧的所述第一下边缘延伸至另一侧的所述第一下边缘。
26.本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
27.本实用新型实施例提供的马鞍形线圈绕制装置，可以实现绕制过程中导线沿张力方向位置保持不变，导线保持恒定张力，紧密贴合模具；通过导线在绕制时，将导线分为两部分分别绕制内层和外层，在绕制时可以保持导线恒定的张力下进行，另外，在绕制时从小口端进行绕制，可以防止线圈匝间松散的问题。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
29.图1-4为本实用新型的实施例提供的一种马鞍形线圈的结构示意图；
30.图5为本实用新型的实施例提供的一种导线的位置示意图；
31.图6-7为本实用新型的实施例提供的另一种马鞍形线圈的结构示意图；
32.图8-10为本实用新型的实施例提供的一种马鞍形线圈绕制装置的结构示意图；
33.图11为本实用新型的实施例提供的一种模具的结构示意图；
34.图12为本实用新型的实施例提供的一种第一模芯的结构示意图；
35.图13为本实用新型的实施例提供的一种承载台的结构示意图；
36.图14为本实用新型的实施例提供的一种第一模芯和承载台安装后的结构示意图；
37.图15为本实用新型的实施例提供的一种第二模芯的结构示意图；
38.图16为本实用新型的实施例提供的一种线圈绕制完成后的结构示意图。
39.图中：
40.100、线圈；10、第一侧部；20、第二侧部；31、接线头；30、引出部；11、小口端；12、大口端；40、拱起部；
41.200、机台；
42.300、模具；310、第一模芯；320、第二模芯；311、底面；
43.330、承载台；331、承载面；
44.340、支撑架；
45.400、第一驱动装置；500、第二驱动装置；600、卡紧装置；700、安装槽；800、压紧装置。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
47.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
48.如图1-4所示，本技术提供了一种马鞍形线圈，通过至少一根导线围绕形成，在本技术中，每一根导线在模具上绕制形成内外两层线圈，通过内外两层线圈的绕制，内层和外层的绕制方向相反，可以使得过程中导线保持恒定张力，紧密贴合模具绕制。在本技术实施例中以内层逆时针，外层顺时针由小口端向大口端绕制进行示例性说明。
49.所述马鞍形线圈100为两第一侧部10和两第二侧部20围绕形成的中空结构，在本技术实施例中定义第一侧部10的延伸方向为x轴，第二侧部20的延伸方向为y轴，高度方向为z轴，定义第一侧部10上的四个端点a1/a2/b1/b2；a3/a4/b3/b4；定义两第一侧部10关于第一平面xz对称，小口端在所述第一平面上的中点为o1/o2，大口端在所述第一平面xz上的中点为o3/o4。
50.在绕制时，所述导线包括连续设置的第一线段l1和第二线段l2，如图5所示，所述导线的第一线段l1沿第一方向(逆时针)围绕形成内层线圈100(接线头为p1)，所述导线的第二线段l2沿第二方向(顺时针)围绕形成外层线圈100(接线头为p2)。
51.导线第一线段l1和第二线段l2的交点自o1点开始绕制，其内层的绕制过程为：
52.o1-a1-a2-o2-a4-a3-o1；
53.其外层的绕制过程为：
54.o1-a3-a4-o2-a2-a1-o1。
55.在绕制时，所述线圈100在z轴方向上，线圈100的绕制周长逐渐增加，形成下端为小口端11，上端为大口端12的方式，其线头的引出位置位于大口端12位置处，通过将接线头31设置在大口端12，可以方便接线。当然，本技术实施例中并不限于此，在不同实施例中，根据应用场景的不同，还可以从大口端12开始绕制，本技术并不限制线圈100起始点的位置。
56.在本技术实施例中，绕制后的线圈100呈马鞍形设置，第一侧面为矩形面状，第二侧面包括拱起部40，第二侧面呈扇形面状设置，扇形面的圆形在靠近小口端11。
57.在设置时，当通过第一线段l1沿一个方向形成一层线圈100时，两所述第一侧部10呈夹角设置，所述第一侧部10的第一上边缘s1和第一下边缘s2呈直线状，所述第二侧部20的第二上边缘s3和第二下边缘s4呈弯曲状。所述第二上边缘s3凸出于所述第一上边缘s1所在的平面，所述第二上边缘s3自其中一侧的所述第一上边缘s1延伸至另一侧的所述第一上边缘s1；所述第二下边缘s4凸出于所述第一下边缘s2所在的平面，所述第二下边缘s4自其中一侧的所述第一下边缘s2延伸至另一侧的所述第一下边缘s2。
58.另外，在本技术实施例中，线圈100在绕制过程中可以采用多条导线进行绕制，以形成不同的匝数的绕线结构，匝数乘以电流决定磁感应强度，本技术实施例中，如图6-7所示，每一线圈100可以形成两层，若采用单数层数时，可以在绕制的起始端进行截断，另外对于每一层线圈100的接线方式及绕线方向并不限制，对于线圈100的层数并不限制，在不同应用场景时，根据需求进行选择。
59.在本技术实施例中，当一根导线绕制形成两层时，位于各个面上的边缘形成两层的导线并列，并形成各个表面。其中，在马鞍形线圈100上的第二侧部20包括沿高度方向设置的上曲面t1和下曲面t2，所述上曲面t1在高度方向上凸出于所述第一侧部10的上平面t3，所述下曲面t2在高度方向上凸出于所述第一侧部10的下平面t4；所述上曲面t1自其中一侧的所述第一侧部10的下平面t4延伸至另一侧的所述第一侧部10的下平面t4；所述上曲面t1自其中一侧的所述第一侧部10的上平面t3延伸至另一侧的所述第一侧部10的上平面t3。
60.其中，所述线圈100包括通过所述上平面t3和所述上曲面t1围绕形成的大口端12以及通过所述下平面t4和所述下曲面t2围绕形成的小口端11，所述大口端12的周长大于所述小口端11的周长。其中一个所述第二侧部20上设置有引出部30，所述引出部30内设置有接线头31，所述引出部30设置在所述上曲面t1。
61.在本技术实施例中，通过逐层绕制形成的马鞍形线圈100，在平行于所述第一侧部10的第一平面xz上的截面形状为矩形，所述第二侧部20在垂直与所述第一侧部10的第二平面yz上的截面形状为扇形。所述线圈100包括设置在所述第一侧部10远离所述中空结构一侧的外侧面以及设置在所述第二侧部20原理所述中空结构一侧的外端面t6，所述外侧面与所述上平面t3及所述下平面t4垂直，所述外端面t6与所述上曲面t1及所述下曲面t2垂直。
62.可选地，其中一个所述第二侧部20上设置有引出部30，所述引出部30内设置有接线头31，所述引出部30设置在所述上曲面t1。
63.在本技术实施例中定义：所述线圈100包括内表面、上表面、下表面、外侧面t5、外端面t6，其中，内表面为靠近环形中空结构的一面，所述内表面包括位于所述第一侧部10的第一内表面t7和位于第二侧部20的第二内表面t8；外侧面t5为所述第一侧部10上与所述第一内表面t7相对的一面，外端面t6为所述第二侧部20上与所述第一内表面t7相对的一面；所述上表面与所述下表面为相对设置的两个表面，其中，上表面位于靠近大口端12的一面，下表面为靠近小口端11的一面；上表面包括位于所述第一侧部10上的上平面t3以及位于所述第二侧部20上的上曲面t1，下表面包括位于所述第一侧部10的下平面t4以及位于所述第二侧部20的下曲面t2，所述上曲面t1和所述下曲面t2为形成马鞍形的弧面。
64.本技术实施例中，通过导线在绕制时，将导线分为两部分分别绕制内层和外层，在绕制时可以保持导线恒定的张力下进行，另外，在绕制时从小口端进行绕制，可以防止线圈
匝间松散的问题。
65.请详见图8-11，一种马鞍形线圈绕制装置，包括：
66.机台200以及设置在所述机台200上的模具300，所述模具300用于绕制形成马鞍形线圈100。
67.所述模具300包括第一模芯310以及固定设置在所述第一模芯310两端的两个第二模芯320，所述第一模芯310用于形成所述马鞍形线圈100的两第一侧部10，所述第二模芯320用于形成所述马鞍形线圈100的两第二侧部。
68.所述第一模芯310包括底面311以及设置在所述底面311上的第一成型面r1和第二成型面r2，所述第一成型面r1和所述第二成型面r2呈夹角设置。
69.所述第二模芯320包括第三成型面r3，所述第三成型面r3凸出于所述第一模芯310的底面311，所述第三成型面r3自所述第一成型面r1的第一底边延伸至所述第二成型面r2的第二底边。
70.第一驱动装置400，所述第一驱动装置400设置在所述机台200上，用于驱动所述模具300绕第一轴线t1(位于第一平面上且平行于x轴)转动，所述第一轴线t1与所述机台200的表面平行；
71.第二驱动装置500，所述第二驱动装置500用于驱动所述机台200绕第二轴线t2(垂直于第一平面且与平行于z轴)转动，所述第二轴线t2与所述第一轴线t1垂直。
72.具体地，所述第一成型面r1用于形成所述第一内表面t7，所述第二成型面r2用于形成所述第二内表面t8，所述第三成型面r3与所述成型侧面r4用于形成所述第一内表面t7，当线圈100绕制两层后形成上表面和下表面。
73.所述第一成型面r1和所述第二成型面r2关于第一平面对称设置；所述第三成型面r3为弧形面，所述第三成型面r3关于所述第一平面xz对称设置。如图12所示，所述第一模芯310还包括设置在所述底面311上的两成型侧面r4，所述第三成型面r3与所述成型侧面r4垂直，所述成型侧面r4和所述第一成型面r1之间、所述成型侧面r4和所述第二成型面r2之间均通过圆倒角平缓过渡。
74.在本技术实施例中，所述装置还包括与所述模具300固定连接的承载台330，如图13所示，所述承载台330包括两承载面331，所述承载面331位于所述第一成型面r1的一侧，并且，所述承载面331与所述第一成型面r1垂直设置，所述承载面331用于形成所述下平面t4和所述上平面t3，所述第二模芯320上的第三成型面r3用于形成所述下曲面t2和所述上曲面t1。
75.需要说明的是，在本技术实施例中，第一模芯310和所述承载台330固定设置，如图14所示，第二模芯320固定在所述第一模芯310的端面，通过将模具300分解为多个零部件，方便加工。另外，承载台330除用于提供承载线圈100的端面外还用于平衡第一模芯310在通过第一驱动装置400绕第一轴线旋转时平衡模具300的重心，同时提供第一驱动装置400的绕制轴线。
76.另外，如图15所示，第二模芯320上同样在对应承载台330的位置设置有承载模块，在设置时，承载模块可以设置在第二模芯320上，与第二模芯320形成一体式结构，还可以设置在承载台330上，与第二承载台330为一体式结构并与所述第一模芯310固定连接；还可以采用第一模芯310和第二模芯320固定连接，或者与第一模芯310上的旋转轴固定连接，实现
同步转动，本技术实施例中对于第一模芯310和第二模芯320的固定连接方式并不限制。
77.在设置时，所述模具300通过支撑架固定在所述机台200上，所述模具300与所述支撑架之间可转动连接。所述支撑架上还设置有电机支座用于固定所述第一驱动装置400，在应用时，第一驱动装置400可以采用电机和减速器，减速器的目的是为了减小绕制过程中的输入力矩。当然，在应用时还可以采用其他驱动机构，本技术对此并不限制。所述支撑架上设置有用于电机轴或者模具300的旋转轴穿过的轴承，在本技术实施例中，所述第一驱动装置400与所述模具300上的承载台330固定连接，用于驱动承载台330转动并带动第一模具300和第二模具300转动。
78.需要说明的是，在本技术实施例中，示出了一种第二模芯320的结构，其中，第二模芯320上形成有所述承载面331相接的过渡面r5，过渡面r5用于在承载面331与第三成型面r3之间平缓过渡。在本技术实施例中，示出了第一成型面r1和第二成型面r2垂直的示意图，当然，在不同实施例中，第一成型面r1和第二成型面r2之间的夹角可以根据应用场景的不同进行设置，第一成型面r1和第二成型面r2用于形成大口端12和小口端11的形状。
79.在本技术的一个实施例中，所述装置还包括第一张紧装置和第二张紧装置，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置分别用于张紧导线的两端。或者，还包括多个卡紧装置600，所述卡紧装置600用于设置在所述模具300上以固定成型后的所述马鞍形线圈100。
80.在设置时，第一张紧装置和第二张紧装置可以设置在与所述承载面331平齐的方向，可以实现绕制过程中导线沿张力方向位置保持不变，导线保持恒定张力，紧密贴合模具300。所述第一模芯310、所述第二模芯320、所述承载台330上设置有与所述卡紧装置600配合的安装槽700，适用于不同尺寸的卡紧装置600，当线圈100绕制形成不同层数时，可以采用不同尺寸的卡紧装置600进行卡紧，如图16所示。
81.另外，在第一模芯的顶面还设置有用于固定线圈100的接线头的压紧装置800，通过压紧装置800以及与所述压紧装置800配合的卡紧装置600可以将接线头压紧实现固定。
82.在进行线圈100绕制过程中，第一张紧装置和第二张紧装置用于张紧导线的两端，在绕制时，需要从导线的中间位置进行绕制，中间位置从第二模芯的中部开始，第二驱动装置500驱动机台顺时针转动，导线在承载面331上绕第一模芯的第一成型面r1转动，经第三成型面r3绕制另一侧第一成型面r1，第一驱动装置400驱动模具绕轴线转动，使得待绕制的第一成型面r1与导线的张紧方向始终保持垂直，继续绕制，当线圈100内层绕制完成后，从导线的中间位置从第二模芯的中部开始反方向绕制形成线圈100的外层。
83.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
84.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
85.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限
制本实用新型。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
86.本实用新型已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。