專利名稱：一種單芯線同軸線轉接頭的制作方法
技術領域：
本發明屬于轉接頭領域，更具體地，涉及一種單芯線同軸線轉接頭。
背景技術：
強磁場是開展磁控等離子體核聚變、凝聚態物理學、先進電磁武器裝置、電磁成型等前沿領域必須的工具之一。提高磁場強度，將對許多學科的發展產生極其深遠的影響，并可能帶來新發現。在這些強磁場相關的應用中，強磁場一般是通過供以大電流的磁體來產生。由于處于磁體自身產生的磁場和其它背景磁場中，在磁體電源引線的單芯線部分上，將產生巨大的電磁力，直接影響電源弓I線連接的機械性能和電氣性能。為了避免長距離的電源引線上累積受到的巨大電磁力，一般采用大直徑的同軸線，作為磁體的供電引線。目前一些安裝空間充裕的工程實現中，一般是通過一些簡單的連接方式，將同軸線的外編織導體與中心導體和磁體的兩個電源引線端子連接起來。常見的方式有，采用導體法蘭分別夾緊同軸線的外編織導體與中心導體，通過一段導體連接段，連到磁體的電源引線端，這種連接方式簡潔、可靠。但是缺陷是所有電氣連接暴露在外，占用安裝空間大，單芯線受力長度大，累積電磁力大，連接件需要做額外的固定和電安全保護措施，機械精度低。在tokamak磁控熱核聚變的裝置中，背景磁場強大，高達3T，一種安裝在不銹鋼真空室內部的單匝磁體線圈，需通以高達IOkA電流。線圈電源引線穿過不銹鋼真空壁的同時，需要較高機械精度的真空密封，而且安裝空間狹小。在每段單芯線上受到30kN/m的電磁力載荷情況下，簡單的單芯線同軸線轉接結構，有兩方面的缺陷(I)需要較大的安裝空間，狹小范圍內安裝 不易實施；(2)過長的單芯線連接段上將受到30kN/m的電磁力，直接影響其它附件安裝的機械精度，同時可能使連接松動，接觸電阻增加，在通大電流時燒壞電氣觸點。
發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種單芯線同軸線轉接頭，旨在解決大電流供電導線在磁場中受到電磁力從而影響電源引線連接的機械性能和電氣性能的問題。本發明提供了一種單芯線同軸線轉接頭，包括依次串接在同軸線上的第一絕緣法蘭、第一導體法蘭、第一導體連接板、第二絕緣法蘭、第二導體連接板、第二導體法蘭和第三絕緣法蘭；所述第一導體連接板的連接臂和所述第二導體連接板的連接臂分別位于所述第二絕緣法蘭相對的兩側；剝去外絕緣層的同軸線依次穿過所述第一絕緣法蘭的通線孔、第一導體法蘭的通線孔；所述同軸線的外編織導體的銅絲束周向分散并被所述第一導體法蘭和第一導體連接板對壓夾緊；所述同軸線的內絕緣層和中心導體依次穿過第一導體連接板的通線孔、第二絕緣法蘭的通線孔和第二導體連接板的通線孔，所述同軸線的中心導體的銅絲束周向分散并依次被第二導體法蘭和第二導體連接板對壓夾緊；第三絕緣法蘭中相對分布的兩個卡槽分別卡入第一導體連接板的連接臂和第二導體連接板的連接臂；工作時，電流從同軸線的外編織導體流入，通過第一導體連接板將電流傳導至一根單芯線；電流經負載后由另一根單芯線將所述電流傳導至第二導體連接板，并經同軸線的中心導體流回電源。更進一步地，所述單芯線同軸線轉接頭還包括用于提供支撐和固定且起電氣絕緣作用的外殼。更進一步地，所述單芯線同軸線轉接頭還包括第一固定螺栓，第二固定螺栓和第三固定螺栓；所述第一固定螺栓用于將第一絕緣法蘭、第一導體法蘭、第一導體連接板、第二絕緣法蘭、第二導體連接板、第二導體法蘭和第三絕緣法蘭固定連接，并通過所述第一固定螺栓施加夾緊力；所述第二固定螺栓用于穿過所述外殼兩側壁上的光孔和第二絕緣法蘭的螺紋孔并將所述外殼和所述第二絕緣法蘭連接；所述第三固定螺栓用于穿過第一導體連接板上的光孔、第二導體連接板上的光孔和兩根單芯線的光孔并將第一導體連接板、第二導體連接板和兩根單芯線連接。
更進一步地，所述第一絕緣法蘭、第二絕緣法蘭和第三絕緣法蘭的材料為環氧樹脂合成材料、塑料或玻璃。更進一步地，所述第一絕緣法蘭為方形，第二絕緣法蘭為I字形，第三絕緣法蘭為圓形，兩個卡槽關于圓心對稱分布。更進一步地，所述第一導體法蘭和第二導體法蘭的材料為銅、鋁、銀或者合金材料。更進一步地，所述第一導體法蘭和第二導體法蘭為方形。更進一步地，所述第一導體連接板和第二導體連接板為銅、鋁、銀或者合金材料。更進一步地，所述第一導體連接板和第二導體連接板的電接觸面為方形。本發明由于結構設計對稱、簡潔、緊湊、全封閉，單芯線和同軸線的電氣轉接與固定充分，絕緣距離足夠，通流單芯線部分較短，能夠取得單芯線同軸線轉接接觸電阻小、絕緣可靠、安全、加工簡單、安裝方便、固定可靠、且轉接頭所受的電磁力小、大電流供電導線在磁場中的安裝精度高、電氣可靠性好。
圖1是本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭的軸側視圖；圖2是本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭的部件爆炸圖；圖3是本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭的半剖主視圖；圖4是本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭的半剖左視圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。在強磁場應用中，產生磁場的磁體，需要通以大電流。在這種大電流和強磁場的工況下，磁體的電源引線將面臨受到電磁力的問題。通流導體在磁場中的受力公式為萬.同軸線的外編織導體和中心導體結構上同心，電流方向相反，因此在強磁場
環境和大電流工況下，同軸線在磁場中宏觀上不受電磁力，而通流單芯線，根據實際走線和磁場方向，將不可避免的受到巨大的累積電磁力，破壞其它設備的安裝精度和可靠性。鑒于同軸線在強磁場中通流時受力狀態的優越性，將磁體供電的線纜選為同軸線。一般的磁體設備都是引出兩根單芯電源引線，這樣就需要設計一種單芯線同軸線轉接頭，同時需要解決轉接過程中，單芯線受力問題以及減小單芯線的受力長度。本發明克服現有簡單的單芯線同軸線轉接方法的缺陷，提供一種單芯線同軸線轉接頭結構，從而在強磁場和大電流的工況下，實現單芯線同軸線緊湊的、可靠的機械連接和電氣連接。該單芯線同軸線轉接頭結構，可以應用于磁控等離子體核聚變、凝聚態物理學、先進電磁武器裝置、電磁成型等領域大電流磁體的供電連接裝置中。本發明實施例提供了一種在強磁場和大電流工況下，可以將兩根單芯線和一根同軸線實現可靠連接的轉接頭；圖1示出本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭的軸側視圖；圖2示出了部件爆炸圖；圖3示出了半剖主視圖；圖4示出了半剖左視圖；為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，現結合附圖詳述如下單芯線同軸線轉接頭包括依次串接在同軸線60上的第一絕緣法蘭20、第一導體法蘭30、第一導體連接板40、第二絕緣法蘭21、第二導體連接板41、第二導體法蘭31和第三絕緣法蘭22 ;第一導體連接板40的連接臂403和所述第二導體連接板41的連接臂413分別位于第二絕緣法蘭21相對的兩側；剝去外絕緣層的同軸線60依次穿過第一絕緣法蘭20的通線孔202、第一導體法蘭30的通線孔302 ;同軸線60的外編織導體62的銅絲束周向分散并被第一導體法蘭30和第一導體連接板40對壓夾緊；同軸線60的內絕緣層63和中心導體64依次穿過第一導體連接板40的通線孔402、第二絕緣法蘭21的通線孔212和第二導體連接板41的通線孔412，同軸線60的中心導體64的銅絲束周向分散并依次被第二導體法蘭31和第二導體連接板41對壓夾緊；第三絕緣法蘭22中相對分布的兩個卡槽223分別卡入第一導體連接板40的連接臂403和第二導體連接板41的連接 臂413 ;工作時，電流從同軸線60的外編織導體62流入，通過第一導體連接板40，將電流傳導至一根單芯線70 ;兩根單芯線70分別連接所需供電的負載；電流流經負載后，經由另外一根單芯線70將電流傳導至第二導體連接板41，再和同軸線60的中心導體64相連并流回電源。在本發明實施例中，單芯線同軸線轉接頭還包括用于提供支撐和固定且起電氣絕緣作用的外殼10。外殼10主要作用是給轉接頭內部電氣連接部分提供支撐和固定，同時起到電氣絕緣的作用。外殼10的材料為強度高且絕緣的材料，具體可以為環氧樹脂合成材料、塑料、玻璃等。作為本發明的一個優選實施例，外殼10的材料選為環氧樹脂合成材料,絕緣性能好，強度高，抗沖擊載荷能力強，可加工性好，價格便宜。在本發明實施例中，外殼10的形狀可以為圓筒形，方形盒，非封閉的支撐結構等。作為本發明的一個優選實施例，當外殼10的形狀為圓筒形時，易加工，結構對稱，外殼壁中不會出現應力集中點，占用空間小，易于安裝。作為本發明的一個實施例，外殼10上的通線孔101，適當加長該孔的臺階102，可更好的固定同軸線，避免同軸線在彎角較大的情況下，給轉接頭內部電氣連接部分施加不必要的力，影響轉接頭內部電氣連接部分安裝精度。固定外殼10筒壁上的兩對稱分布的“I”形孔，可以通過螺栓將轉接頭內部電氣連接部分固定于固定外殼10，同時“I”形孔的設計，可以大大減小轉接頭內部電氣連接部分安裝過程中對軸向尺寸誤差的敏感度。固定外殼10的底部的凸緣104和一周均勻排布8螺栓孔105的設計，可以方便轉接頭順利的安裝固定到磁體設備上。在本發明實施例中，單芯線同軸線轉接頭還包括第一固定螺栓80，第二固定螺栓81和第三固定螺栓82;第一固定螺栓80用于將第一絕緣法蘭20、第一導體法蘭30、第一導體連接板40、第二絕緣法蘭21、第二導體連接板41、第二導體法蘭31和第三絕緣法蘭22固定連接，并通過第一固定螺栓80施加夾緊力；第二固定螺栓81用于穿過外殼10兩側壁上的光孔103和第二絕緣法蘭21的螺紋孔213并將外殼10和第二絕緣法蘭21連接；第三固定螺栓82用于穿過第一導體連接板40上的光孔404、第二導體連接板41上的光孔414和兩根單芯線70的光孔并將第一導體連接板40、第二導體連接板41和兩根單芯線70連接。在本發明實施例中，同軸線60不受電磁力，第一導體連接板40和第二導體連接板41的連接臂這兩段受到的單位長度電磁力較大，但連接臂長度短，累積電磁力較小，同時通過第三絕緣法蘭板22的卡槽223進行限位和固定，確保第一導體連接板40、第二導體連接板41與單芯線70的機械連接和電氣接觸，以及兩電源引線之間的可靠絕緣。該轉接頭裝置內部同軸線電氣連接部分，通過第二絕緣法蘭板21上的螺紋孔和第二固定螺栓81與外殼10實現固定。轉接頭的外殼10通過其凸緣上的螺栓孔105將整個轉接頭固定于所需連接的設備上。·在本發明實施例中，第一固定螺栓80，第二固定螺栓81和第三固定螺栓82均為螺栓標準件，可以選擇不同的材料、規格，如普通鋼，不銹鋼等。作為本發明的一個優選實施例，第一固定螺栓80，第二固定螺栓81和第三固定螺栓82選用高力學性能的不銹鋼。在本發明實施例中，第一固定螺栓80需要做絕緣處理，可以選擇的絕緣材料是絕緣膠帶、絕緣漆、聚酰亞胺薄膜等。作為本發明的一個優選實施例，選擇聚酰亞胺薄膜對第一固定螺栓80做絕緣處理，韌性強，不易撕裂，絕緣性能好，耐擊穿電壓高，方便纏繞做絕緣處理。在本發明實施例中，大電流和強磁場工況下，同軸線不會受到電磁力，對轉接頭施加不必要的力載荷。導體法蘭的電接觸面積大，接觸電阻小，大電流工況下產熱量小；各導體法蘭和絕緣法蘭的排列整齊，安裝緊湊，占用空間小。在本發明實施例中，第一絕緣法蘭20、第二絕緣法蘭21和第三絕緣法蘭22的材料需要為強度高且絕緣能力強的材料；第一絕緣法蘭20、第二絕緣法蘭21和第三絕緣法蘭22的材料均可以為環氧樹脂合成材料、塑料、玻璃等。作為本發明的一個優選實施例，第一絕緣法蘭20、第二絕緣法蘭21和第三絕緣法蘭22的材料為環氧樹脂合成材料時，絕緣性能好，強度高，抗沖擊載荷能力強，可加工性好，價格便宜。在本發明實施例中，第一絕緣法蘭20、第二絕緣法蘭21和第三絕緣法蘭22的形狀可以是圓形，方形、“I”形等形狀。作為本發明的一個優選實施例，第一絕緣法蘭20選擇為方形，中間開通線孔202，周向均布4個螺栓孔201，尺寸小，安裝方便，實現第一固定螺栓80和第一導體法蘭30之間的絕緣。第二絕緣法蘭21選為“I”形，中間開通線孔212，周向均布四個螺栓孔211，厚度較厚，其214面為圓弧面，和外殼10的內圓弧面106間隙配合，周向定位轉接頭內部電氣連接部分，第二絕緣法蘭21面上開一螺紋孔，周向固定轉接頭內部電氣連接部分。第三絕緣法蘭22選為圓形，周向均布四個螺栓孔221，其222面為圓弧面，周向定位轉接頭內部電氣連接部分，在相應的位置開兩個卡槽223，實現導體法蘭32和固定螺栓80之間的絕緣，以及導體連接板40的連接臂403和導體連接板41的連接臂413的周向支撐和限位保護。在本發明實施例中，第一導體法蘭30和第二導體法蘭31的材料需要為導電性好，導熱性好，強度較高的材料；具體可以為銅、鋁、銀或者合金材料等。作為本發明的一個優選實施例，第一導體法蘭30和第二導體法蘭31得材料選為銅，高延展性、高導電導熱率，易加工性，強度較高，價格較低。在本發明實施例中，第一導體法蘭30和第二導體法蘭31的形狀可以是圓形，方形、“I”形等形狀。作為本發明的一個優選實施例，第一導體法蘭30和第二導體法蘭31選為方形，尺寸小，安裝方便，其中第一導體法蘭30中間開通線孔302，周向均布4個螺栓孔301，第二導體法蘭31周向均布4個螺栓孔311。在本發明實施例中，第一導體連接板40和第二導體連接板41的材料需要為導電性好，導熱性好，強度較高的材料；具體可以為銅、鋁、銀或者合金材料等。作為本發明的一個優選實施例，第一導體連接板40和第二導體連接板41的材料選為銅，高延展性、高導電導熱率，易加工性，強度較高，價格較低。在本發明實施例中，第一導體連接板40和第二導體連接板41的電接觸面可以是圓形，方形、“1”形等形狀，連接臂403、413可以是彎曲成型、焊接、螺釘連接、鉚釘連接等方式。作為本發明的一個優選實施例，第一導體連接板40和第二導體連接板41的電接觸面選為方形，連接臂403、413選擇彎曲成型，尺寸小，安裝方便，兩導體連接板分別中間開通線孔402和412，周向均勻分布4個螺栓孔401和411，連接臂403,413底部開兩個“I”形孔404和414，同時“1”形孔的設計，可以大大減小轉接頭內部電氣連接部分安裝過程中對軸向尺寸誤差的敏感度。為了更進一步地說明本發明實施例提供的單芯線同軸線轉接頭，現結合具體結構詳述如下第一絕緣法蘭20、第一導體法蘭30、第一導體連接板40、第二絕緣法蘭21、第二導體連接板41、第二導體法蘭31和第三絕緣法蘭22中每一個零件都有四個的螺釘孔，分別是201、301、401、211、411、311、221 ;四根第一固定螺栓80先做絕緣處理后，再穿過這不同零件上的四組螺栓孔，通過螺栓連接施加夾緊力。第二絕緣法蘭21的面214和第三絕緣法蘭22的面222都與外殼10的面106間隙配合。兩根第二固定螺栓81分別穿過外殼10兩側壁上的光孔103和第二絕緣法蘭21的螺紋孔213螺紋連接。兩根第三固定螺栓82分別穿過第一導體連接板40上的光孔404、第二導體連接板41上的光孔414和兩根單芯線70的光孔，通過螺栓連接。同軸線60的外絕緣層61和外殼10的通線孔孔壁101間隙配合。通過外殼10的凸緣104上面的光孔105，可通過螺栓連接將外殼10固定到所需供電的磁體設備的外殼上。轉接頭內部電氣連接部分通過第二絕緣法蘭板21、第三絕緣法蘭板22和外殼10的間隙配配合,周向安裝和限位可靠；同時通過第二固定螺栓81與外殼10固定連接，可同時起到其周向和軸向的可靠固定。第一導體連接板40和第二導體連接板41分別位于第二絕緣法蘭21上下兩側，可避免在對壓夾緊過程中，同軸線外編織導體62和中心導體64的銅絲束厚度的不確定性，給第一固定螺栓81和第二固定螺栓82的安裝帶來位置偏差。第一絕緣法蘭20、第二絕緣法蘭板21、第三絕緣法蘭22的厚度和隔離距離保證了絕緣距離和機械固定強度，可以避免安裝誤差或者人為干擾下的電氣短路或者擊穿。第一導體連接板40和第二導體連接板41的連接臂長度短，累積總電磁力小，同時在第三絕緣法蘭板22的卡槽223限位保護下，確保不會變形過大，影響連接強度和效果。固定外殼10的較長的同軸線通線孔101，可以減小安裝走線過程中，同軸線60的彎曲力，對轉接頭內部電氣連接部分安裝精度的破壞。轉接頭內部電氣連接部分，通過兩根第三固定螺栓82，實現對所需連接的負載的兩個單芯線接線端70的電氣連接和機械固定，匹配要求低，可方便地安裝到各種磁體設備上。通過外殼10凸緣上的螺栓孔105，可方便地通過螺栓連接，將轉接頭安裝固定到磁體設備上。該轉接頭裝置內部同軸線電氣連接部分，采用法蘭對壓同軸線的銅絲線束，通過擰緊四個第一固定螺栓80施加壓力，同軸線60的外編織導體62和中心導體64的銅絲束分別被第一導體法蘭30、第二導體法蘭31和第一導體連接板40和第二導體連接板41夾緊。導體連接板的軸向固定通過四個第一固定螺栓80的夾緊力，夾緊配合面為平面，面積大，安裝時對零件誤差不敏感，導體連接板上電磁力小，夾緊力大，電接觸性能和機械固定強度足夠。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和`原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，包括依次串接在同軸線(60)上的第一絕緣法蘭(20)、第一導體法蘭(30)、第一導體連接板(40)、第二絕緣法蘭(21)、第二導體連接板(41)、第二導體法蘭(31)和第三絕緣法蘭(22);所述第一導體連接板(40)的連接臂(403)和所述第二導體連接板(41)的連接臂(413)分別位于所述第二絕緣法蘭(21)相對的兩側； 剝去外絕緣層的同軸線(60)依次穿過所述第一絕緣法蘭(20)的通線孔(202)、第一導體法蘭(30)的通線孔(302); 所述同軸線(60)的外編織導體(62)的銅絲束周向分散并被所述第一導體法蘭(30)和第一導體連接板(40)對壓夾緊；所述同軸線(60)的內絕緣層(63)和中心導體(64)依次穿過第一導體連接板(40)的通線孔(402)、第二絕緣法蘭(21)的通線孔(212)和第二導體連接板(41)的通線孔(412)，所述同軸線(60)的中心導體(64)的銅絲束周向分散并依次被第二導體法蘭(31)和第二導體連接板(41)對壓夾緊；第三絕緣法蘭(22)中相對分布的兩個卡槽(223)分別卡入第一導體連接板(40)的連接臂(403)和第二導體連接板(41)的連接臂(413)； 工作時，電流從同軸線的外編織導體流入，通過第一導體連接板將電流傳導至一根單芯線；電流經負載后由另一根單芯線將所述電流傳導至第二導體連接板，并經同軸線的中心導體流回電源。
2.如權利要求1所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述單芯線同軸線轉接頭還包括用于提供支撐和固定且起電氣絕緣作用的外殼(10 )。
3.如權利要求2所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述單芯線同軸線轉接頭還包括第一固定螺栓(80)，第二固定螺栓(81)和第三固定螺栓(82)； 所述第一固定螺栓(80)用于將第一絕緣法蘭(20)、第一導體法蘭(30)、第一導體連接板(40)、第二絕緣法蘭(21)、第二導體連接板(41)、第二導體法蘭(31)和第三絕緣法蘭(22)固定連接，并通過所述第一固定螺栓(80)施加夾緊力； 所述第二固定螺栓(81)用于穿過所述外殼(10)兩側壁上的光孔(103)和第二絕緣法蘭(21)的螺紋孔(213)并將所述外殼(10)和所述第二絕緣法蘭(21)連接； 所述第三固定螺栓(82)用于穿過第一導體連接板(40)上的光孔(404)、第二導體連接板(41)上的光孔(414)和兩根單芯線(70)的光孔并將第一導體連接板(40)、第二導體連接板(41)和兩根單芯線(70)連接。
4.如權利要求1所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一絕緣法蘭(20)、第二絕緣法蘭(21)和第三絕緣法蘭(22)的材料為環氧樹脂合成材料、塑料或玻璃。
5.如權利要求4所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一絕緣法蘭(20)為方形，第二絕緣法蘭(21)為I字形，第三絕緣法蘭(22)為圓形，兩個卡槽關于圓心對稱分布。
6.如權利要求1所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一導體法蘭(30)和第二導體法蘭(31)的材料為銅、鋁、銀或者合金材料。
7.如權利要求6所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一導體法蘭(30)和第二導體法蘭(31)為方形。
8.如權利要求1所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一導體連接板(40)和第二導體連接板(41)為銅、鋁、銀或者合金材料。
9.如權利要求8所述的單芯線同軸線轉接頭，其特征在于，所述第一導體連接板(40)和第二導體連接板(41)的電接觸面為方形。
全文摘要
本發明公開了一種單芯線同軸線轉接頭，包括依次串接在同軸線上的第一絕緣法蘭、第一導體法蘭、第一導體連接板、第二絕緣法蘭、第二導體連接板、第二導體法蘭和第三絕緣法蘭；第一導體連接板的連接臂和第二導體連接板的連接臂分別位于第二絕緣法蘭相對的兩側；同軸線的外編織導體的銅絲束周向分散并被第一導體法蘭和第一導體連接板對壓夾緊；同軸線的中心導體的銅絲束周向分散并被第二導體法蘭和第二導體連接板對壓夾緊；工作時，電流從同軸線的外編織導體流入，通過第一導體連接板將電流傳導至一根單芯線；電流經負載后由另一根單芯線將所述電流傳導至第二導體連接板，并經同軸線的中心導體流回電源。
文檔編號H01R9/05GK103050794SQ20121055193
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月18日 優先權日2012年12月18日
發明者丁永華, 李全林, 饒波, 王維軍 申請人:華中科技大學