弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置的制作方法

本发明涉及核聚变，具体涉及一种弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置。

背景技术：

1、托卡马克装置，是一种利用磁场约束等离子体来实现受控核聚变反应的大型科研实验装置，环向场(toroidal field，以下简称tf)线圈是其最关键的子部件之一，它通电后产生强大的环向磁场以约束等离子体。在中大型托卡马克装置中，tf线圈的电流一般在几十到几百ka，属于直流大电流回路，为保证连接可靠性，电源引线和线圈引线之间通常采用夹紧式软连接结构，凭借螺栓的拉紧力以尽可能增大接触面积、减小接触电阻，从而确保柔性导体和硬质铜导体之间具有可靠的电连接。

2、由于托卡马克中的带电粒子的沿垂直方向和极向的多种漂移运动均与环向磁场的方向密切相关，因此为了开展某些特定的对比实验研究，需要在不改变其他实验条件的情况下单独改变环向磁场的方向，也即改变tf线圈中的电流的方向。这一过程需要尽快(在几分钟之内)完成，因为托卡马克装置的真空室内壁的条件(例如表面吸附的气体分子的种类及数量等)是动态变化的，而且壁条件对装置放电的影响很大，不同壁条件下的实验结果很难具有对比意义。

3、但是对于大型装置来说，“将tf线圈的软连接拆开并反向重新安装”这项工作——即使是在多人合作的情况下——也通常需要在几十分钟甚至几个小时才能完成，无法满足开展对比实验的需求。

4、因此急需一种电接触效果好且结构精巧可靠的能够快速完成电流方向切换的装置。

技术实现思路

1、本发明提供一种弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，以解决上述问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种弹性锥面接触结构，由外到内按照外电极板-螺旋弹性笼-接触芯轴的方式同轴成套组合而成，并且所述外电极板的内表面的形状大小与所述螺旋弹性笼的外表面相匹配，所述螺旋弹性笼的内表面的形状大小与所述接触芯轴的外表面相匹配，所述外电极板的两端还分别配有对所述螺旋弹性笼的轴向位移进行限位的大端挡板和小端挡板，所述大端挡板和小端挡板由螺栓固定在所述外电极板的两端。

4、当在外力的作用下，所述接触芯轴沿轴向插入所述螺旋弹性笼的内部时，由于轴向限位、形状匹配、材料弹性等多种因素的作用，外电极板的内表面的与螺旋弹性笼的外表面之间、螺旋弹性笼的内表面与接触芯轴的外表面之间均会形成良好的接触。

5、作为优化，所述外电极板的内表面、螺旋弹性笼的外表面、螺旋弹性笼的内表面、接触芯轴的外表面均为锥面，锥度不小于0.5°。

6、作为优化，所述螺旋弹性笼由管材或柱材经一体化切削加工制造而成。

7、作为优化，所述螺旋弹性笼的材料为银锆铜。

8、作为优化，所述螺旋弹性笼的表面镀有硬金。

9、作为优化，所述接触芯轴的材料为铬锆铜。

10、作为优化，沿所述接触芯轴的轴向方向设置有通孔。

11、本发明还公开了一种托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，包括若干个前述的弹性锥面接触结构以及若干根可移动的连接杆，若干所述弹性锥面接触结构被分成两组，每组包括4个均同轴设置的所述弹性锥面接触结构，其中，同组的4个所述弹性锥面接触结构按照各自的螺旋弹性笼的锥度朝向依次交错并同轴设置，且位于两侧的所述弹性锥面接触结构的螺旋弹性笼的大端朝向内侧，每组内的4个所述弹性锥面接触结构的接触芯轴锥度朝向对应所述螺旋弹性笼交错地同轴固定在一根连接杆上，左右移动所述连接杆可以使得每次都有两个接触芯轴同时与对应的螺旋弹性笼接触，且该两个接触芯轴之间间隔一个接触芯轴。

12、作为优化，两组所述弹性锥面接触结构的外电极板组成了两个外侧外电极板组合和两个中间外电极板组合，每个所述外侧外电极板组合上设置有两个锥度朝向相同但不同轴的螺旋弹性笼，且两个所述外侧外电极板组合上螺旋弹性笼分别对应同轴设置，每个所述外侧外电极板组合的螺旋弹性笼的大端均朝向内侧；

13、两个所述中间外电极板组合均位于两个所述外侧外电极板之间，每个所述中间外电极板组合分别安装有两个锥度朝向相反但同轴的螺旋弹性笼，两个所述中间外电极板组合上的螺旋弹性笼的大端朝向外侧，且两个所述中间电极板组合的螺旋弹性笼分别与任一一个所述外侧外电极板组合的两个螺旋弹性笼对应同轴设置。

14、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

15、针对“中大型托卡马克装置无法快速完成tf线圈电流方向切换，因而无法开展相关的对比实验研究”这一难题，本发明提出了一种弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，该装置能够在几分钟甚至几十秒内就完成连通-断开-反向连通的过程。

技术特征：

1.一种弹性锥面接触结构，其特征在于，由外到内按照外电极板(3)-螺旋弹性笼(1)-接触芯轴(2)的方式同轴成套组合而成，并且所述外电极板(3)的内表面的形状大小与所述螺旋弹性笼(1)的外表面相匹配，所述螺旋弹性笼(1)的内表面的形状大小与所述接触芯轴(2)的外表面相匹配，所述外电极板(3)的两端还分别配有对所述螺旋弹性笼(1)的轴向位移进行限位的大端挡板(5)和小端挡板(4)，所述大端挡板(5)和小端挡板(4)由螺栓固定在所述外电极板(3)的两端。

2.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，所述外电极板(3)的内表面、螺旋弹性笼(1)的外表面、螺旋弹性笼(1)的内表面、接触芯轴(2)的外表面均为锥面，锥度不小于0.5°。

3.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，所述螺旋弹性笼(1)由管材或柱材经一体化切削加工制造而成。

4.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，所述螺旋弹性笼(1)的材料为银锆铜。

5.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，所述螺旋弹性笼(1)的表面镀有硬金。

6.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，所述接触芯轴(2)的材料为铬锆铜。

7.根据权利要求1所述的一种弹性锥面接触结构，其特征在于，沿所述接触芯轴(2)的轴向方向设置有通孔。

8.一种托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，其特征在于，包括若干个权利要求1-7任一所述的一种弹性锥面接触结构以及若干根可移动的连接杆，若干所述弹性锥面接触结构被分成两组，每组包括4个均同轴设置的所述弹性锥面接触结构，其中，同组的4个所述弹性锥面接触结构按照各自的螺旋弹性笼的锥度朝向依次交错并同轴设置，且位于两侧的所述弹性锥面接触结构的螺旋弹性笼的大端朝向内侧，每组内的4个所述弹性锥面接触结构的接触芯轴锥度朝向对应所述螺旋弹性笼交错地同轴固定在一根连接杆上，左右移动所述连接杆可以使得每次都有两个接触芯轴同时与对应的螺旋弹性笼接触，且该两个接触芯轴之间间隔一个接触芯轴。

9.根据权利要求8所述的一种托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，其特征在于，

技术总结本发明涉及核聚变技术领域，公开了一种弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，由外到内按照外电极板‑螺旋弹性笼‑接触芯轴的方式同轴成套组合而成，并且所述外电极板的内表面的形状大小与所述螺旋弹性笼的外表面相匹配，所述螺旋弹性笼的内表面的形状大小与所述接触芯轴的外表面相匹配，所述外电极板的两端还分别配有对所述螺旋弹性笼的轴向位移进行限位的大端挡板和小端挡板，所述大端挡板和小端挡板由螺栓固定在所述外电极板的两端。本发明提出了一种弹性锥面接触结构及托卡马克环向磁场线圈电流换向装置，该装置能够在几分钟甚至几十秒内就完成连通‑断开‑反向连通的过程。技术研发人员：李明,邱银,任青华,刘晓龙,邹晖受保护的技术使用者：核工业西南物理研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11