[發(fā)明專利]一種平面螺旋線圈繞制工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910216139.2
• 申請(qǐng)日: 2019-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN111724988A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳培;茆雪健;賈振俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01F41/074
• 分類號(hào): H01F41/074;H01F41/077;H01F41/084
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本發(fā)明公開了一種平面螺旋線圈的繞制工藝，傳統(tǒng)的平面螺旋線圈間距大、匝數(shù)少，主要應(yīng)用于集成電路，基于超導(dǎo)重力梯度儀中利用電感變化測(cè)量浮子位移變化的原理，需要一種間距小、匝數(shù)多、平面度高的新型平面螺旋線圈，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一整套用于繞制該新型平面螺旋線圈的夾具，并提供了相應(yīng)的操作流程，其中采用組裝夾具和手動(dòng)操作協(xié)同操作的方式，提高了線圈繞制的穩(wěn)定性與成功率，運(yùn)用了混合低溫環(huán)氧樹脂膠水，使得整個(gè)平面線圈一體成型，解決了受力易變形的問題，機(jī)械繞制的方式會(huì)降低平面螺旋線圈的平面度，通過使用一定結(jié)構(gòu)的夾具，線圈繞制完成的同時(shí)可以進(jìn)行線圈平面壓制，可以保證線圈平面度達(dá)到一定的精度要求，針對(duì)膠水的使用會(huì)導(dǎo)致線圈和夾具粘連的問題，通過液氮浸泡，利用較大溫度變化下的材料收縮，可實(shí)現(xiàn)無幾何形變夾具和線圈的分離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種平面螺旋線圈繞制工藝，它涉及一套繞制線圈的組裝夾具和相應(yīng)的工藝流程，屬于加工工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

應(yīng)用場(chǎng)合的不同對(duì)電感器結(jié)構(gòu)和電感值的要求也不盡相同，為了滿足電路對(duì)電感值的要求和節(jié)省芯片面積，平面螺旋線圈廣泛應(yīng)用于各類集成電路，用作變壓器、磁能轉(zhuǎn)換器、敏感測(cè)量元件等等。此外，位移傳感器廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，根據(jù)不同的敏感原理可分為電容式、電阻式、電感式、光電式等等，其中平面螺旋線圈便是電感式位移傳感器中核心敏感元件。一般的平面線圈有3種實(shí)現(xiàn)方式，即：四邊形、八邊形和圓形，一般場(chǎng)合使用的平面螺旋線圈匝數(shù)只有數(shù)匝，制作工藝有材料基底沉積、激光切割等。平面螺旋線圈的制造主存在以下技術(shù)難點(diǎn)：1)線圈的飛線端與走線端由于需要出線引起線圈變形；2)單獨(dú)的小尺寸平面線圈極易因外界受力而變形，很難進(jìn)行拆卸與二次安裝；3)制作多匝數(shù)的平面螺旋線圈還沒有一個(gè)通用可行且成本較低的工藝。

19世紀(jì)80年代以來，國(guó)內(nèi)外關(guān)于超導(dǎo)重力梯度儀的研究迅速發(fā)展，超導(dǎo)重力梯度儀本質(zhì)上便是一種以平面螺旋線圈為敏感頭的高精度位移傳感器，該儀器中的平面螺旋線圈具有幾何上高度中心對(duì)稱、匝數(shù)多(超過100匝)、高平面度、單匝線徑小(0.1mm～0.15mm)、相鄰匝間距小等特點(diǎn)，因此相對(duì)一般的平面螺旋線圈具有更大的工藝難度。國(guó)內(nèi)對(duì)超導(dǎo)重力梯度儀的研究起步較晚，同時(shí)超導(dǎo)重力梯度儀是一種國(guó)家戰(zhàn)略性科學(xué)技術(shù)，所以相關(guān)公開的資料較少，國(guó)內(nèi)外關(guān)于應(yīng)用于超導(dǎo)重力梯度儀的平面螺旋線圈如何制作的參考資料更是非常稀少，其中，美國(guó)斯坦福大學(xué)Hansen實(shí)驗(yàn)室采用濺射和顯影的方法將鈮鍍?cè)诓ＡЩ咨现谱髁藛卧训钠矫婢€圈；韓國(guó)的Sang Woo Lee等組成的團(tuán)隊(duì)制作并測(cè)試93匝的平面螺旋線圈，但沒有給出具體的線圈制作工藝；近年來，我國(guó)華中科技大學(xué)物理學(xué)院引力中心關(guān)于超導(dǎo)重力梯度儀的研制取得重大進(jìn)展，其設(shè)計(jì)了一整套利用工業(yè)級(jí)繞線機(jī)機(jī)械繞制、低溫膠固定、機(jī)械壓制的平面螺旋線圈制作工藝流程。本發(fā)明為一種制作平面螺旋線圈的手動(dòng)制作方法，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)易的線圈繞制夾具，相對(duì)華中科技大學(xué)過程更加簡(jiǎn)化，可操作性更強(qiáng)，可用于平面螺旋線圈的相關(guān)研究與實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為提供一種簡(jiǎn)易的手動(dòng)繞制平面螺旋線圈的工藝。一般平面螺旋線圈匝數(shù)少，相鄰匝之間間距大，主要應(yīng)用于電子集成電路中，這類平面螺旋線圈電感小，產(chǎn)生的磁場(chǎng)弱。應(yīng)用于超導(dǎo)重力梯度儀中的平面螺旋線圈一方面需要產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，再通過超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)對(duì)懸浮質(zhì)量塊產(chǎn)生克服重力的懸浮力，要求在一定的徑向尺寸限制下平面螺旋線圈的匝數(shù)達(dá)到100匝甚至更多，另一方面由于精密測(cè)量的需求，平面螺旋線圈需要極高的平面度，因而不能用常規(guī)制作工藝制作應(yīng)用于超導(dǎo)重力梯度儀的平面螺旋線圈。

本發(fā)明可以看作由兩部分組成，第一部分為簡(jiǎn)易的、可手動(dòng)操作的繞制平面螺旋線圈的組裝夾具，第二部分為相應(yīng)的線圈繞制操作流程。針對(duì)平面螺旋線圈易受外力變形的特點(diǎn)，選用了TDE80∶固化劑1688＝3∶1的混合環(huán)氧樹脂膠水，繞制前在金屬細(xì)絲上刷上膠水，繞制完成后放在烘干箱中靜置干燥，可實(shí)現(xiàn)平面螺旋線圈的固定成形，且具有一定的強(qiáng)度；針對(duì)飛線端設(shè)置不當(dāng)會(huì)引起線圈變形、影響后續(xù)螺旋繞線的問題，設(shè)計(jì)了一種具有特定結(jié)構(gòu)的固定線圈的陶瓷，并給出了相應(yīng)的飛線端進(jìn)線、成型與定位的操作方式；針對(duì)磨具裝配余量引起平面線圈的平面度變化的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了雙面可用、易分離、可實(shí)現(xiàn)繞制與壓制兩種功能的純鋁材夾具。