[发明专利]一种仿星器线圈结构的优化方法

说明书

本发明提出一种仿星器线圈结构的优化方法，通过对仿星器线圈构建线圈三维模型，然后对其离散化分析以及构建离散化单元面，并对每个单元面逐个旋转，以便调整面扭曲率的方式，实现了对线圈三维模型的优化。在得到优化后的线圈三维模型后，又以此为基础，对成型模具进行仿形加工，此时加工出的成型环槽模型与优化后的线圈三维模型一直，能后保证成型环槽模型的内侧面和外侧面均与地面呈90°夹角，这样就能实现模具的一体化加工，从而提高模具的制造精度，在模具的制造精度提高的情况下，依靠模具所绕制成型的仿星器线圈尺寸精度也将得到提高。

技术领域

本发明涉及物理工程技术领域，具体涉及一种仿星器线圈结构的优化方法。

背景技术

仿星器线圈应用于磁约束核聚变装置—仿星器中，为多股线圈体绕制构成的结构，其总体结构为环形体，并且由于线圈的四个面都为不规则异形曲面，所以存在较大的制造难度。目前通常在成型模具上进行多股线圈体绕制成型，这样就需要在模具顶端开设成型环槽，并将多股线圈体填充成型环槽内绕制成型，这样就对模具的成型环槽模型加工提出了较高的要求，通常要求加工精度在0.05mm以内。

但是由于仿星器线圈底部和侧边的异形曲面是不规则的，故成型模具的成型环槽为了严格的贴合于仿星器线圈轮廓面，可能就会出现成型环槽的内侧面与底面、或者外侧面与底面之间的夹角小于90°的情况，而对于夹角小于90°的槽体加工由于刀具干涉的原因无法实现一体化加工，故必须将成型环槽两侧的外侧板和内侧板分开加工后再进行组装成型，这样由于安装或者二次装夹等原因就会出现较大的制造误差，从而降低成型模具的制造精度，进而降低依靠成型模具绕制成型的仿星器线圈的尺寸精度。故针对现有技术制造方式存在的问题，如何能够提高仿星器线圈成型后的尺寸精度，是一个有待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种仿星器线圈结构的优化方法，通过对仿星器线圈构建线圈三维模型，然后对其离散化分析以及构建离散化单元面，并对每个单元面逐个旋转，以便调整面扭曲率的方式，实现了对线圈三维模型的优化。在得到优化后的线圈三维模型后，又以此为基础，对成型模具进行仿形加工，此时加工出的成型环槽与优化后的线圈三维模型一致，能保证成型环槽的内侧面和外侧面均与底面呈90°夹角，这样就能实现模具的一体化加工，从而提高模具的制造精度，在模具的制造精度提高的情况下，依靠模具所绕制成型的仿星器线圈的尺寸精度也将得到提高。

本发明通过下述技术方案实现：

一种仿星器线圈结构的优化方法，包括如下步骤：

步骤S100：模型优化阶段；具体包括：

步骤S110：基于仿星器线圈构建线圈三维模型；仿星器线圈为闭环结构的连续体；线圈三维模型与仿星器线圈形状一致；

步骤S120：对线圈三维模型进行离散化分析，具体为将线圈三维模型拆分成若干截面大小一致的离散单元面；若干离散单元面叠加组合构成线圈三维模型；

步骤S130：构建线圈三维模型包括两两垂直的X轴、Y轴和Z轴以及空间圆心O的空间坐标系；空间圆心O位于线圈三维模型的环内，Z轴和Y轴分别指向线圈三维模型的环面；在各离散单元面上构建包括相互垂直的v轴和u轴以及平面圆心r_G的平面坐标系，并且u轴指向线圈三维模型的环面；

步骤S140：定义离散单元面相对于线圈三维模型面扭转率i，具体为：首先将Z轴和v轴的夹角设为β；然后对面扭转率i进行计算，面扭转率i=cosβ；

步骤S150：进行各离散单元面的面扭转优化，具体为将各离散单元面于所在平面内旋转，直至β转至90°，进而使面扭转率i =0，最终使线圈三维模型得到扭转优化。

进一步的，上述一种仿星器线圈结构的优化方法，还包括如下步骤：

步骤S200：线圈模具模型建立阶段；具体包括：