專利名稱：一種高溫超導(dǎo)電感及其制備方法及其在高壓源中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高Q值高溫超導(dǎo)電感，及其制備方法，及其在高溫超導(dǎo)諧振高壓源中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
由于利用普通銅線繞制的電感具有較高的內(nèi)阻，在諧振電路中，限制了電路的Q值，而在實(shí)際電路中無法形成較高的高壓。高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展，已可生產(chǎn)纏繞性較好的長導(dǎo)線。利用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，可以設(shè)計(jì)制作具有高Q值的電感。應(yīng)用高溫超導(dǎo)電感，可以簡單實(shí)現(xiàn)高Q值的諧振電路和產(chǎn)生高壓。
公開號(hào)為CN1725612A，名為“一種高電壓發(fā)生裝置”的發(fā)明專利，公開了一種主要利用低壓直流電源和R-C-L串聯(lián)諧振電路來產(chǎn)生高電壓的裝置。但該專利技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)，由于高溫超導(dǎo)電感絕緣強(qiáng)度的限制，在簡單諧振電路中，無法實(shí)際取得任意高的電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備可行并且操作簡便的利用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線制備的高Q值高溫超導(dǎo)電感，及其制備方法，以及將制得的高溫超導(dǎo)電感應(yīng)用于由低壓電源、諧振電路和可控高壓開關(guān)、以及壘砌式充電電容構(gòu)成的一種可產(chǎn)生無限高壓的高溫超導(dǎo)諧振高壓源中。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種具有高Q值的高溫超導(dǎo)電感，其線圈由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線構(gòu)成，其線圈為螺線管式纏繞，纏繞層數(shù)為大于一層或等于一層；或由大于等于一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)組合而成；或由大于等于一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)組合而成；或由大于等于一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(7)和大于等于一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(6)串聯(lián)組合而成。
所述高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是具有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯或單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線等；高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以單根使用或多根并聯(lián)使用。具有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線等；具有金屬包套結(jié)構(gòu)的單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線等；基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線可以是Y1Ba2Cu3O7-x/基體等。
幾種可供實(shí)際選用的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x(Tc～110K)或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x(Tc～85K)金屬包套導(dǎo)線，也即Bi(Pb)SrCaCuO(Bi-2223/Ag或Bi-2212/Ag)鉍系套銀導(dǎo)線。其導(dǎo)線結(jié)構(gòu)為單芯或多芯帶狀導(dǎo)線(通常截面如～3mm×0.3mm)。多芯導(dǎo)線具有更好的實(shí)用特性，具有很高的臨界工程電流密度Je～104Acm2-77K。(2)釔系鍍膜導(dǎo)線-Y1Ba2Cu3O7-x/基體，即Y-123/基體(Tc～92K)鍍膜導(dǎo)線。其主要基本制備工藝有兩種(IBAD技術(shù))在基帶(襯底)上的隔離層上鍍膜的超導(dǎo)導(dǎo)線；(RABiTS技術(shù))在輥軋輔助雙軸織構(gòu)襯底(Ni)上鍍膜的超導(dǎo)導(dǎo)線。這類導(dǎo)線具有比(1)更高的臨界電流密度，Je～105A/cm2-77K。(3)二硼化鎂金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線-MgB2(Tc～39K)。這種導(dǎo)線的運(yùn)行需要較低的溫度，如利用液氫冷卻方案。
所述高溫超導(dǎo)導(dǎo)線外有絕緣帶纏繞包裹，或在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的上方或下方加有絕緣帶，或高溫超導(dǎo)導(dǎo)線表面涂有絕緣漆。所述絕緣帶可以是開普頓薄膜帶，或附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶，或玻璃纖維帶等。所述高溫超導(dǎo)電感的線圈由加有絕緣帶的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制在線圈骨架上，線圈骨架的材質(zhì)可以是電木，或聚酯纖維，或尼龍等。當(dāng)絕緣帶采用附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶時(shí)，高溫超導(dǎo)電感的線圈是經(jīng)過真空高溫處理的線圈；當(dāng)絕緣帶采用開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶時(shí)，高溫超導(dǎo)電感的線圈是經(jīng)過樹脂或清漆浸泡處理的線圈。
所述高溫超導(dǎo)電感具有高溫超導(dǎo)電感電流引線，由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線單線或多根單線并聯(lián)構(gòu)成，用于高溫超導(dǎo)電感與常溫接線端間的連接，目的是減少電感系統(tǒng)的熱損耗和電阻；制備所述高溫超導(dǎo)電感電流引線應(yīng)選用具有低導(dǎo)熱率和高臨界電流的材質(zhì)，其臨界電流應(yīng)大于所述高溫超導(dǎo)電感的臨界電流。
所述高溫超導(dǎo)電感的制備方法為選取上述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，用于制備高溫超導(dǎo)電感的線圈。將選取的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線進(jìn)行絕緣處理，可以采用絕緣帶纏繞包裹的方式，或在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的上方或下方加入絕緣帶，或?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)導(dǎo)線進(jìn)行表面絕緣漆涂抹等。所述絕緣帶可以是開普頓薄膜帶，或附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶，或玻璃纖維帶等；還可以采用漆包絕緣線，或紗包漆線等作為絕緣處理材料。將經(jīng)絕緣處理后的所述高溫超導(dǎo)導(dǎo)線進(jìn)行繞制，即將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線以螺線管或單餅式或多餅式結(jié)構(gòu)，纏繞在線圈骨架上，得到螺線管式線圈，或由單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元構(gòu)成的線圈，或由雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元構(gòu)成的線圈，或由單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元和雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元構(gòu)成的線圈。雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元的繞制方法為，利用已絕緣處理的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，以中點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，在不折斷高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的條件下，反向纏繞，形成等效于兩個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)的雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元，并在兩餅間加入絕緣層。雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元相對(duì)于單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元的優(yōu)點(diǎn)為，由于兩餅之間為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線連接，所以比兩個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元之間的連接減小了電阻，進(jìn)而減少了多單元組合連接中的電阻接點(diǎn)。所述繞制方式可以是手工方式、或利用自動(dòng)或手動(dòng)繞線機(jī)繞制等，其中線圈骨架的材質(zhì)可以是電木，或聚酯纖維，或尼龍等。當(dāng)所述絕緣帶采用附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶時(shí)，對(duì)所述高溫超導(dǎo)導(dǎo)線進(jìn)行所述絕緣處理后，將所述繞制好的高溫超導(dǎo)電感的線圈或單元線圈進(jìn)行真空高溫處理，取得良好的線間絕緣和線圈整體固化的效果；當(dāng)所述絕緣帶采用開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶時(shí)，對(duì)所述高溫超導(dǎo)導(dǎo)線進(jìn)行所述絕緣處理后，將所述繞制好的高溫超導(dǎo)電感的線圈或單元線圈進(jìn)行樹脂或清漆浸泡處理，形成線圈絕緣和整體固化的效果。經(jīng)上述固化處理后，得到所述高溫超導(dǎo)電感。綜上，利用自動(dòng)或手動(dòng)繞線機(jī)、或手工方式，將經(jīng)絕緣處理后的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，以螺線管或單餅式或雙餅式結(jié)構(gòu)，纏繞在線圈骨架上，再經(jīng)固化處理，形成所述高溫超導(dǎo)電感。
將一個(gè)所述高溫超導(dǎo)電感與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)方波脈沖源，一個(gè)電阻，n(n＞1)個(gè)充電電容，兩組電子開關(guān)，每組分別有n個(gè)電子開關(guān)，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源的正端與電阻、高溫超導(dǎo)電感串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組的一端與高溫超導(dǎo)電感串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)中的第一位開關(guān)的另一端接第n個(gè)充電電容的兩端，第二位開關(guān)的另一端接第n-1個(gè)充電電容的兩端......第n位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容的兩端；利用所述高溫超導(dǎo)電感構(gòu)成高Q值L-C電路串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生高壓，再利用壘砌方式進(jìn)行高壓疊加，形成無限高壓源。當(dāng)電流為零值時(shí)，電容電壓獲最大值。電流檢測(cè)與控制電路監(jiān)測(cè)電流的變化，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)斷開開關(guān)，此時(shí)電容電壓為最大值，全部能量轉(zhuǎn)化為電容電壓。接著先是兩組開關(guān)的第一位開啟，第n個(gè)充電電容接入L-C回路中，電流檢測(cè)與控制電路監(jiān)測(cè)電流的變化，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)兩組開關(guān)的第一位同步關(guān)斷，在第n個(gè)充電電容上獲得電壓VC1；再兩組開關(guān)的第二位開啟，第n-1個(gè)充電電容接入L-C回路中，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)兩組開關(guān)的第二位同步關(guān)斷，在第n-1個(gè)充電電容上獲得電壓VC2；......。以此便可獲得總電壓為V＝V1+V2+....+Vn，增加電子開關(guān)和充電電容的數(shù)量可獲得任意高的電壓。
或者將一個(gè)所述高溫超導(dǎo)電感與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)方波脈沖源，一個(gè)電阻，充電電容數(shù)量大于1個(gè)、無上限，兩組電子開關(guān)，每組分別有電子開關(guān)的數(shù)量和充電電容的數(shù)量相等，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源的正端與電阻、高溫超導(dǎo)電感串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組的一端與高溫超導(dǎo)電感串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)中的第一位開關(guān)的另一端接最后一個(gè)充電電容的兩端，第二位開關(guān)的另一端接倒數(shù)第二個(gè)充電電容的兩端......最后一位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容的兩端；利用所述高溫超導(dǎo)電感構(gòu)成高Q值L-C電路串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生高壓，再利用壘砌方式進(jìn)行高壓疊加，形成無限高壓源。當(dāng)電流為零值時(shí)，電容電壓獲最大值。電流檢測(cè)與控制電路監(jiān)測(cè)電流的變化，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)斷開開關(guān)，此時(shí)電容電壓為最大值，全部能量轉(zhuǎn)化為電容電壓。接著先是兩組開關(guān)的第一位開啟，最后一個(gè)充電電容接入L-C回路中，電流檢測(cè)與控制電路監(jiān)測(cè)電流的變化，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)兩組開關(guān)的第一位同步關(guān)斷，在最后一個(gè)充電電容上獲得電壓VC1；再兩組開關(guān)的第二位開啟，倒數(shù)第二個(gè)充電電容接入L-C回路中，當(dāng)電流為正斜率零值時(shí)兩組開關(guān)的第二位同步關(guān)斷，在倒數(shù)第二個(gè)充電電容上獲得電壓VC2；......。以此便可獲得總電壓為V＝V1+V2+....…+Vn，增加電子開關(guān)和充電電容的數(shù)量可獲得任意高的電壓。
利用電流檢測(cè)與控制電路對(duì)充電電容電壓實(shí)現(xiàn)任意獲取，理論上可得到無限高的電壓和電流。其中，充電電容的數(shù)量可按所需產(chǎn)生的電壓設(shè)定，一般而言，所要求的電壓越高，充電電容數(shù)量越多?？刂齐娐凡捎脝纹瑱C(jī)控制，利用高溫超導(dǎo)諧振高壓源初端控制器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生壘砌所需的基本電壓。利用所述高溫超導(dǎo)電感和壘砌電壓疊加技術(shù)制備的所述高溫超導(dǎo)諧振高壓源可用于需要極高電壓的任意情況，例如可用于電力設(shè)備絕緣材料局部放電測(cè)試，電氣材料和電子元件絕緣性檢測(cè)；或作為一種磁體、電感線圈、或電容的充電電源；或用于與電子線路或高溫超導(dǎo)相關(guān)的教學(xué)試驗(yàn)演示等。
所述高溫超導(dǎo)電感在使用時(shí)，除采用MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線作為所述高溫超導(dǎo)電感的線圈外，將所述高溫超導(dǎo)電感置于杜瓦低溫箱中，采用制冷液冷卻，或制冷機(jī)冷卻；所述杜瓦低溫箱具有真空絕熱夾層，所述杜瓦低溫箱的材質(zhì)可以是非金屬玻璃鋼(即玻璃纖維與環(huán)氧樹脂的復(fù)合物)，或不銹鋼等；所述制冷液為沸點(diǎn)低于高溫超導(dǎo)臨界溫度的任何制冷液體，可以是液氮，或液氫，或液氖，或液氬等。當(dāng)采用制冷液冷卻時(shí)，杜瓦低溫箱中裝有制冷液，所述高溫超導(dǎo)電感在杜瓦低溫箱中被制冷液包圍；當(dāng)采用制冷機(jī)冷卻時(shí)，杜瓦低溫箱中裝制冷液的空間成為真空室?；蛘咚龈邷爻瑢?dǎo)電感置于加有絕熱內(nèi)襯的液氮罐中冷卻，所述液氮罐的外殼的材質(zhì)可以是玻璃鋼或不銹鋼等，絕熱內(nèi)襯的材質(zhì)可以是高密度泡沫塑料等，所述液氮罐中裝有液氮作為制冷液，所述高溫超導(dǎo)電感在液氮罐中被液氮包圍。當(dāng)采用MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線作為所述高溫超導(dǎo)電感的線圈時(shí)，所述高溫超導(dǎo)電感置于杜瓦低溫箱中，采用液氫冷卻，或制冷機(jī)冷卻。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是利用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線制備高Q值的高溫超導(dǎo)電感，制備可行、操作簡便，將其應(yīng)用于所述高溫超導(dǎo)諧振源中，再配合利用壘砌電壓疊加方法，可產(chǎn)生無限高幅值電壓及電流。


圖1是高溫超導(dǎo)導(dǎo)線采用絕緣帶纏繞包裹的方式進(jìn)行絕緣處理的示意圖。
圖2是在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的上方加入絕緣帶進(jìn)行平鋪絕緣處理的示意圖。
圖3是在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的下方加入絕緣帶進(jìn)行平鋪絕緣處理的示意圖。
圖4是按多層螺線管方式纏繞線圈制備的高溫超導(dǎo)電感的示意圖。
圖5是單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元的俯視和剖面示意圖。
圖6是雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元的俯視和剖面示意圖。
圖7是高溫超導(dǎo)電感制冷液冷卻原理圖。
圖8是高溫超導(dǎo)電感制冷機(jī)冷卻原理圖。
圖9是高溫超導(dǎo)電感利用液氮罐冷卻原理圖。
圖10是高溫超導(dǎo)電感應(yīng)用于高溫超導(dǎo)諧振高壓源中無限高壓獲取實(shí)施的原理圖。
圖11是高溫超導(dǎo)電感應(yīng)用于高溫超導(dǎo)諧振高壓源中輸出電壓與時(shí)間的關(guān)系示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)如下1高溫超導(dǎo)導(dǎo)線 2絕緣帶3線圈骨架 4高溫超導(dǎo)電感電流引線5杜瓦低溫箱 6單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元 8制冷機(jī)9真空絕熱夾層 10制冷液11真空室 12外殼13絕熱內(nèi)襯L高溫超導(dǎo)電感us方波脈沖源 R電阻S1、S2兩組電子開關(guān)C1、C2...C88個(gè)充電電容其中圖10中t1......t8分別表示電子開關(guān)作用的次數(shù)，V1......V8分別表示電子開關(guān)作用后的輸出電壓增加的倍數(shù)關(guān)系示意。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1如圖1、圖4、圖8、圖10、圖11所示。選取利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x(Tc～110K)多芯金屬包套導(dǎo)線單根使用作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行絕緣處理，用絕緣帶2纏繞包裹，該絕緣帶2為附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶。將該絕緣處理后的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1利用自動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行繞制，即在線圈骨架3上進(jìn)行螺線管式纏繞，共纏繞3層；該線圈骨架3的材質(zhì)為電木。將繞制后的線圈進(jìn)行真空高溫處理，即固化處理，然后得到所述高溫超導(dǎo)電感L的線圈。所制得的高溫超導(dǎo)電感L具有高溫超導(dǎo)電感電流引線4，由1根高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1單線構(gòu)成，用于高溫超導(dǎo)電感L與常溫接線端間的連接。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷機(jī)8進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是真空室11；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為非金屬玻璃鋼，具有真空絕熱夾層9。
將一個(gè)所制得的331毫亨的高溫超導(dǎo)電感L與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)電壓為10伏的方波脈沖源us，一個(gè)電阻值為400歐姆的電阻R，220納法的充電電容共8個(gè)C1、C2...C8，兩組電子開關(guān)S1、S2，每組分別有8個(gè)電子開關(guān)，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源us的正端與電阻R、高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組S2的一端與高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組S1的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)S1、S2中的第一位開關(guān)的另一端接第8個(gè)充電電容C8的兩端，第二位開關(guān)的另一端接第7個(gè)充電電容C7的兩端......第8位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容C1的兩端；該高溫超導(dǎo)諧振高壓源所構(gòu)成的電路的諧振頻率為f0=12πLC=589.79]]>赫，諧振時(shí)單個(gè)充電電容的電壓可產(chǎn)生5000伏的高壓，采用8個(gè)充電電容C1、C2...C8壘砌的方法，可在輸出端得到40千伏以上的高壓。
實(shí)施例2如圖1、圖4、圖7、圖10、圖11所示。與實(shí)施例1相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于選取利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x(Tc～110K)單芯金屬包套導(dǎo)線作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將絕緣處理后的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1利用自動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行繞制，即在線圈骨架3上進(jìn)行螺線管式纏繞，共纏繞1層。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷液10進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是液氬；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為非金屬玻璃鋼，具有真空絕熱夾層9。
將所制得的高溫超導(dǎo)電感L應(yīng)用于高溫超導(dǎo)諧振高壓源中，該高溫超導(dǎo)諧振高壓源中的方波脈沖源us的內(nèi)阻為0.33歐姆，則諧振時(shí)單個(gè)充電電容的端電壓可達(dá)到47千伏，采用8個(gè)充電電容C1、C2...C8壘砌的方法，可在輸出端得到376千伏的高壓。
實(shí)施例3
如圖2、圖6、圖7所示。選取利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x(Tc～85K)多芯金屬包套導(dǎo)線三根并聯(lián)使用作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行絕緣處理，即在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1的上方加入絕緣帶2，該絕緣帶2為開普頓薄膜帶。該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1的繞制利用手動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行，在線圈骨架3上進(jìn)行雙餅式纏繞，即利用已絕緣處理的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1，以中點(diǎn)為對(duì)稱點(diǎn)，在不折斷高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1的條件下，反向纏繞，形成等效于兩個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6串聯(lián)的雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7，并在兩餅間加入絕緣層；一共繞制2個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7，它們串聯(lián)組合形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈；該線圈骨架3的材質(zhì)為聚酯纖維。將繞制后的線圈進(jìn)行樹脂浸泡處理，即固化處理，然后得到所述高溫超導(dǎo)電感L的線圈。所制得的高溫超導(dǎo)電感L具有高溫超導(dǎo)電感電流引線4，由2根高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1單線并聯(lián)構(gòu)成，用于高溫超導(dǎo)電感L與常溫接線端間的連接。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷液10進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是液氮；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為不銹鋼，具有真空絕熱夾層9。
將一個(gè)所制得的331毫亨的高溫超導(dǎo)電感L與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)電壓為10伏的方波脈沖源us，一個(gè)電阻值為400歐姆的電阻R，220納法的充電電容共6個(gè)C1、C2...C6，兩組電子開關(guān)S1、S2，每組分別有6個(gè)電子開關(guān)，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源us的正端與電阻R、高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組S2的一端與高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組S1的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)S1、S2中的第一位開關(guān)的另一端接第6個(gè)充電電容C6的兩端，第二位開關(guān)的另一端接第5個(gè)充電電容C5的兩端......第6位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容C1的兩端；該高溫超導(dǎo)諧振高壓源所構(gòu)成的電路的諧振頻率為f0=12πLC=589.79]]>赫，諧振時(shí)單個(gè)充電電容的電壓可產(chǎn)生5000伏的高壓，采用6個(gè)充電電容C1、C2...C6壘砌的方法，可在輸出端得到30千伏以上的高壓。
實(shí)施例4如圖6、圖7所示。與實(shí)施例3相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于選取利用粉末裝管技術(shù)制備的(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x(Tc～85K)單芯金屬包套導(dǎo)線作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行絕緣處理，即對(duì)高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行表面絕緣漆涂抹。該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1的繞制利用手動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行，在線圈骨架3上進(jìn)行雙餅式纏繞，一共繞制1個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈。將繞制后的線圈進(jìn)行清漆浸泡處理。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是液氖。
實(shí)施例5如圖3、圖5、圖9所示。選取利用IBAD技術(shù)，即在基帶(襯底)上的隔離層上鍍膜，制備的鍍膜導(dǎo)線-Y1Ba2Cu3O7-x/基體，即Y-123/基體(Tc～92K)鍍膜超導(dǎo)導(dǎo)線2根并聯(lián)使用作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行絕緣處理，即在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1的下方加入絕緣帶2，該絕緣帶2為玻璃纖維帶。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行手工繞制，在線圈骨架3上進(jìn)行單餅式纏繞，形成單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6；一共繞制5個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6，它們串聯(lián)組合形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈；該線圈骨架3的材質(zhì)為尼龍。將繞制后的線圈進(jìn)行樹脂浸泡處理，即固化處理，然后得到所述高溫超導(dǎo)電感L的線圈。所制得的高溫超導(dǎo)電感L具有高溫超導(dǎo)電感電流引線4，由2根高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1單線并聯(lián)構(gòu)成，用于高溫超導(dǎo)電感L與常溫接線端間的連接。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于加有絕熱內(nèi)襯13的液氮罐中冷卻，在液氮罐中包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是液氮；其外殼12的材質(zhì)為玻璃鋼，絕熱內(nèi)襯13的材質(zhì)為高密度泡沫塑料。
將一個(gè)所制得的331毫亨的高溫超導(dǎo)電感L與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)電壓為10伏的方波脈沖源us，一個(gè)電阻值為400歐姆的電阻R，220納法的充電電容共4個(gè)C1、C2、C3、C4，兩組電子開關(guān)S1、S2，每組分別有4個(gè)電子開關(guān)，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源us的正端與電阻R、高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組S2的一端與高溫超導(dǎo)電感L串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組S1的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)s1、s2中的第一位開關(guān)的另一端接第4個(gè)充電電容c4的兩端，第二位開關(guān)的另一端接第3個(gè)充電電容C3的兩端......第4位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容C1的兩端；該高溫超導(dǎo)諧振高壓源所構(gòu)成的電路的諧振頻率為f0=12πLC=589.79]]>赫，諧振時(shí)單個(gè)充電電容可產(chǎn)生5000伏的高壓，采用4個(gè)充電電容C1、C2、C3、C4壘砌的方法，可在輸出端得到20千伏以上的高壓。
實(shí)施例6如圖3、圖5、圖8所示。與實(shí)施例5相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于選取利用RABiTs技術(shù)，即在輥軋輔助雙軸織構(gòu)襯底(Ni)上鍍膜，制備的鍍膜導(dǎo)線-Y1Ba2Cu3O7-x/基體，即Y-123/基體(Tc～92K)鍍膜超導(dǎo)導(dǎo)線作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1進(jìn)行手工繞制，在線圈骨架3上進(jìn)行單餅式纏繞，一共繞制1個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈。將繞制后的線圈進(jìn)行清漆浸泡處理。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于加有絕熱內(nèi)襯13的液氮罐中冷卻，其外殼12的材質(zhì)為不銹鋼。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷機(jī)8進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是真空室11；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為非金屬玻璃鋼，具有真空絕熱夾層9。
實(shí)施例7如圖3、圖5、圖6、圖7所示。與實(shí)施例5相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于選取二硼化鎂多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線-MgB2(Tc～39K)作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1在線圈骨架3上進(jìn)行繞制，一共繞制2個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6，和1個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7，它們串聯(lián)組合形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷液10進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是液氫；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為非金屬玻璃鋼，具有真空絕熱夾層9。
實(shí)施例8如圖3、圖5、圖6、圖8所示。與實(shí)施例5相同的地方不再重復(fù)敘述，不同之處在于選取二硼化鎂單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線-MgB2(Tc～39K)作為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1。將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線1在線圈骨架3上進(jìn)行繞制，一共繞制1個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元6，和2個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元7，它們串聯(lián)組合形成高溫超導(dǎo)電感L的線圈。將制得的高溫超導(dǎo)電感L置于杜瓦低溫箱5中，用制冷機(jī)8進(jìn)行冷卻，在杜瓦低溫箱5中，包圍該高溫超導(dǎo)電感L的是真空室11；該杜瓦低溫箱5的材質(zhì)為不銹鋼，具有真空絕熱夾層9。
權(quán)利要求
1.一種高溫超導(dǎo)電感，為具有高Q值的高溫超導(dǎo)電感(L)，其特征在于所述高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈由高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)構(gòu)成，高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈為螺線管式纏繞，纏繞層數(shù)為大于一層或等于一層；或由大于等于一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(6)串聯(lián)組合而成；或由大于等于一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(7)串聯(lián)組合而成；或由大于等于一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(7)和大于等于一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(6)串聯(lián)組合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電感，其特征在于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)是具有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯或單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線；高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)可以單根使用或多根并聯(lián)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)電感，其特征在于所述具有金屬包套結(jié)構(gòu)的多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x多芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線；所述具有金屬包套結(jié)構(gòu)的單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或(Bi，Pb)2Sr2Ca1Cu2O8-x單芯高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線；所述基于鍍膜高溫超導(dǎo)導(dǎo)線工藝制備的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線是Y1Ba2Cu3O7-x/基體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的高溫超導(dǎo)電感，其特征在于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)外有絕緣帶(2)纏繞包裹，或在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)的上方或下方加有絕緣帶(2)，或高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)表面涂有絕緣漆。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫超導(dǎo)電感，其特征在于絕緣帶(2)為開普頓薄膜帶，或附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶，或玻璃纖維帶；高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈由加有絕緣帶(2)的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)繞制在線圈骨架(3)上，線圈骨架(3)的材質(zhì)為電木，或聚酯纖維，或尼龍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)電感，其特征在于當(dāng)絕緣帶(2)采用附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶時(shí)，高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈是經(jīng)過真空高溫處理的線圈；當(dāng)絕緣帶(2)采用玻璃纖維帶時(shí)，高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈是經(jīng)過樹脂或清漆浸泡處理的線圈。
7.如權(quán)利要求6所述的高溫超導(dǎo)電感的制備方法，其特征在于所述高溫超導(dǎo)電感的制備方法步驟如下(一)選取高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)，用于制備高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈；(二)對(duì)選取的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)進(jìn)行絕緣處理，采用絕緣帶(2)纏繞包裹的方式，或在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)纏繞時(shí)，在高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)的上方或下方加入絕緣帶(2)，或?qū)Ω邷爻瑢?dǎo)導(dǎo)線(1)進(jìn)行表面絕緣漆涂抹；(三)對(duì)經(jīng)絕緣處理后的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)進(jìn)行繞制，將該高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(1)以螺線管或單餅式或多餅式結(jié)構(gòu)，纏繞在線圈骨架(3)上，得到螺線管式線圈，或由單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(6)構(gòu)成的線圈，或由雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(7)構(gòu)成的線圈，或由單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(6)和雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元(7)構(gòu)成的線圈；(四)當(dāng)絕緣帶(2)采用附有環(huán)氧樹脂膜的開普頓薄膜帶時(shí)，將繞制好的高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈或單元線圈進(jìn)行真空高溫處理；當(dāng)絕緣帶(2)采用開普頓薄膜帶或玻璃纖維帶時(shí)，將繞制好的高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈或單元線圈進(jìn)行樹脂或清漆浸泡處理；(五)經(jīng)上述固化處理后，得到所述高溫超導(dǎo)電感(L)。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的高溫超導(dǎo)電感應(yīng)用于將一個(gè)高溫超導(dǎo)電感(L)與一個(gè)電流檢測(cè)與控制電路，一個(gè)方波脈沖源(us)，一個(gè)電阻(R)，n(n＞1)個(gè)充電電容(C1、C2...Cn)，兩組電子開關(guān)(S1、S2)，每組分別有n個(gè)電子開關(guān)，共同構(gòu)成高溫超導(dǎo)諧振高壓源；方波脈沖源(us)的正端與電阻(R)、高溫超導(dǎo)電感(L)串聯(lián)，負(fù)端接電流檢測(cè)與控制電路，其中一組電子開關(guān)組(S2)的一端與高溫超導(dǎo)電感(L)串聯(lián)，另一組電子開關(guān)組(S1)的一端與電流檢測(cè)與控制電路串聯(lián)，兩組電子開關(guān)(S1、S2)中的第一位開關(guān)的另一端接第n個(gè)充電電容(Cn)的兩端，第二位開關(guān)的另一端接第n-1個(gè)充電電容(Cn-1)的兩端......第n位開關(guān)的另一端接第一個(gè)充電電容(C1)的兩端；利用高溫超導(dǎo)電感(L)構(gòu)成高Q值L-C電路串聯(lián)諧振電路，產(chǎn)生高壓，再利用壘砌方式進(jìn)行高壓疊加，形成無限高壓源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫超導(dǎo)電感的應(yīng)用，其特征在于所述高溫超導(dǎo)電感(L)在使用時(shí)，除采用MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線作為高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈外，高溫超導(dǎo)電感(L)置于具有真空絕熱夾層(9)的杜瓦低溫箱(5)中，采用制冷液(10)冷卻或制冷機(jī)(8)冷卻，或高溫超導(dǎo)電感(L)置于加有絕熱內(nèi)襯(13)的液氮罐中冷卻；所述制冷液(10)為液氮，或液氫，或液氖，或液氬。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫超導(dǎo)電感的應(yīng)用，其特征在于所述高溫超導(dǎo)電感(L)在使用時(shí)，當(dāng)采用MgB2多芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線，或MgB2單芯金屬包套超導(dǎo)導(dǎo)線作為高溫超導(dǎo)電感(L)的線圈時(shí)，高溫超導(dǎo)電感(L)置于具有真空絕熱夾層(9)的杜瓦低溫箱(5)中，采用制冷機(jī)(8)冷卻，或液氫冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高Q值高溫超導(dǎo)電感，及其制備方法，及其在高溫超導(dǎo)諧振高壓源中的應(yīng)用。所述高溫超導(dǎo)電感的線圈為多層或一層螺線管式纏繞，或由多個(gè)或一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)組合而成，或由多個(gè)或一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)組合而成，或由多個(gè)或一個(gè)雙餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元和多個(gè)或一個(gè)單餅式高溫超導(dǎo)電感線圈單元串聯(lián)組合而成。利用繞線機(jī)或手工方式，將經(jīng)絕緣處理后的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線，以螺線管或單餅式或雙餅式結(jié)構(gòu)，纏繞在線圈骨架上，再經(jīng)固化處理，制得所述高溫超導(dǎo)電感。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備可行、操作簡便，將其應(yīng)用于高溫超導(dǎo)諧振高壓源中，再配合利用壘砌電壓疊加方法，可產(chǎn)生無限高幅值電壓。
文檔編號(hào)H01F6/06GK101017729SQ20061002271
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2006年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者金建勛, 張長明 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)