一種高溫超導(dǎo)線圈及其繞制工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫超導(dǎo)磁體線圈及其繞制工藝。線圈包括環(huán)氧筒和多層線圈單元，各線圈單元單元均由依次布置的低溫膠層、聚酰亞胺薄膜層和超導(dǎo)帶材層組成。首先將超導(dǎo)線圈的骨架固定好并對(duì)繞制位置做好標(biāo)記，在骨架表面均勻涂抹低溫膠并用聚酰亞胺薄膜纏繞，然后等間距鋪設(shè)聚酰亞胺帶，拉緊固定；準(zhǔn)備好帶材繞線盤之后，將進(jìn)線端固定于骨架表面，均勻密繞一層超導(dǎo)帶材，完成后在帶材表面涂上一層低溫膠，同時(shí)纏繞一層聚酰亞胺薄膜，并將聚酰亞胺帶拉緊、回鋪，重復(fù)以上操作至完成整個(gè)線圈的繞制。本發(fā)明保證了對(duì)超導(dǎo)帶材施加了一定預(yù)應(yīng)力，同時(shí)通過聚酰亞胺薄膜和低溫膠實(shí)現(xiàn)層間絕緣，在充分保證帶材性能的基礎(chǔ)上使得繞制工藝簡(jiǎn)單而有效。
【專利說明】一種高溫超導(dǎo)線圈及其繞制工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)線圈，具體涉及一種高溫超導(dǎo)線圈及其繞制工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，許多城市用電量逐年上升，城市中心區(qū)域的電力負(fù)荷激增，輸配電容量大幅增加，減少電網(wǎng)損耗和提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性等問題也隨之提出。目前電網(wǎng)系統(tǒng)在輸配電環(huán)節(jié)損耗很大，因此各國(guó)都在尋找減少電網(wǎng)損耗方案，其中超導(dǎo)材料是減少電網(wǎng)損耗的最重要方案之一，超導(dǎo)材料具有低損耗、高效率、傳輸電流密度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于未來電力行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。近年來，隨著高溫超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展，高溫超導(dǎo)材料的電磁特性和機(jī)械特性得到了很大的提高，使高溫超導(dǎo)材料能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。超導(dǎo)帶材的商業(yè)化生產(chǎn)促進(jìn)了超導(dǎo)裝置的在全世界的廣泛研究和應(yīng)用。超導(dǎo)線圈是超導(dǎo)裝置的核心，因此超導(dǎo)線圈的繞制工藝幾乎決定了超導(dǎo)裝置的性能的好壞。一個(gè)不合格的超導(dǎo)線圈的繞制工藝會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)線圈裝置的性能大大降低，嚴(yán)重情況下，甚至?xí)?dǎo)致超導(dǎo)線圈的燒毀。
[0003]在高溫超導(dǎo)線圈繞制的過程中，線圈的繞制形式、骨架的選擇、預(yù)應(yīng)力的大小、匝間和層間絕緣的處理以及線圈的固定等繞制工藝都會(huì)影響超導(dǎo)線圈的性能，因而需要確定合適的繞制工藝，以保證超導(dǎo)線圈的電磁特性能夠滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證超導(dǎo)磁體長(zhǎng)期工作的安全穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫超導(dǎo)線圈及其繞制工藝，目的在于保證所繞制的高溫超導(dǎo)線圈具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和工作安全性。
[0005]本發(fā)明提供的一種高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，它包括環(huán)氧筒和多層線圈單元，所述環(huán)氧筒為空心圓筒狀，各層線圈單元層疊套在該環(huán)氧筒的中間區(qū)域，各線圈單元單元均由依次布置的低溫膠層、聚酰亞胺薄膜層和超導(dǎo)帶材層構(gòu)成，各超導(dǎo)帶材層是由同一根或同幾根超導(dǎo)帶材繞制而成，所述聚酰亞胺薄膜層由聚酰亞胺薄膜纏繞層和聚酰亞胺帶層構(gòu)成，該聚酰亞胺帶層由在聚酰亞胺薄膜纏繞層上沿軸線方向等距離布置的幾條聚酰亞胺帶組成。
[0006]本發(fā)明提供的所述高溫超導(dǎo)線圈的繞制工藝，其特征在于，該工藝包括下述過程:
[0007]第I步取環(huán)氧筒的中間為繞線區(qū)域，在繞線區(qū)域涂敷一層低溫膠層；
[0008]第2步將聚酰亞胺薄膜在低溫膠層上纏繞一層，并在接口處用聚酰亞胺膠帶加以連接固定；完成后將聚酰亞胺帶沿軸線方向均勻鋪在環(huán)氧筒表面，拉緊，兩端用聚酰亞胺膠帶固定，構(gòu)成聚酰亞胺薄膜層；
[0009]所述聚酰亞胺帶每層繞制完成后將聚酰亞胺帶折返，在下一層中再回鋪；
[0010]第3步將超導(dǎo)帶材一端用聚酰亞胺膠帶固定在環(huán)氧筒上，然后均勻緊密地繞制一層超導(dǎo)線圈層，在此過程中保證聚酰亞胺帶為拉緊狀態(tài)，即制作完成一層線圈單元；
[0011]第4步在第一層繞制完畢后，將超導(dǎo)帶材用聚酰亞胺膠帶粘貼在骨架上，以避免超導(dǎo)層發(fā)生變形，并為出線頭及電流引線的制作做好準(zhǔn)備，制作完成第一個(gè)線圈單元；
[0012]第5步在最新制作完成的線圈單元上，重復(fù)上述第I步至第3步，直至完成整個(gè)線圈的繞制；
[0013]第6步在最后一層的最后一匝超導(dǎo)帶材出線頭用熱縮套管套住，以便保護(hù)線圈的出線頭，然后將出線端固定在墊高的硬紙條上，并將聚酰亞胺帶回鋪，粘貼在最外層，制作完成最后一個(gè)線圈單元，此外，在帶材表面用聚酰亞胺帶纏繞一層，做好固定并刷絕緣漆，形成外保護(hù)層；
[0014]第7步放入烘干箱中，溫度低于100°C，烘干。
[0015]本發(fā)明采用單根(或雙根)帶材分層繞制，所有超導(dǎo)層均由同一根帶材繞制而成，因此層間無接頭，避免了內(nèi)部接頭故障的問題，只保留最內(nèi)一層第一匝線頭和最外一層最后一匝線頭作為進(jìn)出電流引線接頭。
[0016]本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以采用層繞法，將超導(dǎo)線圈分層繞制，每一層的繞制過程都保證了絕緣與穩(wěn)定性，通過對(duì)帶材半疊包處理，保證匝間絕緣；通過涂刷低溫膠、包裹聚酰亞胺薄膜、將聚酰亞胺帶折返回鋪拉緊，在固定線圈的同時(shí)保證層間絕緣，簡(jiǎn)化了固定以及施加絕緣的工藝復(fù)雜性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為骨架固定聚酰亞胺薄膜示意圖。
[0018]圖2單層線圈繞制過程圖，其中(a)為繞制一層結(jié)果示意圖，(b)為層間絕緣示意圖(引出為部分剖視圖)，(C)為窄帶回鋪示意圖。
[0019]圖3為新層繞制結(jié)果示意圖(引出為部分剖視圖)。
[0020]圖4為線圈總體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明中，繞制線圈需要的帶材量較少時(shí)，采用螺線管線圈方式繞制避免了線圈之間的連接，采用單根帶材(也可為雙根并繞)直接繞制，使繞制過程更為方便且不會(huì)對(duì)帶材帶來?yè)p傷。具體繞制時(shí)采用分層繞制的方式，所選用的超導(dǎo)帶材以聚酰亞胺薄膜半疊包繞，從而保證匝間絕緣；每繞制完成一層線圈時(shí)，層間敷設(shè)一層聚酰亞胺薄膜，用來保證層間絕緣，同時(shí)防止超導(dǎo)層變形、脫落；匝間固定采用低溫膠，每繞制一層，均勻地在超導(dǎo)層上涂刷一層低溫膠；層間固定采用聚酰亞胺薄膜(帶狀)，將聚酰亞胺薄膜沿骨架圓周均勻地分布，每繞制一層，拉緊、回鋪、固定，最后綁扎固定，以確保超導(dǎo)線圈在不浸潰的情況下，能夠較為牢固。
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明在實(shí)施過程中，考慮到環(huán)氧筒I的上端需要留出電流引線的距離，下端需要開孔便于液氮的流通，因而環(huán)氧筒I的上下兩端均預(yù)留出一定的距離。[0024]本發(fā)明實(shí)例的超導(dǎo)線圈采用的超導(dǎo)帶材已通過半疊包方式完成絕緣處理，按照下面的方式進(jìn)行超導(dǎo)線圈的繞制。
[0025]如圖1所示，按照上述要求，取環(huán)氧筒I的中間為繞線區(qū)域，在繞線區(qū)域的邊界做好標(biāo)記后均勻涂上低溫膠，然后將聚酰亞胺薄膜2沿繞線區(qū)域表面纏繞一層，并在接口處用聚酰亞胺膠帶加以連接固定；完成后將8條聚酰亞胺帶4沿軸線方向均勻鋪在環(huán)氧筒I表面，拉緊，兩端用聚酰亞胺膠帶3固定；
[0026]如圖2(a)所示，將超導(dǎo)帶材一端用聚酰亞胺膠帶固定在環(huán)氧筒I上，然后均勻緊密地繞制一層5，在此過程中應(yīng)保證聚酰亞胺帶為拉緊狀態(tài)；
[0027]如圖2(b)所示，在第一層繞制完畢后，將第一匝用聚酰亞胺膠帶粘貼在骨架上，以避免超導(dǎo)層發(fā)生變形，并為出線頭及電流引線的制作做好準(zhǔn)備，同時(shí)在繞制好的單層帶材上用低溫膠6涂刷均勻，然后將聚酰亞胺薄膜2在繞制完畢的超導(dǎo)帶材上均勻纏繞一層，接口處用聚酰亞胺膠帶加以固定；
[0028]如圖2 (C)所示，在完成上述過程后將聚酰亞胺帶4折返、回鋪，同樣沿軸線方向均勻鋪在環(huán)氧筒表面，拉緊保證不松弛，一端用聚酰亞胺膠帶3固定。
[0029]每層的每一根聚酰亞胺帶均是連續(xù)的，為一種往復(fù)折返的形狀，類似一種Z字形，回鋪一次繞一層超導(dǎo)帶材。
[0030]如圖3所示，在上一層線圈的基礎(chǔ)之上，重復(fù)圖1、圖2(a)、(b)所示的操作，繞制第二層超導(dǎo)線圈5，用低溫膠6在帶材上涂刷均勻，并用聚酰亞胺薄膜2纏繞一層；
[0031]重復(fù)圖2(c)所示步驟，將聚酰亞胺帶4回鋪、拉緊、固定；
[0032]重復(fù)以上過程，逐層繞制線圈直至完成整個(gè)線圈的繞制；
[0033]如圖4所示，完成繞制后，最后一層的最后一匝超導(dǎo)帶材出線頭7用熱縮套管8套住，以便保護(hù)線圈的出線頭，然后將出線端固定在墊高的硬紙條9上，并將聚酰亞胺帶回鋪，粘貼在最外層，在帶材表面用聚酰亞胺帶纏繞一層，做好固定并刷絕緣漆，形成外層10保護(hù)，使得超導(dǎo)線圈能夠更好地固定，再將線圈放入烘干箱中，溫度低于100°C，烘干24小時(shí)。
[0034]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，它包括環(huán)氧筒和多層線圈單元，所述環(huán)氧筒為空心圓筒狀，各層線圈單元層疊套在該環(huán)氧筒的中間區(qū)域，各線圈單元單元均由依次布置的低溫膠層、聚酰亞胺薄膜層和超導(dǎo)帶材層組成，各超導(dǎo)帶材層是由同一根或同幾根超導(dǎo)帶材繞制而成，所述聚酰亞胺薄膜層由聚酰亞胺薄膜纏繞層和聚酰亞胺帶層構(gòu)成，該聚酰亞胺帶層由在聚酰亞胺薄膜纏繞層上沿軸線方向等距離布置的幾條聚酰亞胺帶組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，最外層的超導(dǎo)帶材層的超導(dǎo)帶材出線頭套有熱縮套管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，各聚酰亞胺帶層是由連續(xù)的聚酰亞胺帶折返和回鋪形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，最外層線圈單元上還設(shè)有外保護(hù)層，該外保護(hù)層由聚酰亞胺薄膜纏繞層，在該聚酰亞胺薄膜纏繞層沿軸線方向均勻布置的聚酰亞胺帶，以及絕緣漆層構(gòu)成。
5.一種權(quán)利要求1、2或3所述的高溫超導(dǎo)線圈，其特征在于，每條所述的聚酰亞胺帶在各聚酰亞胺薄膜層中均為連續(xù)的。
6.一種權(quán)利要求1所述高溫超導(dǎo)線圈的繞制工藝，其特征在于，該工藝包括下述過程: 第I步取環(huán)氧筒的中間為繞線區(qū)域，在繞線區(qū)域涂敷一層低溫膠層； 第2步將聚酰亞胺薄膜在低溫膠層上纏繞一層，并在接口處用聚酰亞胺膠帶加以連接固定；完成后將聚酰亞胺帶沿軸線方向均勻鋪在環(huán)氧筒表面，拉緊，兩端用聚酰亞胺膠帶固定，構(gòu)成聚酰亞胺薄膜層； 所述聚酰亞胺帶每層繞制完成后將聚酰亞胺帶折返，在下一層中再回鋪； 第3步將超導(dǎo)帶材一端用聚酰亞胺膠帶固定在環(huán)氧筒上，然后均勻緊密地繞制一層超導(dǎo)線圈層，在此過程中保證聚酰亞胺帶為拉緊狀態(tài)，即制作完成一層線圈單元； 第4步在第一層繞制完畢后，將超導(dǎo)帶材用聚酰亞胺膠帶粘貼在骨架上，以避免超導(dǎo)層發(fā)生變形，并為出線頭及電流引線的制作做好準(zhǔn)備，制作完成第一個(gè)線圈單元； 第5步在最新制作完成的線圈單元上，重復(fù)上述第I步至第3步，直至完成整個(gè)線圈的繞制； 第6步在最后一層的最后一匝超導(dǎo)帶材出線頭用熱縮套管套住，以便保護(hù)線圈的出線頭，然后將出線端固定在墊高的硬紙條上，并將聚酰亞胺帶回鋪，粘貼在最外層，制作完成最后一個(gè)線圈單元，此外，在帶材表面用聚酰亞胺帶纏繞一層，做好固定并刷絕緣漆，形成外保護(hù)層； 第7步放入烘干箱中，溫度低于100°C，烘干。
【文檔編號(hào)】H01B12/00GK103714936SQ201310712048
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月21日
【發(fā)明者】王作帥, 任麗, 沈石峰, 董洪達(dá), 趙翔, 唐躍進(jìn), 曹昆南, 宋萌, 胡南南 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院