一種超導(dǎo)組合繞組的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種MgB2線材和YBCO帶材繞制的超導(dǎo)組合繞組；由內(nèi)層超導(dǎo)線圈、內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架、外層超導(dǎo)線圈、外層超導(dǎo)線圈骨架、內(nèi)層線圈上支撐板、內(nèi)層線圈下支撐板、內(nèi)層線圈層間銅板組成，內(nèi)層超導(dǎo)線圈繞制在內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架上，外層超導(dǎo)線圈繞制在外層超導(dǎo)線圈骨架上，內(nèi)層線圈上支撐板和線圈下支撐板分別裝在內(nèi)層超導(dǎo)線圈上部和下部，外層超導(dǎo)線圈骨架下板有一斜槽；MgB2超導(dǎo)材料的價(jià)錢遠(yuǎn)低于YBCO超導(dǎo)帶材，MgB2線材和YBCO帶材繞制的組合繞組可以大大降低單一YBCO繞組的成本，適合應(yīng)用于磁場強(qiáng)度在3-5T的超導(dǎo)磁體上。
【專利說明】一種超導(dǎo)組合繞組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種超導(dǎo)磁體組合線圈，特別涉及一種采用MgB2線材和YBC0帶 材繞制的超導(dǎo)組合繞組。

【背景技術(shù)】
[0002] 采用不同種類超導(dǎo)材料繞制超導(dǎo)組合繞組在強(qiáng)磁場低溫超導(dǎo)磁體領(lǐng)域被廣泛應(yīng) 用。磁場在超導(dǎo)磁體上分布從內(nèi)徑中心到外徑中心逐漸減小。超導(dǎo)組合繞組主要采用兩種 設(shè)計(jì)方案，一是在超導(dǎo)磁體靠近內(nèi)徑部分采用臨界磁場更高的超導(dǎo)材料，磁體靠近外部采 用臨界磁場較低的超導(dǎo)材料，常見的是Nb 3Sn和NbTi的組合繞組；另一種是在超導(dǎo)磁體靠 近內(nèi)徑部分采用截面積較大的超導(dǎo)線材，磁體靠近外部采用截面積較小的超導(dǎo)線材，常見 的是NbTi分層組合繞組。超導(dǎo)組合繞組的目的是通過最大化利用超導(dǎo)材料的載流能力來 降低磁體成本。對(duì)于一般的超導(dǎo)磁體而言，繞組徑向厚度過大會(huì)造成繞組整體冷卻效果下 降和累積應(yīng)力增大，影響磁體運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也增加繞制難度。采用組合繞組嵌套的方 式，內(nèi)層與外層繞組分別繞制后組裝，工藝更簡單同時(shí)也增加了磁體穩(wěn)定性。
[0003] YBC0高溫超導(dǎo)帶材和MgB2超導(dǎo)線材都可以應(yīng)用在4. 2K的液氦溫區(qū)之上，適合于 工作溫區(qū)在10-25K的制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體。利用MgB2超導(dǎo)線材和YBC0高溫超導(dǎo)帶 材可以繞制的應(yīng)用于制冷機(jī)制冷的超導(dǎo)組合繞組。當(dāng)前YBC0超導(dǎo)帶材已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在 許多實(shí)際工程項(xiàng)目中得到一定的應(yīng)用，商業(yè)YBC0超導(dǎo)帶材采用真空沉積法制備，成本高， 且只能加工成帶材規(guī)格。采用粉末裝管法制備MgB 2新型超導(dǎo)材料，價(jià)格便宜，導(dǎo)線易于加 工成各種形狀規(guī)格。目前MgB2新型超導(dǎo)材料主要有線材和帶材兩種形狀規(guī)格。帶材適合 繞制餅式線圈，而線材則適合繞制圓筒式線圈。MgB 2超導(dǎo)線材的臨界電流密度高于MgB2超 導(dǎo)帶材，所以采用MgB2超導(dǎo)線材繞制的線圈體積更小。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 為了有效地降低采用單一 YBC0導(dǎo)體的超導(dǎo)繞組成本以及增強(qiáng)磁體的穩(wěn)定性，本 實(shí)用新型提出一種MgB2超導(dǎo)線材和YBC0超導(dǎo)帶材繞制的組合繞組。組合繞組內(nèi)部磁場較 高，采用YBC0超導(dǎo)帶材繞制；外部磁場較低，采用MgB 2超導(dǎo)線材。MgB2新型超導(dǎo)材料產(chǎn)品 主要有線材和帶材兩種形狀規(guī)格，MgB2超導(dǎo)線材的臨界電流密度高于MgB 2超導(dǎo)帶材，采用 MgB2超導(dǎo)線材和YBC0高溫超導(dǎo)帶材繞制的組合繞組能增加MgB 2超導(dǎo)材料的占比，進(jìn)一步 減小超導(dǎo)磁體成本和體積。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：一種超導(dǎo)組合繞組，包括 內(nèi)層超導(dǎo)線圈、內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架、外層超導(dǎo)線圈、外層超導(dǎo)線圈骨架、內(nèi)層線圈上支撐板、 內(nèi)層線圈下支撐板及內(nèi)層線圈層間導(dǎo)冷板；內(nèi)層超導(dǎo)線圈繞制在內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架上；夕卜 層超導(dǎo)線圈繞制在外層超導(dǎo)線圈骨架上，內(nèi)層線圈上支撐板和內(nèi)層線圈下支撐板分別裝在 內(nèi)層超導(dǎo)線圈上部和下部，其特征在于：所述內(nèi)層超導(dǎo)線圈為YBC0帶材線圈，所述外層超 導(dǎo)線圈為1 882線材線圈，內(nèi)層超導(dǎo)線圈和外層超導(dǎo)線圈分別繞制在各自骨架上，在所述外 層超導(dǎo)線圈骨架下板有一斜槽，所述斜槽對(duì)應(yīng)內(nèi)層超導(dǎo)線圈最底層YBCO帶材引出位置，內(nèi) 層超導(dǎo)線圈通過上述斜槽與外層超導(dǎo)線圈連接。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，所述斜槽寬度為廣20 毫米，可使YBC0帶材通過，槽向與MgB 2超導(dǎo)線圈骨架內(nèi)徑切線之間角度為銳角，并與YBC0 帶材繞線方向相同，使YBC0帶材盡量平滑走線到MgB 2超導(dǎo)線圈骨架。
[0006] 在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，所述斜槽寬度為1~20毫米，槽向與外部超導(dǎo)線圈骨架內(nèi)徑切 線之間角度為銳角，并與YBC0帶材繞線方向相同，使YBC0帶材盡量平滑走線到外層超導(dǎo)線 圈骨架。
[0007] 進(jìn)一步的，所述內(nèi)層超導(dǎo)線圈形狀為圓形或跑道形線圈，繞制結(jié)構(gòu)為餅式結(jié)構(gòu)或 筒式結(jié)構(gòu)。
[0008] 在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步的，外層超導(dǎo)線圈形狀為圓形或跑道形線圈，外層超 導(dǎo)線圈繞制結(jié)構(gòu)為圓線材或方線材繞制的筒式結(jié)構(gòu)。
[0009] 所述內(nèi)層超導(dǎo)線圈采用餅式結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)層超導(dǎo)線圈之間采用串聯(lián)方式，各內(nèi)層超 導(dǎo)線圈骨架同軸疊裝。
[0010] 進(jìn)一步的，YBC0帶材與MgB2線材可采用焊接連接。
[0011] 所述組合繞組采用制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻、液氦浸泡冷卻或冷氦氣冷卻，工作溫度在20K 以下。
[0012] 本實(shí)用新型首先將YBC0超導(dǎo)線圈繞制在YBC0超導(dǎo)線圈骨架上，YBC0超導(dǎo)線圈可 以采用餅式或筒式結(jié)構(gòu)。然后將MgB 2超導(dǎo)線圈骨架套在YBC0超導(dǎo)線圈外層，并通過線圈 上、下支撐板固定，同時(shí)在MgB2超導(dǎo)線圈骨架開一細(xì)小斜槽便于YBC0超導(dǎo)線圈走線，然后 將YBC0超導(dǎo)帶材與MgB 2超導(dǎo)線材焊接并繼續(xù)繞制MgB2超導(dǎo)線圈。MgB2超導(dǎo)線圈采取筒 式結(jié)構(gòu)繞制。組合繞組中各餅式線圈采用串聯(lián)方式統(tǒng)一由一個(gè)電流源供電。1 882超導(dǎo)線圈 和YBC0超導(dǎo)線圈的比例由磁場分布決定，對(duì)于工作電流設(shè)計(jì)的選取，必須同時(shí)小于MgB 2和 YBC0超導(dǎo)線圈在各自磁場下的臨界電流。以工作溫度20K為例，外磁場為2T時(shí)，MgB2超導(dǎo) 線材臨界電流密度與YBC0在垂直場下的臨界電流密度基本相同，所以一般選取2T為分界 線，對(duì)于中心場為5T的組合繞組，MgB 2線圈占比應(yīng)不超過40%。最終比例還需要根據(jù)磁體 的設(shè)計(jì)詳細(xì)考慮。
[0013] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：1、相對(duì)于采用Nb3Sn和NbTi低溫超導(dǎo) 組合繞組，采用MgB 2和YBC0的組合繞組，可以應(yīng)用在更高的制冷溫度，降低制冷成本，增加 超導(dǎo)繞組運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)，可以有效降低采用單一 YBC0的超導(dǎo)繞組成本。
[0014] 2、組合繞組中外層超導(dǎo)線圈和內(nèi)層超導(dǎo)線圈分別繞制在各自的骨架上，相比單一 骨架而言，外層超導(dǎo)線圈骨架起到定位和導(dǎo)冷的作用，使超導(dǎo)組合繞制運(yùn)行更加穩(wěn)定。
[0015] 3、MgB2超導(dǎo)線材的臨界電流密度高于MgB2超導(dǎo)帶材，所以采用MgB 2超導(dǎo)線材繞制 的線圈體積更小，同時(shí)線材更適合繞制筒式線圈，外部MgB2超導(dǎo)線圈采用筒式繞制。
[0016] 4、根據(jù)材料形狀特性，帶材更適合餅式繞制，更容易更換損壞或退化部分，所以 YBC0內(nèi)層超導(dǎo)線圈可進(jìn)一步采用餅式結(jié)構(gòu)串聯(lián)。
[0017] 5、外層超導(dǎo)線圈骨架上相應(yīng)位置開一斜槽可有效的避免YBC0超導(dǎo)帶材被過分彎 折的情況，便于內(nèi)層超導(dǎo)線圈和外層超導(dǎo)線圈間的連接。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型半剖截面示意圖。
[0019] 其中，附圖標(biāo)記為：1為內(nèi)層超導(dǎo)線圈，2為內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架，3為外層超導(dǎo)線圈， 4為外層超導(dǎo)線圈骨架，5為內(nèi)層線圈上支撐板，6為內(nèi)層線圈下支撐板，7為內(nèi)層線圈層間 導(dǎo)冷板。
[0020] 圖2為本實(shí)用新型外層超導(dǎo)線圈骨架示意圖。
[0021] 其中，附圖標(biāo)記為：4為外層超導(dǎo)線圈骨架，8為斜槽。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。
[0023] 如圖1所示，組合繞組由內(nèi)層超導(dǎo)線圈1、內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架2、外層超導(dǎo)線圈3、 外層超導(dǎo)線圈骨架4,、內(nèi)層線圈上支撐板5和內(nèi)層線圈下支撐板6組成。內(nèi)層超導(dǎo)線圈1 繞制在內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架2上，內(nèi)層超導(dǎo)線圈1采取餅式結(jié)構(gòu)繞制，并堆疊組合，每層之間 插入線圈層間導(dǎo)冷板7,線圈連接上采用串聯(lián)。內(nèi)層超導(dǎo)線圈繞制完成后裝在下支撐板6 上，并在其外部套上外層超導(dǎo)線圈骨架4。在外層超導(dǎo)線圈骨架4下板開一斜槽，所述斜槽 對(duì)應(yīng)內(nèi)層超導(dǎo)線圈1最底層YBC0帶材引出位置，斜槽寬度為l~20mm，槽向順延繞線方向使 YBC0帶材盡量平滑過度到外層超導(dǎo)線圈骨架4上，YBC0超導(dǎo)帶材通過斜槽與外層超導(dǎo)線材 串聯(lián)，然后外層超導(dǎo)線圈3采用筒式結(jié)構(gòu)繞制在外層超導(dǎo)線圈骨架4上。
[0024] 圖2為外層超導(dǎo)線圈骨架示意圖。如圖2所示，斜槽8開在外層超導(dǎo)線圈骨架4 下板，寬度為l~20mm，槽向與外層超導(dǎo)線圈骨架內(nèi)徑切線之間角度為銳角，并與YBC0帶材 繞線方向相同，使YBC0帶材盡量平滑走線到外層超導(dǎo)線圈骨架。
[0025] 對(duì)于【具體實(shí)施方式】的理解的描述僅僅是為幫助理解本實(shí)用新型，而不是用來限制 本實(shí)用新型的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本實(shí)用新型的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要 其技術(shù)手段沒有脫離本實(shí)用新型的思想和要點(diǎn)，仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：包括內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)、內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架（2)、外 層超導(dǎo)線圈（3)、外層超導(dǎo)線圈骨架（4)、內(nèi)層線圈上支撐板（5)、內(nèi)層線圈下支撐板（6)及 內(nèi)層線圈層間導(dǎo)冷板（7);內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)繞制在內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架（2)上；外層超導(dǎo)線 圈（3)繞制在外層超導(dǎo)線圈骨架（4)上，內(nèi)層線圈上支撐板（5)和內(nèi)層線圈下支撐板（6)分 別裝在內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)上部和下部，其特征在于：所述內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)為YBCO帶材線 圈，所述外層超導(dǎo)線圈（3)為MgB 2線材線圈，內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)和外層超導(dǎo)線圈（3)分別繞 制在各自骨架上，在所述外層超導(dǎo)線圈骨架（4 )下板有一斜槽，所述斜槽對(duì)應(yīng)內(nèi)層超導(dǎo)線圈 (1)最底層YBCO帶材引出位置，內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)通過上述斜槽與外層超導(dǎo)線圈（3)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：所述斜槽寬度為廣20毫米， 槽向與外部超導(dǎo)線圈骨架內(nèi)徑切線之間角度為銳角，并與YBCO帶材繞線方向相同，使YBCO 帶材盡量平滑走線到外層超導(dǎo)線圈骨架（4)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)形狀為 圓形或跑道形線圈，繞制結(jié)構(gòu)為餅式結(jié)構(gòu)或筒式結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：外層超導(dǎo)線圈（3)形狀為 圓形或跑道形線圈，外層超導(dǎo)線圈（3)繞制結(jié)構(gòu)為圓線材或方線材繞制的筒式結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)采用餅式結(jié) 構(gòu)時(shí)，內(nèi)層超導(dǎo)線圈（1)之間采用串聯(lián)方式，各內(nèi)層超導(dǎo)線圈骨架（2)同軸疊裝。
6. 如權(quán)利要求1或2或5所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：YBC0帶材與MgB2線 材采用焊接連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)組合繞組，其特征在于：所述組合繞組采用制冷機(jī)傳 導(dǎo)冷卻、液氦浸泡冷卻或冷氦氣冷卻，工作溫度在20K以下。
【文檔編號(hào)】H01F6/06GK203871104SQ201420239386
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】張治宇, 張敏, 任毅, 楊燁, 蔣煜東, 況明偉, 吳建東 申請(qǐng)人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司