專利名稱：高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，具體涉及一種在全高溫超導(dǎo)電機(jī)
定子電樞繞組中使用的帶有鐵磁屏蔽套的高溫超導(dǎo)線圈護(hù)套。
背景技術(shù)：
隨著高溫超導(dǎo)線材技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)電力技術(shù)為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步帶來了 極為深遠(yuǎn)的影響。高溫全超導(dǎo)同步電動機(jī)以其能量密度高、單機(jī)極限容量大、效率高、尺寸 小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)等領(lǐng)域之中。尤 其，當(dāng)電樞繞組采用高溫超導(dǎo)線圈時，電機(jī)在運(yùn)行過程中具有損耗低，可以在低壓的條件下 輸出大電流的特點(diǎn)，采用高溫超導(dǎo)線圈作為電樞繞組能夠減小電機(jī)體積，增加電機(jī)功率密 度。 但是，高溫超導(dǎo)電機(jī)中作為電樞繞組的高溫超導(dǎo)線圈的載流能力，受到外加垂直 磁場的限制，當(dāng)外加垂直場的磁場密度增大時，線圈的載流能力呈指數(shù)甚至以更快的速度 下降；并且，外加垂直磁場密度變大也會導(dǎo)致電機(jī)高溫超導(dǎo)線圈的交流損耗增加，加重高溫 超導(dǎo)電機(jī)的制冷負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了高溫超導(dǎo)電機(jī)中作為電樞繞組的高溫超導(dǎo)線圈的載流能力受到外 加垂直磁場限制的問題，提出一種高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置。 本發(fā)明是通過下述方案予以實(shí)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，它包括低溫 恒溫器和真空容器，高溫超導(dǎo)線圈固定在低溫恒溫器內(nèi)，低溫恒溫器固定在真空容器內(nèi)，低 溫恒溫器內(nèi)通入液氮，它還包括第一導(dǎo)磁片和第二導(dǎo)磁片，第一導(dǎo)磁片固定在高溫超導(dǎo)線 圈軸向的上方，第二導(dǎo)磁片固定在高溫超導(dǎo)線圈軸向的下方，第一導(dǎo)磁片的寬度和第二導(dǎo) 磁片的寬度均為高溫超導(dǎo)線圈厚度的1. 1 1. 5倍。 本發(fā)明在高溫超導(dǎo)線圈的外層放置一種薄壁多種材料焊接而成的護(hù)套，在高溫超 導(dǎo)線圈軸向的上方設(shè)置有第一導(dǎo)磁片，在高溫超導(dǎo)線圈軸向下方設(shè)置有第二導(dǎo)磁片，本發(fā) 明中由于導(dǎo)磁片良好的導(dǎo)磁性能和高溫超導(dǎo)線圈的邁納斯效應(yīng)，采用此種方式能夠?qū)⒏邷?超導(dǎo)線圈表面的垂直磁場分布減小到原來的50%以下，降低高溫超導(dǎo)線圈在承受外加交變 磁場作用時所受的垂直磁場分量，以此來保證高溫超導(dǎo)線圈中的臨界電流，進(jìn)而拓展了高 溫超導(dǎo)線圈的使用范圍，可以大規(guī)模地應(yīng)用于超導(dǎo)傳輸線、超導(dǎo)電機(jī)電樞繞組和超導(dǎo)電機(jī)勵磁繞組等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢。


圖1為高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為具體實(shí)施方式
三的剖視圖；圖4為具體實(shí)施方式
四的剖視圖；圖5為未設(shè)置導(dǎo)磁片前高溫 超導(dǎo)線圈的磁場密度仿真示意圖；圖6為導(dǎo)磁片與高溫超導(dǎo)線圈間距為1mm時垂直場與平 行場磁場密度的仿真示意圖，其中，帶"△"為垂直場磁場密度的仿真示意曲線，帶"〇"為 平行場磁場密度的仿真示意曲線；圖7為導(dǎo)磁片與高溫超導(dǎo)線圈間距為8mm時垂直場與平 行場磁場密度的仿真示意圖，其中，帶"A"為垂直場磁場密度的仿真示意曲線，帶"O"為 平行場磁場密度的仿真示意曲線。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1、圖2、圖5、圖6和圖7具體說明本實(shí)施方式。高 溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，它包括低溫恒溫器4和真空容器5，高溫超導(dǎo)線圈1固定在低 溫恒溫器4內(nèi)，低溫恒溫器4固定在真空容器5內(nèi)，低溫恒溫器4內(nèi)通入液氮，它還包括第 一導(dǎo)磁片2和第二導(dǎo)磁片3，第一導(dǎo)磁片2固定在高溫超導(dǎo)線圈1軸向的上方，第二導(dǎo)磁片 3固定在高溫超導(dǎo)線圈1軸向的下方，第一導(dǎo)磁片2的寬度B和第二導(dǎo)磁片3的寬度b均為 高溫超導(dǎo)線圈1厚度H的1. 1 1. 5倍。 本發(fā)明在高溫超導(dǎo)線圈1的外層放置一種薄壁、多種材料焊接而成的護(hù)套，在高 溫超導(dǎo)線圈1軸向的上方設(shè)置有第一導(dǎo)磁片2，在高溫超導(dǎo)線圈軸向的下方設(shè)置有第二導(dǎo) 磁片3，本發(fā)明中由于導(dǎo)磁片良好的導(dǎo)磁性能和高溫超導(dǎo)線圈1的邁納斯效應(yīng)，采用此種方 式能夠?qū)⒏邷爻瑢?dǎo)線圈1表面的垂直磁場分布減小到原來的50%以下，降低高溫超導(dǎo)線圈 在承受外加交變磁場作用時所受的垂直磁場分量，以此來保證高溫超導(dǎo)線圈1中的臨界電 流，進(jìn)而拓展了高溫超導(dǎo)線圈的使用范圍，可以大規(guī)模地應(yīng)用于超導(dǎo)傳輸線、超導(dǎo)電機(jī)電樞 繞組和超導(dǎo)電機(jī)勵磁繞組等領(lǐng)域，具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢。 第一導(dǎo)磁片2與第二導(dǎo)磁片3關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈1的徑向是對稱的，第一導(dǎo)磁片 2的寬度B和第二導(dǎo)磁片3的寬度b均關(guān)于高溫超導(dǎo)線圈1厚度H的中心軸軸向?qū)ΨQ。
本實(shí)施方式中低溫恒溫器4內(nèi)通入液氮，起到冷卻高溫超導(dǎo)線圈1并使之達(dá)到超 導(dǎo)狀態(tài)的作用。低溫恒溫器4包含在真空容器5內(nèi)，低溫恒溫器4與真空容器5之間為真 空區(qū)域，并在真空區(qū)域內(nèi)填充真空隔熱材料，使其具有隔溫功能，保持低溫恒溫器4內(nèi)的溫 度在66K 77K之間。 圖5是在磁場屏蔽裝置中未設(shè)置導(dǎo)磁片時，隨高溫超導(dǎo)線圈1的軸向的距離的增 加，磁場密度的變化的仿真示意圖。 在圖6中，第一導(dǎo)磁片2、第二導(dǎo)磁片3分別與高溫超導(dǎo)線圈1的間距為lmm，即第 一導(dǎo)磁片2、第二導(dǎo)磁片3可視為通過膠粘的方式直接固定在高溫超導(dǎo)線圈1在軸向方向的兩端。 在圖7中，第一導(dǎo)磁片2、第二導(dǎo)磁片3分別與高溫超導(dǎo)線圈1的間距為8mm，即第 一導(dǎo)磁片2、第二導(dǎo)磁片3此時距離高溫超導(dǎo)線圈1有一定的距離，為方便固定，可將第一導(dǎo) 磁片2和第二導(dǎo)磁片3固定在低溫恒溫器4的殼體上。 對比圖6、圖7，可以看出在其他條件相同的情況下，導(dǎo)磁片距離高溫超導(dǎo)線圈1的 越近，磁場屏蔽效果越好。導(dǎo)磁片與高溫超導(dǎo)線圈l之間的距離從8mm下降到lmm時，垂直 磁場的磁場密度至少下降0. 05T。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一的不同之處在于第一導(dǎo)磁片2固定在高溫超導(dǎo)線圈1的上端，第二導(dǎo)磁片3固定在高 溫超導(dǎo)線圈1的下端。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一的不同之處在于第一導(dǎo)磁片2固定在低溫恒溫器4殼體上方的內(nèi)表面上，第二導(dǎo)磁片 3固定在低溫恒溫器4殼體下方的內(nèi)表面上。 本實(shí)施方式與實(shí)施方式二相比較，第一導(dǎo)磁片2的厚度B和第二導(dǎo)磁片3的厚度 b可以增加50%以上，導(dǎo)磁片的厚度越厚，高溫超導(dǎo)線圈1表面的垂直磁場分布越小，因此， 本實(shí)施方式所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置在高溫超導(dǎo)線圈1軸向的屏蔽效果比具 體實(shí)施方式二所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置高溫超導(dǎo)線圈軸向的屏蔽效果要好，其 減小高溫超導(dǎo)線圈l表面垂直場分布的效果更為良好。適用于小流量液氮制冷系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖4具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一的不同之處在于第一導(dǎo)磁片(2)固定在低溫恒溫器(4)殼體上方的外表面上，第二導(dǎo) 磁片(3)固定在低溫恒溫器(4)殼體下方的外表面上。 本實(shí)施方式所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，由于第一導(dǎo)磁片2和第二導(dǎo)磁 片3均固定在低溫恒溫器4的殼體的外表面上，即設(shè)置于真空層內(nèi)，則在第一導(dǎo)磁片2和第 二導(dǎo)磁片3中由于渦流損耗而生成的熱量，無須通過液氮進(jìn)行冷卻降溫，減輕了整個系統(tǒng) 的熱負(fù)荷。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三或四的不同之處在于，所 述的第一導(dǎo)磁片2和第二導(dǎo)磁片3的材質(zhì)均采用10號鋼、電工純鐵或硅鋼片。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同之處在于，所述的第一導(dǎo) 磁片2的厚度B和第二導(dǎo)磁片3的厚度b均在3 5mm范圍內(nèi)。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三或具體實(shí)施方式
四的不同之處在 于，所述的第一導(dǎo)磁片2的厚度B和第二導(dǎo)磁片3的厚度b均在4. 5 7. 5mm范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，它包括低溫恒溫器(4)和真空容器(5)，高溫超導(dǎo)線圈(1)固定在低溫恒溫器(4)內(nèi)，低溫恒溫器(4)固定在真空容器(5)內(nèi)，低溫恒溫器(4)內(nèi)通入液氮，其特征是它還包括第一導(dǎo)磁片(2)和第二導(dǎo)磁片(3)，第一導(dǎo)磁片(2)固定在高溫超導(dǎo)線圈(1)軸向的上方，第二導(dǎo)磁片(3)固定在高溫超導(dǎo)線圈(1)軸向的下方，第一導(dǎo)磁片(2)的寬度(B)和第二導(dǎo)磁片(3)的寬度(b)均為高溫超導(dǎo)線圈(1)厚度(H)的1.1~1.5倍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)磁 片(2)固定在高溫超導(dǎo)線圈(l)的上端，第二導(dǎo)磁片(3)固定在高溫超導(dǎo)線圈(l)的下端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)磁 片(2)固定在低溫恒溫器(4)殼體上方的內(nèi)表面上，第二導(dǎo)磁片(3)固定在低溫恒溫器(4) 殼體下方的內(nèi)表面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)磁 片(2)固定在低溫恒溫器(4)殼體上方的外表面上，第二導(dǎo)磁片(3)固定在低溫恒溫器(4) 殼體下方的外表面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的 第一導(dǎo)磁片(2)和第二導(dǎo)磁片(3)的材質(zhì)均采用10號鋼、電工純鐵或硅鋼片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的第一導(dǎo)磁 片(2)的厚度(B)和第二導(dǎo)磁片(3)的厚度(b)均在3 5mm范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，其特征在于所述的第一 導(dǎo)磁片(2)的厚度(B)和第二導(dǎo)磁片(3)的厚度(b)均在4. 5 7. 5mm范圍內(nèi)。
全文摘要
高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，涉及一種高溫超導(dǎo)線圈的磁場屏蔽裝置，解決了高溫超導(dǎo)電機(jī)中作為電樞繞組的高溫超導(dǎo)線圈的載流能力受到外加垂直磁場限制的問題。它包括低溫恒溫器和真空容器，高溫超導(dǎo)線圈固定在低溫恒溫器內(nèi)，低溫恒溫器固定在真空容器內(nèi)，低溫恒溫器內(nèi)通入液氮，它還包括第一導(dǎo)磁片和第二導(dǎo)磁片，第一導(dǎo)磁片與第二導(dǎo)磁片分別固定在高溫超導(dǎo)線圈軸向的上方和下方，第一導(dǎo)磁片的寬度和第二導(dǎo)磁片的寬度均為高溫超導(dǎo)線圈厚度的1.1~1.5倍。本發(fā)明所述的裝置能夠?qū)⒏邷爻瑢?dǎo)線圈表面的垂直磁場減小到原來的50%以下，用于屏蔽線圈表面的垂直磁場。
文檔編號H01F41/04GK101752050SQ201010131019
公開日2010年6月23日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者劉麗麗, 曹繼偉, 李立毅, 楊松, 韓正男 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)