專利名稱：一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，特別涉及用于超導(dǎo)磁體在失超時不被損害的被動加熱失超保護裝置。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)磁體正常運行過程中受到某種的擾動后，可能使超導(dǎo)磁體內(nèi)某點的超導(dǎo)線材料從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)殡娮钁B(tài)，失去超導(dǎo)性。當(dāng)受到的擾動較小時，超導(dǎo)磁體內(nèi)產(chǎn)生的電阻態(tài)可能恢復(fù)為超導(dǎo)態(tài)。當(dāng)受到的擾動足夠大時，超導(dǎo)磁體內(nèi)產(chǎn)生的電阻態(tài)會不斷擴大，直至整個超導(dǎo)磁體完全變?yōu)殡娮钁B(tài)，這個過程稱為超導(dǎo)磁體的失超。超導(dǎo)磁體失超后，磁體內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)生的焦耳熱會引起磁體內(nèi)部局部過熱，嚴(yán)重的局部過熱會引起磁體內(nèi)部的絕緣燒焦或?qū)w融化。同時失超過程中，磁體內(nèi)部電阻區(qū)的出現(xiàn)會引起磁體內(nèi)部過電壓，嚴(yán)重的過電壓會引起磁體內(nèi)部絕緣擊穿。因此必須采取有效的措施對超導(dǎo)磁體進行保護，控制失超過程中磁體內(nèi)部的過熱和過電壓，防止失超對超導(dǎo)磁體造成永久性損壞?，F(xiàn)有失超保護的主要裝置分兩類，一類是將磁體的能量移除磁體，降低失超后磁體內(nèi)的能量；另一類是加快失超傳播，使失超后磁體的能量盡量均勻的分配到整個磁體。依靠是否依賴失超檢測器件和失超保護開關(guān)，失超保護方法可分為主動保護和被動保護兩類主動保護法依賴于失超檢測器件和失超保護開關(guān)的可靠性，有取能電阻保護、加熱器保護等；被動保護方法不依賴于失超檢測器件和失超保護開關(guān)，具有更高的可靠性，有線圈分段保護、次級耦合線圈保護等。被動失超保護裝置不能利用加熱器保護原理，不能有效的加快失超傳播，因此現(xiàn)有被動失超保護裝置在高儲能超導(dǎo)磁體的失超保護應(yīng)用中受到很大限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種被動加熱失超保護裝置。該裝置不依賴于失超檢測器件和失超保護開關(guān)的可靠性，失超發(fā)生后該裝置能夠自發(fā)對磁體進行加熱，從而加快失超傳播，保護超導(dǎo)磁體。本實用新型采用的技術(shù)方案是—種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，該裝置將超導(dǎo)磁體與一個短路環(huán)相耦合，短路環(huán)與超導(dǎo)磁體之間設(shè)有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層。當(dāng)磁體骨架的電阻率較低時，所述短路環(huán)由磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架提供；當(dāng)磁體骨架的電阻率較高時，在所述超導(dǎo)磁體骨架與絕緣層之間設(shè)置由低電阻率材料組成的低電阻率短路環(huán)，采用低電阻率材料的短路環(huán)提供被動加熱失超保護。本實用新型的用于超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，采用一個與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈實現(xiàn)。該短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間存在一層絕緣層，短路線圈、絕緣層和超導(dǎo)線圈繞組緊密接觸。絕緣層使得短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間傳熱良好，同時相互絕緣良好。[0009]超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，超導(dǎo)線圈繞組的電阻迅速增大，電流迅速減小。超導(dǎo)線圈繞組的電流衰減引起與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流在短路線圈內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，該焦耳熱使得短路線圈整體溫度上升。整體溫度上升后的短路線圈通過絕緣層向超導(dǎo)線圈繞組傳熱，該傳熱過程可引起與絕緣層相接觸的尚未失超的超導(dǎo)線圈繞組部分失超，從而加快超導(dǎo)線圈繞組內(nèi)的失超傳播過程。超導(dǎo)線圈的失超傳播加快后，超導(dǎo)線圈存儲的電磁能更加均勻的分配到整個磁體，從而降低了超導(dǎo)磁體內(nèi)不的局部過熱和過電壓，使得失超不至于導(dǎo)致超導(dǎo)磁體的永久性損害。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是1、本實用新型的超導(dǎo)磁體保護裝置為被動保護，保護動作更可靠。保護過程不依賴于失超檢測器件和失超保護開關(guān)的動作，超導(dǎo)磁體發(fā)生后，失超保護過程自動啟動。2、本實用新型的超導(dǎo)磁體保護裝置可對超導(dǎo)線圈繞組進行整體加熱，超導(dǎo)磁體內(nèi)的失超傳播更快，超導(dǎo)磁體更安全。本實用新型的與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈可以在結(jié)構(gòu)上盡量多的與超導(dǎo)線圈繞組通過絕緣層相接觸，從而可以大面積的加快線圈內(nèi)的失超傳播過程。3、本實用新型中超導(dǎo)磁體保護裝置實施簡單，甚至可以利用超導(dǎo)磁體的骨架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，無需其他專門的失超保護裝置。選擇超導(dǎo)磁體的骨架材料為電阻率低、單位體積比熱容小的材料，如高純鋁，可以直接利用磁體骨架對磁體實現(xiàn)本實用新型的保護裝置。當(dāng)電阻率低、單位體積比熱容小的材料不宜制作磁體骨架時，可以通過在磁體表面增加一層高純鋁短路環(huán)實現(xiàn)。

圖1是骨架本身作為短路環(huán)實現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是利用低電阻率短路環(huán)實現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、室溫真空容器；2、液氮冷屏；3、超導(dǎo)磁體組件蓋板；4、超導(dǎo)磁體組件氦流道；5、超導(dǎo)線圈繞組；6、超導(dǎo)磁體骨架；7、絕緣層；8、低電阻率短路環(huán)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的進行詳細(xì)的描述。本實用新型的用于超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，采用一個與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈實現(xiàn)。該短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間存在一層絕緣層，短路線圈、絕緣層和超導(dǎo)線圈繞組緊密接觸。絕緣層使得短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間傳熱良好，同時相互絕緣良好。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，超導(dǎo)線圈繞組的電阻迅速增大，電流迅速減小。超導(dǎo)線圈繞組的電流衰減引起與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流在短路線圈內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，該焦耳熱使得短路線圈整體溫度上升。整體溫度上升后的短路線圈通過絕緣層向超導(dǎo)線圈繞組傳熱，該傳熱過程可引起與絕緣層相接觸的尚未失超的超導(dǎo)線圈繞組部分失超，從而加快超導(dǎo)線圈繞組內(nèi)的失超傳播過程。超導(dǎo)線圈的失超傳播加快后，超導(dǎo)線圈存儲的電磁能更加均勻的分配到整個磁體，從而降低了超導(dǎo)磁體內(nèi)不的局部過熱和過電壓，使得失超不至于導(dǎo)致超導(dǎo)磁體的永久性損害。圖1是骨架本身作為短路環(huán)實現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。整個超導(dǎo)磁體由外到內(nèi)按溫區(qū)分為三部分，室溫真空容器1，液氮冷屏2，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板3，超導(dǎo)線圈繞組5，超導(dǎo)磁體骨架6和絕緣層7。超導(dǎo)磁體蓋板，骨架和超導(dǎo)線圈繞組構(gòu)成超導(dǎo)磁體內(nèi)的液氦冷卻通道。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，磁體電阻由O逐漸增大，磁體電流降低，骨架內(nèi)產(chǎn)生渦流和焦耳熱，骨架溫度逐漸上升，溫度上升后的骨架引起磁體內(nèi)產(chǎn)生新的失超區(qū)域，從而加快了失超區(qū)域在磁體內(nèi)的傳播，磁體內(nèi)部溫度更加均勻，從而保護了超導(dǎo)磁體。圖2是利用低電阻率短路環(huán)實現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。整個超導(dǎo)磁體由外到內(nèi)按溫區(qū)分為三部分，室溫真空容器1，液氮冷屏2，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板3，超導(dǎo)線圈繞組5，超導(dǎo)磁體骨架6，絕緣層7和低電阻率短路環(huán)8。超導(dǎo)磁體蓋板，骨架和超導(dǎo)線圈繞組構(gòu)成超導(dǎo)磁體內(nèi)的液氦冷卻通道。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，磁體電阻由O逐漸增大，磁體電流降低，短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生渦流和焦耳熱，短路環(huán)溫度逐漸上升，溫度上升后的短路環(huán)引起磁體內(nèi)產(chǎn)生新的失超區(qū)域，從而加快了失超區(qū)域在磁體內(nèi)的傳播，磁體內(nèi)部溫度更加均勻，從而保護了超導(dǎo)磁體。
權(quán)利要求1.一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，包括室溫真空容器(I)、液氮冷屏(2)，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板(3)，超導(dǎo)線圈繞組(5)，超導(dǎo)磁體骨架(6)和絕緣層(7)，其特征在于還包括與所述超導(dǎo)磁體相耦合的短路環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，其特征在于 所述短路環(huán)由所述磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架(6)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，其特征在于 所述短路環(huán)為增設(shè)的采用低電阻率材料的低電阻率短路環(huán)(8)。
專利摘要本實用新型公開了一種針對超導(dǎo)磁體的被動加熱失超保護裝置，該裝置將超導(dǎo)磁體與一個短路環(huán)相耦合，短路環(huán)與超導(dǎo)磁體之間設(shè)有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層。當(dāng)磁體骨架的電阻率較低時，所述短路環(huán)由磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架提供；當(dāng)磁體骨架的電阻率較高時，在所述超導(dǎo)磁體骨架與絕緣層之間設(shè)置由低電阻率材料組成的低電阻率短路環(huán)，采用低電阻率材料的短路環(huán)提供被動加熱失超保護。該裝置不依賴于失超檢測器件和失超保護開關(guān)的可靠性，失超發(fā)生后該裝置能夠自發(fā)對磁體進行加熱，從而加快失超傳播，保護超導(dǎo)磁體。
文檔編號H01F6/00GK202888795SQ20122054752
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者郭興龍 申請人:江蘇大學(xué)