一種超導(dǎo)組合繞組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種MgB2線材和YBCO帶材繞制的組合超導(dǎo)繞組;由YBCO超導(dǎo)線圈、YBCO超導(dǎo)線圈骨架、MgB2超導(dǎo)線圈、MgB2超導(dǎo)線圈骨架、線圈上支撐板、線圈下支撐板、線圈層間銅板組成;YBCO超導(dǎo)線圈繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架上,MgB2超導(dǎo)線圈繞制在MgB2超導(dǎo)線圈骨架上,MgB2超導(dǎo)線圈骨架裝在YBCO超導(dǎo)線圈骨架外部,線圈上支撐板和線圈下支撐板分別裝在YBCO超導(dǎo)線圈上部和下部;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]本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體組合線圈,特別涉及一種采用MgB2線材和YBCO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Nb3Sn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。
[0003]YBCO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YBCO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YBCO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)YBCO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MgB2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。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MgB2超導(dǎo)線材繞制的線圈體積更小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了有效地降低采用單一 YBCO導(dǎo)體的超導(dǎo)繞組成本,本發(fā)明提出一種MgB2超導(dǎo)線材和YBCO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YBCO超導(dǎo)帶材繞制;外部磁場較低,采用MgB2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MgB2超導(dǎo)帶材,采用MgB2超導(dǎo)線材和YBCO高溫超導(dǎo)帶材繞制的組合繞組能增加MgB2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,本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種超導(dǎo)組合繞組,包括YBCO超導(dǎo)線圈、YBCO超導(dǎo)線圈骨架、MgB2超導(dǎo)線圈、MgB2超導(dǎo)線圈骨架、線圈上支撐板、線圈下支撐板及線圈層間導(dǎo)冷板;YBCO超導(dǎo)線圈繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架上;MgB2超導(dǎo)線圈繞制在MgB2超導(dǎo)線圈骨架上,線圈上支撐板和線圈下支撐板分別裝在YBCO超導(dǎo)線圈上部和下部,所述YBCO超導(dǎo)線圈由YBCO帶材繞制而成,位于組合繞組內(nèi)部,所述MgB2超導(dǎo)線圈由MgB2線材繞制而成,位于組合繞組外部,YBCO超導(dǎo)線圈和MgB2超導(dǎo)線圈分別繞制在各自骨架上,MgB2超導(dǎo)線圈骨架裝在YBCO超導(dǎo)線圈骨架外部,在MgB2超導(dǎo)線圈骨架下板開一斜槽,所述斜槽對(duì)應(yīng)YBCO超導(dǎo)線圈最底層YBCO帶材引出位置,YBCO超導(dǎo)線圈通過上述斜槽與MgB2超導(dǎo)線圈連接。[0006]在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中,所述斜槽寬度為廣20毫米,可使YBCO帶材通過,槽向與MgB2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MgB2超導(dǎo)線圈骨架(4)。
[0007]在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中,YBCO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,MgB2超導(dǎo)線圈(3)形狀為圓形或跑道形線圈,MgB2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)。
[0009]YBCO超導(dǎo)線圈為餅式結(jié)構(gòu)時(shí),YBCO超導(dǎo)線圈之間采用串聯(lián)方式,各YBCO超導(dǎo)線圈骨架同軸疊裝。
[0010]進(jìn)一步的,YBCO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]本發(fā)明首先將YBCO超導(dǎo)線圈繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架上,YBCO超導(dǎo)線圈可以采用餅式或筒式結(jié)構(gòu)。然后將MgB2超導(dǎo)線圈骨架套在YBCO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YBCO超導(dǎo)線圈走線,然后將YBCO超導(dǎo)帶材與MgB2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。MgB2超導(dǎo)線圈和YBCO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MgB2和YBCO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YBCO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,MgB2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]本發(fā)明與現(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MgB2超導(dǎo)線圈和YBCO超導(dǎo)線圈繞制的組合繞組,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 YBCO的超導(dǎo)繞組成本。
[0014]2^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MgB2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。
[0015]3、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,所以內(nèi)部YBCO超導(dǎo)線圈可進(jìn)一步采用餅式結(jié)構(gòu)串聯(lián)。
[0016]4、MgB2超導(dǎo)線圈骨架上相應(yīng)位置開一斜槽可有效的避免YBCO超導(dǎo)帶材被過分彎折的情況,便于YBCO超導(dǎo)線圈和MgB2超導(dǎo)線圈間的連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明半剖截面示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明MgB2超導(dǎo)線圈骨架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。[0020]如圖1所示,組合繞組由YBCO超導(dǎo)線圈1、YBCO超導(dǎo)線圈骨架2、MgB2超導(dǎo)線圈
3、MgB2超導(dǎo)線圈骨架4,、線圈上支撐板5和線圈下支撐板6組成。YBCO超導(dǎo)線圈I繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架2上,YBCO超導(dǎo)線圈I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)。YBCO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MgB2超導(dǎo)線圈骨架4。在MgB2超導(dǎo)線圈骨架4下板開一斜槽,所述斜槽對(duì)應(yīng)YBCO超導(dǎo)線圈I最底層YBCO帶材引出位置,斜槽寬度為f 20mm,槽向順延繞線方向使YBCO帶材盡量平滑過度到MgB2超導(dǎo)線圈骨架4上,YBCO超導(dǎo)帶材通過斜槽與MgB2超導(dǎo)線材串聯(lián),然后MgB2超導(dǎo)線圈3采用筒式結(jié)構(gòu)繞制在MgB2超導(dǎo)線圈骨架4上。
[0021]圖2為1%82超導(dǎo)線圈骨架示意圖。如圖2所示,斜槽8開在MgB2超導(dǎo)線圈骨架4下板,寬度為f 20mm,槽向與MgB2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MgB2超導(dǎo)線圈骨架。
[0022]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發(fā)明,而不是用來限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化,只要其技術(shù)手段沒有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn),仍然在本發(fā)明的保護(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YBCO超導(dǎo)線圈(I)、YBCO超導(dǎo)線圈骨架(2)、MgB2超導(dǎo)線圈(3)、MgB2超導(dǎo)線圈骨架(4)、線圈上支撐板(5)、線圈下支撐板(6)及線圈層間銅板(7) ;YBC0超導(dǎo)線圈(I)繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架(2)上;MgB2超導(dǎo)線圈(3)繞制在MgB2超導(dǎo)線圈骨架(4)上,線圈上支撐板(5)和線圈下支撐板(6)分別裝在YBCO超導(dǎo)線圈(I)上部和下部,所述YBCO超導(dǎo)線圈(I)由YBCO帶材繞制而成,位于組合繞組內(nèi)部,所述MgB2超導(dǎo)線圈(3)由MgB2線材繞制而成,位于組合繞組外部,YBCO超導(dǎo)線圈(I)和MgB2超導(dǎo)線圈(3)分別繞制在各自骨架上,MgB2超導(dǎo)線圈骨架(4)裝在YBCO超導(dǎo)線圈骨架(2)外部,在所述MgB2超導(dǎo)線圈骨架(4)下板開一斜槽,所述斜槽對(duì)應(yīng)YBCO超導(dǎo)線圈(I)最底層YBCO帶材引出位置,YBCO超導(dǎo)線圈(I)通過上述斜槽與MgB2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,可使YBCO帶材通過,槽向與MgB2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MgB2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:YBC0超導(dǎo)線圈(I)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=MgB2超導(dǎo)線圈(3)形狀為圓形或跑道形線圈,MgB2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:YBC0超導(dǎo)線圈(I)為餅式結(jié)構(gòu)時(shí),YBCO超導(dǎo)線圈(I)之間采用串聯(lián)方式,各YBCO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)】H01F6/06GK103943301SQ201410197321
【公開日】2014年7月23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