CN103065759B - 一种超导磁体的支撑定位系统 - Google Patents

Abstract

一种超导磁体的支撑定位系统，由制冷机（1）、低温容器（2）、导冷带（3）、超导螺管线圈（4）、上悬浮磁铁（5）、侧上定位磁铁（6）、侧下定位磁铁（7）、下悬浮磁铁（8）及连接杆（9）组成。所述的超导螺管线圈（4）在通电之后，上悬浮磁铁及（5）和下悬浮磁铁（6）与超导螺管线圈（4）产生电磁斥力，使超导螺管线圈（4）悬浮于空中，侧上定位磁铁（7）、侧下定位磁铁（8）与超导螺管线圈（4）产生电磁斥力使超导螺管线圈（4）定位而不发生偏倒。由于磁铁与超导螺管线圈之间无热接触，因此可以减少超导螺管线圈的传导漏热，降低所需制冷机功率。

Description

一种超导磁体的支撑定位系统

技术领域

本发明涉及超导磁体。

背景技术

超导磁体技术广泛应用于国民经济及军工发展等各个领域，其应用深入医学、电力、科学实验及国防军工等方面，对国家建设发挥着越来越大的作用。

超导磁体需要运行在很低的温度之下才能通电运行，一般保持超导磁体低温的方式有液氦浸泡制冷和制冷机传导冷却制冷两种方式。由于液氦昂贵而且主要依靠进口，因此其广泛使用受到很大限制；近年来传导率冷却技术快速发展，可以通过制冷机将超导磁体冷却至低温甚至低于液氦温度。因此，传导冷却方式的应用越来越普遍。

传导到冷却技术中制冷机通过导冷带与超导螺管线圈相连，将超导螺管线圈上的热能吸收走。超导螺管线圈上的热能主要有室温下的超导螺管线圈的热焓、外部空间的辐射漏热、电流引线的传导漏热、支撑及定位系统的传导漏热。制冷机一般在较高温区具有较高的工作功率，即具有较大的吸热能力，而在较低的温区其工作功率降低，吸热能力也下降。对于室温下的超导螺管线圈，经过足够长的制冷时间，一般都可以冷却至几十开尔文的温度范围。通过多层绝热，辐射漏热一般也可以降低到较低水平。在十几开尔文以下的较低温区，电流引线和支撑定位系统的传导漏热是超导螺管线圈的主要热负载。

如图2所示，传统的超导螺管线圈的支撑定位系统一般采用高机械强度的环氧拉杆作为支持及定位装置，上拉杆10的一端与低温容器2的上端相连，另一端则拉住超导螺管线圈4起到支撑作用，而下拉杆11的一端与低温容器2的底部相连，另一端则拽住超导螺管线圈4，从而调整超导螺管线圈的空间位置，起到定位作用。以拉杆作为支撑系统的主要问题是，有时为了增强拉杆的载重能力，需要加粗拉杆，然而加粗拉杆会使更多的外界热能通过拉杆传导至超导螺管线圈，增大制冷机的负荷。由于电流引线和拉杆设计的不够合理，有时候过大的热负荷将超过制冷机的工作能力，使制冷机永远无法将超导螺管线圈冷却至所需的低温范围，从而导致超导磁体无法正常工作。对此一般采用的方法是增加制冷机的个数，然而这会造成超导磁体系统过于复杂，而且大大增加制造成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有超导磁体支撑定位系统漏热较大造成过多制冷负载的问题，提出一种新的超导磁体支撑定位系统。

本发明的超导磁体支撑定位系统由制冷机、低温容器、导冷带、超导螺管线圈、上悬浮磁铁、侧上定位磁铁、侧下定位磁铁、下悬浮磁铁及连接杆组成。

所述的制冷机与导冷带相连，导冷带与超导螺管线圈相连，制冷机通过导冷带来吸收超导螺管线圈上的热量，降低超导螺管线圈的温度至所需工作温度。

所述的上悬浮磁铁、侧上定位磁铁、侧下定位磁铁、下悬浮磁铁通过连接杆与低温容器相连固定。

所述的上悬浮磁铁可采用实心圆柱体或者空心圆柱体结构，位于超导螺管线圈的正上方。上悬浮磁铁的圆柱体中心轴线与超导螺管线圈的中心轴线重合。下悬浮磁铁可采用实心圆柱体或者空心圆柱体结构，位于超导螺管线圈的正下方。下悬浮磁铁的圆柱体中心轴线与超导螺管线圈的中心轴线重合。侧上定位磁铁采用空心圆柱体结构，套入超导螺管线圈并位于超导螺管线圈的上半部分。侧上定位磁铁空心圆柱体的中心轴线与超导螺管线圈的中心轴线重合。侧下定位磁铁采用空心圆柱体结构，套入超导螺管线圈并位于超导螺管线圈的下半部分。侧下定位磁铁空心圆柱体的中心轴线与超导螺管线圈的中心轴线重合。

所述的上悬浮磁铁、侧上定位磁铁、侧下定位磁铁、下悬浮磁铁的铁磁材料选择具有高矫顽力和高剩磁的磁性材料，如钕铁硼永磁材料。所述的连接杆选用机械强度较高而导热导率较低的材料，如不锈钢。

所述的上悬浮磁铁和下悬浮磁铁应根据超导螺管线圈的产生的磁场和超导螺管线圈的重量来设计尺寸和材料，使超导螺管线圈在通电工作后磁铁与超导螺管线圈之间能产生足够大的电磁斥力从而将超导螺管线圈支撑悬浮起来。侧上定位磁铁、侧下定位磁铁的空心圆柱体应尽可能与超导螺管线圈接近，以使超导螺管线圈在发生很小的偏倒的情况下便能与侧上定位磁铁和侧下定位磁铁之间产生较大的斥力，从而使超导线圈的偏倒角度尽可能小，将超导螺管线圈准确定位。

由于磁铁与超导螺管线圈之间无热接触，因此可以减少超导螺管线圈的传导漏热，降低所需制冷机功率。

附图说明

图1是本发明实施例的超导磁体支撑定位系统剖视示意图，图中：1制冷机、2低温容器、3导冷带、4超导螺管线圈、5上悬浮磁铁、6侧上定位磁铁、7侧下定位磁铁、8下悬浮磁铁、9连接杆；

图2是常规的超导磁体支撑定位系统剖视示意图，图中：10上拉杆、11下拉杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的超导磁体支撑定位系统由制冷机1、低温容器2、导冷带3、超导螺管线圈4、上悬浮磁铁5、侧上定位磁铁6、侧下定位磁铁7、下悬浮磁铁8及连接杆9组成。

所述的制冷机1通过导冷带3与超导螺管线圈4相连接，低温容器2通过连接杆9分别与上悬浮磁铁5、侧上定位磁铁6、侧下定位磁铁7、下悬浮磁铁8相连接。如图1所示，上悬浮磁铁5、下悬浮磁铁8和图2所示的常规超导磁体支撑定位系统的上拉杆10起支撑超导螺管线圈4作用。如图1所示，侧上定位磁铁6、侧下定位磁铁7替代图2所示的常规的超导磁体支撑定位系统的下拉杆11，起定位超导螺管线圈4的作用。

所述的上悬浮磁铁5、侧上定位磁铁6、侧下定位磁铁7、下悬浮磁铁8选用能产生较强磁场强度的材料，如钕铁硼永磁材料制造。所述的连接杆9选用机械强度较高而导热导率较低的材料，如不锈钢。

所述的上悬浮磁铁5设计成实心圆柱体或者空心圆柱体结构。上悬浮磁铁5位于超导螺管线圈4的正上方。上悬浮磁铁5圆柱体的对称轴线与超导螺管线圈4的对称轴线相重合。下悬浮磁铁8可采用实心圆柱体或者空心圆柱体结构。下悬浮磁铁8位于超导螺管线圈的正下方。下悬浮磁铁8圆柱体对称轴线与超导螺管线圈4的对称轴线重合。侧上定位磁铁6采用空心圆柱体结构。侧上定位磁铁6套入超导螺管线圈4并位于超导螺管线圈4的上半部分。侧上定位磁铁6空心圆柱体的对称轴线与超导螺管线圈4的对称轴线重合。侧下定位磁铁7采用空心圆柱体结构。侧下定位磁铁7套入超导螺管线圈4并位于超导螺管线圈4的下半部分。侧下定位磁铁7空心圆柱体的对称轴线与超导螺管线圈4的对称轴线重合。

所述的上悬浮磁铁5和下悬浮磁铁8根据超导螺管线圈4产生的磁场强度和超导螺管线圈4的重量来设计大小和尺寸，使超导螺管线圈4在通以一定大小的电流后，上悬浮磁铁5和下悬浮磁铁8与超导螺管线圈4之间能够产生足够大的电磁斥力，将超导螺管线圈4悬浮起来。侧上定位磁铁6和侧下定位磁铁7的尺寸应尽可能与超导螺管线圈4接近，以使超导螺管线圈4向任意方向偏倒很小的角度时即可受到很大的电磁斥力，从而使超导线圈4的偏倒尽可能小，将超导螺管线圈4准确定位。

超导磁体运行时，所述的制冷机1先通过导冷带3将超导线圈4降温于较低温度，此时给超导线圈4通以较小电流，超导线圈4产生一定的磁场并与下悬浮磁铁8产生斥力而悬浮起来。同时侧上定位磁铁6、侧下定位磁铁7也使悬浮的超导线圈4定位，使超导线圈4不与周围器件接触。当超导线圈4悬浮后便与周围环境的热连接达到最少，此时制冷机1便有更多的功率去进一步降低超导线圈4的温度，当超导线圈4的温度降低到所需的正常工作温度范围时，便可以给超导线圈4通以较大的工作电流，超导线圈4便可以正常工作。超导线圈4在较大的电流下将使下悬浮磁铁8对超导线圈4产生的电磁斥力增大，使超导线圈4上升，此时上悬浮磁铁5与超导线圈4之间的电磁斥力可以保证超导线圈4在上升时不会与其他器件相碰触。

Claims (3)

1.一种超导磁体的支撑定位系统，其特征是，所述的支撑定位系统由制冷机(1)、低温容器(2)、导冷带(3)、超导螺管线圈(4)、上悬浮磁铁(5)、侧上定位磁铁(6)、侧下定位磁铁(7)、下悬浮磁铁(8)及连接杆(9)组成；所述的制冷机(1)通过导冷带(3)与超导螺管线圈(4)相连接；所述的上悬浮磁铁(5)、下悬浮磁铁(8)、侧上定位磁铁(6)和侧下定位磁铁(7)分别通过连接杆(9)与低温容器(2)相连接；所述的上悬浮磁铁(5)位于超导螺管线圈(4)的正上方；所述的下悬浮磁铁(8)位于超导螺管线圈的正下方；所述的侧上定位磁铁(6)套入超导螺管线圈(4)并位于超导螺管线圈(4)的上半部分，侧下定位磁铁(7)套入超导螺管线圈(4)并位于超导螺管线圈(4)的下半部分；

所述的上悬浮磁铁(5)为实心圆柱体或空心圆柱体；上悬浮磁铁(5)的中心轴线与超导螺管线圈(4)的中心轴线重合；所述的下悬浮磁铁(8)为实心圆柱体或空心圆柱体；下悬浮磁铁(8)的中心轴线与超导螺管线圈(4)的中心轴线重合；所述的侧上定位磁铁(6)为空心圆柱体；侧上定位磁铁(6)的中心轴线与超导螺管线圈(4)的中心轴线重合；所述的侧下定位磁铁(7)为空心圆柱体；侧下定位磁铁(7)的中心轴线与超导螺管线圈(4)的中心轴线重合。

2.按照权利要求1所述的超导磁体支撑定位系统，其特征是，当所述的超导螺管线圈(4)通以电流时，超导螺管线圈(4)产生与上悬浮磁铁(5)和下悬浮磁铁(8)相斥的电磁力，将超导螺管线圈(4)悬浮于空中。

3.按照权利要求1所述的超导磁体支撑定位系统，其特征是，当所述的超导螺管线圈(4)通以电流时，产生与侧上定位磁铁(6)和侧下定位磁铁(7)相斥的电磁力，使超导螺管线圈(4)定位而不发生偏倒。