CN107799264B - 一种高温超导磁体的固定架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温超导磁体的固定架，该架由彼此平行设置的盖板和环形固定件组成；所述环形固定件的横截面方向设有与环形线圈内径相连的环形槽；所述环形固定件由卯榫连接的弧形件组成；所述固定架与制冷组件相连。本发明提供的高温超导磁体的固定架，确保了超导磁体的安全温度和超导磁体的功能特性，降低材料生产和使用成本、提高产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定架，具体涉及一种高温超导磁体的固定架。
背景技术
作用在磁体线圈上的力可分为三类：线圈绕制力，施加预应力和支撑所引起的机械力。线圈冷却过程中，由于材料收缩不一致引起的热机械力；线圈通电时产生的安培力。对于大型超导磁体而言，由于电流密度高，因而线圈通电时会产生非常大的安培力，以致引起超导带材临界电流的退化，因此人们十分关注超导磁体的支撑结构。大型超导磁储能中一般用环形超导磁体，基于复合超导体绕制的超导储能磁体在储存能量提高后，将会引起磁体磁通密度增加，体积变大，突出表现在力学性能上。另一方面，传导冷却介质的高温超导磁体系统一般由制冷机、高温超导磁体、磁体保护电路和电源等组成，所以传导冷却也称为制冷机直接冷却。磁体内部的导冷结构与超导体绕组直接接触，以热传导的方式将磁体运行过程中产生的热量带走。而对于大型超导磁体而言，传导冷却介质的时间非常漫长。
本发明针对传导冷却环形超导磁体提供了一种支撑结构，该结构不仅可以实现其机械支撑，而且也可实现热传导功能，这对传导冷却的大型超导磁体尤为重要。
本发明人长期大量观察、研究、分析发现：现有的固定超导磁体的固定架存在以下不足：
1、对于大型传导冷却超导磁体的制冷速度慢，无法快速有效的降低磁体温度。
2、饼式线圈存在垂直地面的方向并沿圆周方向放置的固定问题，已有的方案中将饼式线圈放入矩形扁状盒内，来解决垂直地面方向并沿圆周方向固定问题，其不足之处是这种结构不利于线圈的冷却，冷却成本高。
3、一般而言，环形超导磁体的饼式线圈的安装难易程度与所采用的固定支撑结构紧密相关，特别是对于大型超导磁体，其饼式线圈多且重量重，需要大型机械进行吊装和安装。
4、大型超导磁体的电磁力问题突出，需要采用可靠的固定件进行固定和支撑。
为此，所以需要提供一种高温超导磁体的固定架，以避免超导磁体的温度超过它的最大安全值、保证超导磁体的功能特性，降低生产和使用成本、提高产品的可靠性。
发明内容
要解决现有技术的不足，本发明提供了下述技术方案来实现的：
本发明提供一种高温超导磁体的固定架，所述固定架包括平行设置的盖板(2)、位于所述盖板(2)间轴向设置的固定柱(3)和与所述轴向垂直设置的环形固定件(4)；其特征在于，沿所述环形固定件(4)纵向均匀设有放置环形线圈(1)的环形槽；所述固定架与制冷组件相连。
第一优选方案为，所述环形固定件(4)由相同弧度部件组成环形固定件，所述相同弧度部件间为卯榫连接，垂直于所述环形固定件(4)轴向上设有支撑杆(5)。
第二优选方案为，所述环形固定件(4)下端均匀分布有螺纹孔，所述螺纹孔用于连接所述支撑杆(5)。
第三优选方案为，所述支撑杆(5)为两端分别与所述环形固定件(4)连接的和贯通所述盖板(2)后同制冷组件连接的中空型支撑杆。
第四优选方案为，所述环形固定件(4)和固定柱(3)的表面覆有一层既绝缘又导热的材料，所述材料按重量份数计，包括43～55份的线型低密度聚乙烯，33～46份的氮化硅，15～23份的抗氧剂，3～8份的硅烷偶联剂。
第五优选方案为，所述高温超导磁体包括依次设置的复合导体芯(6)、冷却介质通道(7)、电工铝包覆的辅助套管(8)和绝缘层(9)，其特征在于，所述复合导体芯(6)包括超导带材(10)并联导体和其外侧设置的横截面为U型的金属管套(12)；所述U型金属管套开口处设有金属盲板(13)。
第六优选方案为，所述超导带材(10)叠层排列。
第七优选方案为，所述超导带材(10)外设有并联导体外包层(11)，所述并联导体外包层(11)由内向外依次为镀银铜丝层和铝层，所述镀银厚度为0.001～0.002mm。
第八优选方案为，所述电工铝包覆的辅助套管(8)为外方内圆的金属套管，内腔与所述复合导体芯(6)侧面过盈配合固定。
第九优选方案为，所述电工铝包覆的辅助套管(8)由按质量百分比计的下述组份制得：硅0.6％，铁0.7％，铜0.05～0.2％，锰1.0～1.5％，锌0.1％，其他杂质0.15％，其余为铝。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1、本申请提供的传导冷却环形高温超导磁体固定架为可拆卸设计，拆卸组装简单、生产使用成本低。
2、本申请提供的传导冷却环形高温超导磁体固定架采用导热绝缘塑料材料，导热效率增加一倍以上、同时具有优异的机械加工性能和电绝缘性能。
3、本申请提供的固定架和环形线圈通过环形槽固定，固定牢固、散热效率高。
4、本申请提供的传导冷却环形高温超导磁体固定架表面涂有导热绝缘材料，提高了固定架的导热和绝缘性能。
5、本申请提供的环形固定件为具有凸起和凹槽部分的结构，且两者实现了卯榫连接，不需采用其他器件进行连接固定，结构简单，安装可靠，更便于饼式线圈在圆周方向的装卸。
附图说明
图1为本发明提供的高温超导磁体固定架示意图；
图2为本发明提供的环形固定件示意图；
图3为本发明提供的环形固定件示意图；
图4为本发明提供的复合超导线示意图。
其中，1—环形线圈、2—盖板、3—固定柱、4—环形固定件、5—支撑杆、6—复合导体芯，7—冷却介质通道，8—电工铝包覆的辅助套管，9—绝缘层，10—超导带材，11—并联导体外包层，12—U型金属管套，13—金属盲板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种高温超导磁体的固定架，所述高温超导磁体为复合超导线缠绕而成的饼式线圈1；所述固定架为圆柱形，其包括两块平行设置的盖板2、夹在所述盖板2之间的固定柱3和与所述固定柱3垂直轴心设置的环形固定件4；
如图2所示，所述环形固定件4横截面方向设有与所述环形线圈1内径相连的环形槽；所述固定架与制冷组件相连。
如图3所示，所述环形固定件4由四个相同部分相互连接组成360度环形的固定件，其中每个部分的一端设有燕尾形凸起，另一端设有燕尾形凹槽两者可构成卯榫连接，本部分的凸起可嵌入相邻部分的凹槽，环形固定件4的四个相同部分均可通过上述方式连接并最终形成环形固定件4，且便于其上的饼式线圈的安装和拆卸；所述环形线圈1安装于环形固定件4的凹槽内。
如图1所示，固定柱3两端分别连接两块平行设置的盖板2，所述环形线圈1安装于环形固定件4的凹槽上之后，其外径与固定柱3相接触，可以加强环形线圈1的径向机械强度。如图2所示，所述环形固定件4下端均匀分布有螺纹孔，所述螺纹孔用于连接中空设置的支撑杆5的一端，所述支撑杆5的另一端贯通盖板2的下侧盖板后连接制冷组件，从而保证了环形固定件3及嵌入其上的环形线圈1与下盖板不接触。所述环形固定件4和固定柱3的表面覆有一层既绝缘又导热的材料，所述材料按重量份数计，包括43～55份的线型低密度聚乙烯，33～46份的氮化硅，15～23份的抗氧剂，3～8份的硅烷偶联剂，通过热传导的方式，将磁体运行过程中产生的热量带走。
如图4所示，所述高温超导磁体包括依次设置的复合导体芯6、冷却介质通道7、电工铝包覆的辅助套管8和绝缘层9，其特征在于，所述复合导体芯6包括超导带材10并联导体和其外侧设置的横截面为U型的金属管套12；所述U型金属管套开口处设有金属盲板13。
所述超导带材10叠层排列；所述超导带材10外设有并联导体外包层11，所述并联导体外包层11由内向外依次为镀银铜丝层和铝层，所述镀银厚度为0.001～0.002mm；所述电工铝包覆的辅助套管8为外方内圆的金属套管，内腔与所述复合导体芯6侧面过盈配合固定；所述电工铝包覆的辅助套管8由按质量百分比计的下述组份制得：硅0.6％，铁0.7％，铜0.05～0.2％，锰1.0～1.5％，锌0.1％，其他杂质0.15％，其余为铝。
上述材料配比可避免高温超导复合导体的热负荷增加超过它的最大安全值，保护内部超导带材，提高高温超导复合导体载流运行稳定性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范之内。
Claims (7)
1.一种高温超导磁体的固定架，所述固定架包括平行设置的盖板(2)、位于所述盖板(2)间轴向设置的固定柱(3)和与所述轴向垂直设置的环形固定件(4)；其特征在于，沿所述环形固定件(4)纵向均匀设有放置环形线圈(1)的环形槽；所述固定架与制冷组件相连；
所述环形固定件(4)由相同弧度部件组成，所述相同弧度部件间为卯榫连接，垂直于所述环形固定件(4)轴向上设有支撑杆(5)；
所述环形固定件(4)下端设有连接所述支撑杆(5)的孔；
所述支撑杆(5)为两端分别与所述环形固定件(4)连接的和贯通所述盖板(2)后同制冷组件连接的中空型支撑杆。
2.如权利要求1所述的固定架，其特征在于，所述环形固定件(4)和固定柱(3)分别敷有绝缘导热层，该绝缘导热层由按重量份数计的下述材料制得：43～55份的线型低密度聚乙烯，33～46份的氮化硅，15～23份的抗氧剂，3～8份的硅烷偶联剂。
3.如权利要求1所述的固定架，其特征在于，所述高温超导磁体包括依次设置的复合导体芯(6)、冷却介质通道(7)、电工铝包覆的辅助套管(8)和绝缘层(9)，其特征在于，所述复合导体芯(6)包括超导带材(10)并联导体和其外侧设置的横截面为U型金属管套(12)；所述U型金属管套开口处设有金属盲板(13)。
4.如权利要求3所述的固定架，其特征在于，所述超导带材(10)叠层排列。
5.如权利要求3所述的固定架，其特征在于，所述超导带材(10)外设有并联导体外包层(11)，所述并联导体外包层(11)由内向外依次为镀银铜丝层和铝层，所述镀银厚度为0.001～0.002mm。
6.如权利要求3所述的固定架，其特征在于，所述电工铝包覆的辅助套管(8)为外方内圆的金属套管，内腔与所述复合导体芯(6)侧面过盈配合固定。
7.如权利要求3所述的固定架，其特征在于，所述电工铝包覆的辅助套管(8)由按质量百分比计的下述组份制得：硅0.6％，铁0.7％，铜0.05～0.2％，锰1.0～1.5％，锌0.1％，其他杂质0.15％，其余为铝。
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| GR01 | Patent grant | ||
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