CN108461248A - 一种复合超导体线圈 - Google Patents

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Abstract

一种复合超导体线圈，该线圈采用ROEBEL复合超导体绕制而成，该复合超导体由多根高温超导带材编制而成，具有空间交叉换位结构特征。该线圈包括具有双饼线圈结构的复合超导体线圈绕组2、所述复合超导体线圈绕组2的环形线圈骨架4、位于两所述环形线圈骨架4间同轴心设置的环形线圈隔板1、分别位于所述复合超导体线圈绕组2的上下表面的环形线圈盖板3、与所述复合超导体线圈绕组2导线的自由端相连的电流引线结构5和设于复合超导体线圈绕组径向外侧的固定加强结构6。本发明提供的复合超导体线圈的电流引线结构减小了接头电阻，提高了接头的可靠性。本发明提供的复合超导体线圈的固定加强结构增强了线圈强度，增加了线圈间的热接触，避免了复合超导体无法用环氧树脂固化所造成的线圈松散以及线圈强度低的劣势。

Description

一种复合超导体线圈
技术领域
本发明涉及一种超导电工装置技术，特别涉及一种复合超导体线圈构造方法。
背景技术
随着电力技术的不断发展，智能电网对储能技术的需求日益迫切。高温超导磁储能技术具有动态响应快，功率密度高的特点，是一种很有竞争力的智能储能技术。在电流处于动态变化时，高温超导磁储能系统中的超导材料会产生交流损耗，产生热量，导致超导材料出现温升影响超导材料乃至超导磁储能系统的稳定性，进而需要制冷系统，增加设计，给保护和并网控制增加了难度。因此，减小交流损耗是超导磁储能技术中需要解决的关键问题。
为了减小电磁线中电流分布不均带来的高损耗，采用勒贝尔线缆(Roebel Cable)结构，该结构的导线通过股线间的不断换位，使不同股线处于相同的磁场环境下，从而实现电磁线中电流的均匀分布。近年来，该种结构可用于高温超导导线的制备，形成一种称为复合超导体的新型超导线结构。有研究发现，在同样的匝数情况下，复合超导体的交流损耗低于超导线叠的交流损耗。将复合超导体应用于超导磁储能系统可以有效地提高其热稳定性，并且由于复合超导体是多股并联结构，在同样的储能值下电感值越小，储能系统的动态响应速度提高的越快。复合超导体在储能系统得到了广泛的应用。
但是，现有的复合超导体线圈的绕制存在弊端。由于复合超导体的特殊结构，其接头部分无法采用普通超导线圈接头的简单结构，需要采用较为特殊的接头结构和焊接工艺。而且复合超导体所采用的超导材料是ReBCO涂层导体，无法采用环氧树脂浸渍，在通电运行过程中超导线圈要承受很大的洛仑兹电磁力，由于线圈自身过大的应力而导致性能衰减。并在传导冷却条件下，未固化的超导线圈导热条件较差，超导线圈产生的交流损耗热量无法及时带走，造成热量聚集，温度上升，影响超导线圈的热稳定性。
因此需提供一种接头改进的和加强固化结构的超导线圈。
发明内容
为满足现有技术的缺陷，提供一种具有新型接头和固化结构的复合超导线圈，从而解决现有技术的复合超导体线圈的绕制问题和固化加强问题，避免了复合超导体无法用环氧树脂固化而造成线圈松散以及线圈强度较低的劣势，提高线圈的稳定性和可靠性。
本发明通过以下技术方案实现。
一种复合超导体线圈，该线圈采用ROEBEL复合超导体绕制而成，该复合超导体由多根高温超导带材编制而成，具有空间交叉换位结构特征；该线圈包括具有双饼线圈结构的复合超导体线圈绕组(2)、所述复合超导体线圈绕组(2)的环形线圈骨架(4)、位于两所述环形线圈骨架(4)间同轴心设置的环形线圈隔板(1)、分别位于所述复合超导体线圈绕组(2)的上下表面的环形线圈盖板(3)、与所述复合超导体线圈绕组(2)导线的自由端相连的电流引线结构(5)和设于复合超导体线圈绕组径向外侧的固定加强结构(6)。
优选的，所述电流引线结构(5)包括径向从内层至外层依次设置的支撑复合超导体引出端(8)的接头支撑架7、与复合超导体线圈2自由端相连的复合超导体引出端(8)、连接复合超导体外表面不连续界面和外部电流引线端子(10)的均流保护铜板(9)和外部引线端子(10)。
优选的，节距为所述复合超导体线圈(2)中股线在复合超导体中相对位置重复出现一次的距离；所述均流保护铜板(9)的长度与所述节距的比为0.9:1～1.1:1；所述均流保护铜板的厚度等于复合超导体的宽度且不大于10mm。
优选的，所述电流引线结构成型时用50℃～250℃熔点的焊锡焊接；焊接温度为50℃～300℃、焊接时间不超过1min。
优选的，所述焊锡熔点为183℃。
优选的，所述固定加强结构(6)包括围绕在线圈绕组径向外侧的固定加强带(12)、设于所述固定加强带(12)的一端的加强带固定端(11)、设于所述固定加强带(12)的另一端的固定在线圈绕组上的加强带滑槽(13)和嵌入在加强带滑槽(13)中由张紧螺栓控制张力大小的加强带滑块(14)。
优选的，所述固定加强带(12)由按质量百分比计的下述组份制备的材料制得C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：≤2.00％；S：≤0.030％；P：≤0.035％；Cr：17.00～19.00％；Ni：8.00～11.00％；Ti：5(C-0.02)～0.80％；其余为Fe。
优选的，所述复合超导体线圈需在真空浸蜡机中用石蜡固化。
优选的，所述复合超导体选用稀土钡铜氧型(ReBCO)超导带材。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
本发明提供的复合超导体线圈减小了接头电阻，提高了接头的可靠性。
本发明提供的复合超导体线圈固定加强结构增强了线圈强度，增加了线圈匝间的热接触，避免了复合超导体的线圈松散和强度低的缺点。
附图说明：
图1为本发明提供的复合超导体线圈整体结构示意图；
图2为本发明提供的复合超导体线圈绕组的侧视图；
图3为本发明提供的复合超导体线圈正视图；
图4为本发明提供的复合超导体线圈电流引线结构示意图；
图5为本发明提供的复合超导体线圈固定加强结构示意图；
其中，1线圈隔板、2复合超导体线圈绕组、2-1复合超导体线圈绕组上层线圈、2-2复合超导体线圈绕组下层线圈、3线圈盖板、4线圈骨架钮、5电流引线结构、6固定加强结构、7接头支撑架、8复合超导体引出端、9均流保护铜板、10外部引线端子、11加强带固定端、12固定加强带、13加强带滑槽、14加强带滑块。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明并不限于这些实施例。
如图1～5所示为本发明提供的复合超导体线圈示意图。
该线圈包括具有双饼线圈结构的复合超导体线圈绕组2、绕制复合超导体线圈绕组2的环形线圈骨架4、位于两所述环形线圈骨架4间同轴心设置的环形线圈隔板1、位于复合超导体线圈绕组2的上下表面同轴心设置的两环形线圈盖板3、与所述复合超导体线圈绕组2导线自由端相连的电流引线结构5和设于复合超导体线圈绕组外侧的固定加强结构6。
电流引线结构5包括依次设置的用于支撑复合超导体引出端8的接头支撑架7、与复合超导体线圈2自由端相连的复合超导体引出端8、连接复合超导体外表面不连续界面和外部电流引线端子10的均流保护铜板9和外部引线端子10。
该复合超导体的节距为300mm，由10股YBCO导线编织而成。总宽度为12mm，所绕制的线圈内径为320mm。接头处的均流保护铜板的总长度等于节距300mm，铜板的厚度为2mm。均流保护铜板与复合超导体选用60Sn-40Pb焊锡热吹风焊接。焊接温度不超过300摄氏度，焊接时间不超过1分钟。焊接均流保护铜板后，焊接电流引线外部端子。
固定加强结构6包括围绕在线圈绕组外侧的固定加强带12、设于所述固定加强带的一端的加强带固定端11、设于所述固定加强带的另一端的固定在线圈绕组上的加强带滑槽13和嵌入在加强带滑槽13中由张紧螺栓控制张力大小的加强带滑块14。
固定加强带由按质量百分比计的下述组份制备的材料制得C：0.12％；Si：1.00％；Mn：2.00％；S：0.030％；P：0.035％；Cr：18.00％；Ni：10.00％；Ti：0.6％；Fe：68.215％。
固定加强带的宽度等于复合超导体的宽度12mm，厚度选为0.5mm。厚度过薄则强度过低，无法起到固定加强的作用，厚度过厚则固定加强带太硬，不易弯曲。固定加强带一端固定在线圈的结构主体上，另一端则在滑槽内滑动，以便于调节张力大小，确保线圈的强度。待线圈装配完成之后，将线圈置于真空浸蜡机之中，用石蜡将整个线圈进行固化。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合超导体线圈，其特征在于，该线圈采用ROEBEL复合超导体绕制而成，该复合超导体由多根高温超导带材编制而成，具有空间交叉换位结构特征；该线圈包括具有双饼线圈结构的复合超导体线圈绕组(2)、所述复合超导体线圈绕组(2)的环形线圈骨架(4)、位于两所述环形线圈骨架(4)间同轴心设置的环形线圈隔板(1)、分别位于所述复合超导体线圈绕组(2)的上下表面的环形线圈盖板(3)、与所述复合超导体线圈绕组(2)导线的自由端相连的电流引线结构(5)和设于复合超导体线圈绕组径向外侧的固定加强结构(6)。
2.如权利要求1所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述电流引线结构(5)包括径向从内层至外层依次设置的支撑复合超导体引出端(8)的接头支撑架7、与复合超导体线圈2自由端相连的复合超导体引出端(8)、连接复合超导体外表面不连续界面和外部电流引线端子(10)的均流保护铜板(9)和外部引线端子(10)。
3.如权利要求2所述的复合超导体线圈，其特征在于，节距为所述复合超导体线圈(2)中股线在复合超导体中相对位置重复出现一次的距离；所述均流保护铜板(9)的长度与所述节距的比为0.9:1～1.1:1；所述均流保护铜板的厚度等于复合超导体的宽度且不大于10mm。
4.如权利要求2所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述电流引线结构成型时用50℃～250℃熔点的焊锡焊接；焊接温度为50℃～300℃、焊接时间不超过1min。
5.如权利要求4所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述焊锡熔点为183℃。
6.如权利要求1所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述固定加强结构(6)包括围绕在线圈绕组径向外侧的固定加强带(12)、设于所述固定加强带(12)的一端的加强带固定端(11)、设于所述固定加强带(12)的另一端的固定在线圈绕组上的加强带滑槽(13)和嵌入在加强带滑槽(13)中由张紧螺栓控制张力大小的加强带滑块(14)。
7.如权利要求6所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述固定加强带(12)由按质量百分比计的下述组份制备的材料制得C：≤0.12％；Si：≤1.00％；Mn：≤2.00％；S：≤0.030％；P：≤0.035％；Cr：17.00～19.00％；Ni：8.00～11.00％；Ti：5(C-0.02)～0.80％；其余为Fe。
8.如权利要求1所述的复合超导体线圈，其特征在于，所述复合超导体线圈需在真空浸蜡机中用石蜡固化。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112912973A (zh) * 2018-10-15 2021-06-04 托卡马克能量有限公司 高温超导体磁体
CN113257515A (zh) * 2021-07-12 2021-08-13 四川大学 一种高温超导双饼线圈及其绕制固定方法
CN114785020A (zh) * 2022-05-27 2022-07-22 中国原子能科学研究院 电磁线圈

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63256285A (ja) * 1987-04-15 1988-10-24 Hitachi Ltd 超電導マグネツト支持構造体
CN1385951A (zh) * 2001-05-15 2002-12-18 通用电气公司 一种跑道形状的高温超导线圈
US20090140831A1 (en) * 2005-11-02 2009-06-04 Trithor Gmbh Coil for Producing a Magnetic Field
CN202422900U (zh) * 2012-02-10 2012-09-05 中国科学院高能物理研究所 一种真空浸蜡式超导除铁器磁体结构
CN102789864A (zh) * 2012-08-16 2012-11-21 北京云电英纳超导电缆有限公司 弹性超导磁体骨架及制作方法
CN104112561A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 住友重机械工业株式会社 超导磁铁
CN104218775A (zh) * 2014-08-31 2014-12-17 中国科学院电工研究所 一种用于超导电机的电流引线

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63256285A (ja) * 1987-04-15 1988-10-24 Hitachi Ltd 超電導マグネツト支持構造体
CN1385951A (zh) * 2001-05-15 2002-12-18 通用电气公司 一种跑道形状的高温超导线圈
US20090140831A1 (en) * 2005-11-02 2009-06-04 Trithor Gmbh Coil for Producing a Magnetic Field
CN202422900U (zh) * 2012-02-10 2012-09-05 中国科学院高能物理研究所 一种真空浸蜡式超导除铁器磁体结构
CN102789864A (zh) * 2012-08-16 2012-11-21 北京云电英纳超导电缆有限公司 弹性超导磁体骨架及制作方法
CN104112561A (zh) * 2013-04-19 2014-10-22 住友重机械工业株式会社 超导磁铁
CN104218775A (zh) * 2014-08-31 2014-12-17 中国科学院电工研究所 一种用于超导电机的电流引线

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112912973A (zh) * 2018-10-15 2021-06-04 托卡马克能量有限公司 高温超导体磁体
CN113257515A (zh) * 2021-07-12 2021-08-13 四川大学 一种高温超导双饼线圈及其绕制固定方法
CN114785020A (zh) * 2022-05-27 2022-07-22 中国原子能科学研究院 电磁线圈

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