CN109300645A - 一种高温超导储能绕组 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种高温超导储能绕组，包括：绕组芯筒和超导绕组；超导绕组具体包括：一个第一超导线圈和两个第二超导线圈；第一超导线圈设置于绕组芯筒的中部；第二超导线圈分别设置于绕组芯筒的两端；第二超导线圈通过由若干根Y系超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成，且超导芯丝与复合超导带材的表面垂直。本申请基于线圈绕组的磁感线分布特性，通过由多根超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成的第二超导线圈，使得第二超导线圈中的超导芯丝与线圈绕组端部的径向磁感线近似平行，降低了电磁效应对第二超导线圈的影响，从而提高了超导带材电流传输能力，解决了超导绕组端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而降低的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及超导设备领域，尤其涉及一种高温超导储能绕组。
背景技术
随着高温超导带材制备技术的发展，采用Bi系和Y系高温超导带材制备的高温超导储能装置开始成为新的热点。由于Bi系和Y系高温超导带材在20-30K温区就具有较高的电磁性能，因此国内外普遍认为在该温区运行的高温超导储能装置具有一定的技术经济性。但是，高温超导带材目前均为矩形截面的带状导体，且根据磁感线的分布特性，由于超导线圈端部垂直带材表面的磁场较强，导致了超导绕组端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而大幅降低的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种高温超导储能绕组，用于解决超导绕组端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而大幅降低的技术问题。
本申请提供了一种高温超导储能绕组，包括：绕组芯筒和超导绕组；
所述超导绕组具体包括：一个第一超导线圈和两个第二超导线圈；
所述第一超导线圈设置于所述绕组芯筒的中部；
所述第二超导线圈分别设置于所述绕组芯筒的两端；
所述第二超导线圈通过由若干根Y系超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成，且所述超导芯丝与所述复合超导带材的表面垂直。
优选地，还包括：第一法兰和第二法兰；
所述第一法兰和所述第二法兰分别固定于所述绕组芯筒的两端固定。
优选地，所述绕组芯筒为非金属芯筒。
优选地，所述第一法兰与所述第二法兰均为非金属法兰。
优选地，所述绕组芯筒为G10玻璃钢芯筒。
优选地，所述第一法兰与所述第二法兰均为G10玻璃钢法兰。
优选地，所述第一超导线圈为通过Bi系超导带材绕制而成的超导绕组。
优选地，所述第一超导线圈为通过Y系超导带材绕制而成的超导绕组。
优选地，所述第一法兰和所述第二法兰均通过螺栓与所述绕组芯筒固定连接。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种高温超导储能绕组，包括：绕组芯筒和超导绕组；所述超导绕组具体包括：一个第一超导线圈和两个第二超导线圈；所述第一超导线圈设置于所述绕组芯筒的中部；所述第二超导线圈分别设置于所述绕组芯筒的两端；所述第二超导线圈通过由若干根Y系超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成，且所述超导芯丝与所述复合超导带材的表面垂直。
本申请基于线圈绕组的磁感线分布特性，通过设置于绕组端部的由若干根Y系超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成的第二超导线圈，使得第二超导线圈中的超导芯丝与线圈绕组端部的径向磁感线近似平行，降低了电磁效应对第二超导线圈的影响，从而提高了超导带材电流传输能力，解决了超导绕组端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而大幅降低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种高温超导储能绕组的整体结构示意图；
图2为本申请提供的一种高温超导储能绕组的超导绕组的内部结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种高温超导储能绕组，用于解决超导绕组端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而大幅降低的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1和图2，本申请提供了一种高温超导储能绕组，包括：绕组芯筒12和超导绕组2；
超导绕组2具体包括：一个第一超导线圈22和两个第二超导线圈21；
第一超导线圈22设置于绕组芯筒12的中部；
第二超导线圈21分别设置于绕组芯筒12的两端；
第二超导线圈21通过由若干根Y系超导芯丝211堆叠封装而成的复合超导带材210绕制而成，且超导芯丝211与复合超导带材210的表面垂直。
需要说明的是，本实施例基于线圈绕组的磁感线分布特性，通过设置于绕组端部的由若干根Y系超导芯丝211堆叠封装而成的复合超导带材210绕制而成的第二超导线圈21，使得第二超导线圈21中的超导芯丝211与线圈绕组端部的径向磁感线近似平行，降低了电磁效应对第二超导线圈21的影响，从而提高了超导带材电流传输能力，解决了超导绕组2端部的超导带材的载流能力因受磁场的影响而大幅降低的技术问题。
进一步地，还包括：第一法兰11和第二法兰13；
第一法兰11和第二法兰13分别固定于绕组芯筒12的两端固定。
进一步地，绕组芯筒12为非金属芯筒。
进一步地，第一法兰11与第二法兰13均为非金属法兰。
进一步地，绕组芯筒12为G10玻璃钢芯筒。
进一步地，第一法兰11与第二法兰13均为G10玻璃钢法兰。
进一步地，第一超导线圈22为通过Bi系超导带材绕制而成的超导绕组2。
进一步地，第一超导线圈22为通过Y系超导带材绕制而成的超导绕组2。
进一步地，第一法兰11和第二法兰13均通过螺栓与绕组芯筒12固定连接。
为了更便于理解本实施例的技术方案，下面将结合具体技术原理对本实施例的技术方案进行更进一步的讲解。
根据典型超导储能磁体的磁场分布特性，再结合超导线圈绕组的结构，可以得知，在超导绕组2的第一超导线圈22位置，磁力线矢量方向以平行于超导绕组2的轴向方向为主；越靠近端部超导线圈位置，磁力线矢量方向逐步从平行于轴线方向转变为垂直于轴线方向(平行于径向方向)。
再加上超导带材在使用中的电磁感应效应，超导材料在不同的磁场条件下的电流传输能力也不同，例如，以Amperium型YBCO超导体为例，假定超导绕组22工作于30K温度、1T磁感应强度，若磁感应强度B与电流I方向平行，则超导带材220的载流能力约为77K自场条件下的6倍；若磁感应强度B与电流I方向夹角为30°，则超导带材220的载流能力约为77K自场条件下的3.1倍；若磁感应强度B与电流I方向夹角为90°，则超导带材220的载流能力约为77K自场条件下的2.1倍，可知带材与磁感线的夹角越大，磁感应强度越大，带材的载流能力越小。
然后参阅图2，图2所示的为超导绕组2内部导体结构示意图。第二超导线圈21由复合超导带材210绕制而成，其基本结构与常规超导线圈绕制方法一致。区别点在于，本实施例的复合超导带材210由采用多根Y系超导芯丝211堆叠而成，堆叠的超导芯丝211外侧再包覆加强层材料，且堆叠后的超导芯丝211表面方向与复合超导带材210的表面方向垂直。本实施例中，第二超导线圈21的超导芯丝211由1mm宽的YBCO超导体组成。与此相对应，第一超导线圈22由单根超导芯组成的常规超导带材220绕制而成，其外部包覆加强层材料，其基本结构和绕制方法与常规超导线圈的绕制方法一致且其超导芯221与常规超导带材220的表面方向平行。
本实施例的超导绕组2用于组成一个螺线管线圈，通过接近无损耗的方式传输大电流而储存电磁能。本实施例的超导绕组2沿轴向大体可以分为第一超导线圈22和第二超导线圈21两大部分，其位置关系具体为第二超导线圈21，第一超导线圈22和第二超导线圈21。
当一个空心螺线管线圈在加载电流后，在螺线管中部的第一超导线圈22位置的磁场方向以沿轴向的磁场为主，而螺线管沿轴向的两侧第二超导线圈21位置的磁场方向则以沿径向的磁场为主。为降低磁场对超导带材传输电流能力的影响，则选择在螺线管轴向磁场较大的中部超导线圈位置放置常规高温超导带材。由于螺线管中部的平行磁场对Bi系或Y系超导带材传输性能的影响相对较小，因此第一超导线圈22可以使用Bi系或Y系任意一种超导带材绕制。在螺线管端部的第二超导线圈21采用的是由复合超导带材210绕制的超导线匝，且基于复合超导带材210的超导芯丝211与带材表面垂直的特殊结构，本实施例的复合超导带材210优选Y系超导材料封装制作，从而使得复合超导体内部超导芯丝211同样近似平行于径向磁场，降低磁场对该位置超导带材电流传输能力的影响。
另外，本实施例提供的一种高温超导储能绕组，还包括：由绕组芯筒12、第一法兰11以及第二法兰13构成的超导绕组限位机构1，用于实现超导绕组2的定位，为降低充、放电过程中涡流损耗的影响，一般均采用耐低温的非金属材料制作，如玻璃钢等，本实施例的超导绕组限位机构1优选采用G10玻璃钢制作。绕组芯筒12为环状套筒结构，超导绕组2逐一同心套装在绕组芯筒12上；第一法兰11和第二法兰13通过非金属螺栓固定在绕组芯筒12的两端，既可以将超导绕组2在轴向进行定位，也可以保护超导绕组2不受外部磕碰的影响。此外，一般超导绕组2都悬挂在低温容器内部，因此超导绕组限位机构1的第一法兰11或第二法兰13中的至少一个应设置有用于连接悬挂件的连接端口。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种高温超导储能绕组，其特征在于，包括：绕组芯筒和超导绕组；
所述超导绕组具体包括：一个第一超导线圈和两个第二超导线圈；
所述第一超导线圈设置于所述绕组芯筒的中部；
所述第二超导线圈分别设置于所述绕组芯筒的两端；
所述第二超导线圈通过由若干根Y系超导芯丝堆叠封装而成的复合超导带材绕制而成，且所述超导芯丝与所述复合超导带材的表面垂直。
2.根据权利要求1所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，还包括：第一法兰和第二法兰；
所述第一法兰和所述第二法兰分别固定于所述绕组芯筒的两端固定。
3.根据权利要求1所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述绕组芯筒为非金属芯筒。
4.根据权利要求2所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述第一法兰与所述第二法兰均为非金属法兰。
5.根据权利要求3所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述绕组芯筒为G10玻璃钢芯筒。
6.根据权利要求4所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述第一法兰与所述第二法兰均为G10玻璃钢法兰。
7.根据权利要求1所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述第一超导线圈为通过Bi系超导带材绕制而成的超导绕组。
8.根据权利要求1所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述第一超导线圈为通过Y系超导带材绕制而成的超导绕组。
9.根据权利要求2所述的一种高温超导储能绕组，其特征在于，所述第一法兰和所述第二法兰均通过螺栓与所述绕组芯筒固定连接。
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