CN109841370A - 一种传导冷却磁体结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导磁体技术领域，公开一种传导冷却磁体结构。该传导冷却磁体结构包括外骨架和超导线圈；外骨架为中空圆柱结构，其一端为敞口结构，另一端设有圆环状端面，超导线圈设置于外骨架中，超导线圈与外骨架之间设有绝缘层。本发明公开的传导冷却磁体结构，省去了内骨架，在磁体结构中间预留相同的内孔，缩小超导线圈的内径尺寸，减少超导线的使用量，降低成本；有利于达到预设的中心磁场强度；可缩短该冷却磁体系统的降温时间；通过外骨架代替绑扎线或抱箍，提高对超导线圈的支撑强度。本发明还公开了一种传导冷却磁体结构的制造方法，用于制造上述的传导冷却磁体结构，该方法操作简单，可以保证超导线圈成型效果、整体结构的可靠性更好。

Description

一种传导冷却磁体结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种传导冷却磁体结构及其制造方法。

背景技术

传统超导磁体系统采用的是液氦浸泡的冷却方式，这种冷却方式的超导磁体具有温度均匀、稳定，抗干扰能力强，可靠性比较高等优点。但是液氦浸泡式超导磁体结构复杂、降温操作复杂，对操作人员的技术能力要求较高、降温和失超都需要大量的液氦，成本高。

随着4K制冷技术的发展，传导冷却磁体应运而生。传导冷却磁体具有机械结构简单、降温操作简单、传导冷却磁体不消耗液氦，降温成本极低。

现有传导冷却磁体结构由内到外分别为：内骨架、超导线圈、绑扎线或抱箍。其中，内骨架和绑扎线对超导线圈起支撑固定作用。但是，由于内骨架占据一定空间，导致在相同的使用孔径下超导线圈需求量较大，成本提升；此外，绑扎线为柔性材料，对超导线圈支撑强度较弱。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种传导冷却磁体结构及其制造方法，以解决内骨架占据一定空间，导致在磁体结构中间预留相同的内孔下，超导线圈需求量较大，成本提升，以及绑扎线为柔性材料，对超导线圈支撑强度较弱等问题。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种传导冷却磁体结构，包括：

外骨架，所述外骨架为中空圆柱结构，其一端为敞口结构，另一端设有圆环状端面；及

超导线圈，设置于所述外骨架中，所述超导线圈与所述外骨架之间设有绝缘层。

作为优选，所述外骨架的敞口端与法兰连接。

作为优选，所述超导线圈与所述法兰之间设有绝缘层。

作为优选，所述超导线圈与所述外骨架侧壁之间的所述绝缘层为树脂材料。

作为优选，所述外骨架中设有内骨架，所述超导线圈设于所述内骨架与所述外骨架之间。

作为优选，所述内骨架为圆柱结构。

本发明提供一种上述传导冷却磁体结构的制造方法，包括如下步骤：

S1、准备绕线工装，将超导线圈缠绕在所述绕线工装上；

S2、在圆环状端面上贴设绝缘层，将所述超导线圈和所述绕线工装一起安装在外骨架中；

S3、将所述超导线圈、所述绕线工装和所述外骨架进行浸渍和固化处理；

S4、拆除浸渍工装和所述绕线工装。

作为优选，步骤S1中准备绕线工装，包括以下步骤：

所述绕线工装为圆柱结构，沿所述绕线工装轴向方向上连接两个法兰，在两个所述法兰和所述绕线工装之间贴设脱模剂。

本发明还提供另一种上述传导冷却磁体结构的制造方法，包括如下步骤：

S1、准备绕线工装，将超导线圈缠绕在所述绕线工装上；

S2、将所述超导线圈和所述绕线工装进行第一次浸渍和固化处理；

S3、拆除所述绕线工装，将所述超导线圈从所述绕线工装上取下；

S4、在圆环状端面上贴设绝缘层，将所述超导线圈安装在外骨架中；

S5、将所述超导线圈和所述外骨架进行第二次浸渍和固化处理；

S6、拆除浸渍工装。

本发明的有益效果为：

本发明公开的传导冷却磁体结构，省去了内骨架，在磁体结构中间预留相同的内孔情况下，缩小超导线圈的内径尺寸，从而减少超导线的使用量和重量，降低成本；超导线圈内径的减小有利于达到预设的中心磁场强度；超导线圈重量减小可缩短整个冷却磁体系统的降温时间；此外，通过外骨架代替绑扎线或抱箍，为超导线圈提高反向作用力以平衡其在工作状况下受到的磁场力，提高对超导线圈的支撑强度。

本发明还公开了一种传导冷却磁体结构的制造方法，用于制造上述的传导冷却磁体结构，该方法操作简单，可以保证超导线圈成型效果、整体结构的可靠性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式一提供的传导冷却磁体结构的立体图；

图2是本发明具体实施方式一提供的传导冷却磁体结构的爆炸图；

图3是本发明具体实施方式一提供的外骨架的立体图；

图4是本发明具体实施方式三提供的传导冷却磁体结构的制造方法的流程图；

图5是本发明具体实施方式三提供的绕线工装与法兰的连接关系示意图；

图6是本发明具体实施方式四提供的传导冷却磁体结构的制造方法的流程图。

图中：

1-外骨架；11-圆环状端面；12-第二通孔；2-超导线圈；3-绝缘层；4-法兰；41-第一通孔；5-绕线工装；6-脱模剂。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。

实施例一：

如图1-图3所示，本实施方式提供一种传导冷却磁体结构，该磁体结构包括外骨架1和超导线圈2。其中，外骨架1为中空圆柱结构，其一端为敞口结构，另一端设有圆环状端面11；超导线圈2设置于外骨架1中，超导线圈2与外骨架1之间设有绝缘层3。

不论是现有技术的传导冷却磁体结构，还是本发明提供的传导冷却磁体结构，都需要在磁体结构的中间留设一定尺寸的内孔，用于穿设其它筒状部件，而本发明由于省去了内骨架，导致超导线圈2的内径尺寸缩小了两倍的内骨架壁厚，从而可以减少超导线的使用量和重量，降低成本；超导线圈2内径的减小有利于达到预定的中心磁场强度，预定参数根据实际情况而定，这里不作具体限定；超导线圈2重量减小可缩短整个冷却磁体系统的降温时间。另一方面，超导线圈2在使用时受到垂直绑扎线或抱箍向外的磁场力，而本发明通过外骨架1代替柔性的绑扎线或抱箍，为超导线圈2提供反作用力以平衡磁场力，提高对超导线圈2的支撑强度。

超导线圈2在外部通过绕线设备缠绕完成后，将超导线圈2安装在圆环状端面11上，然后将法兰4安装在外骨架1的敞口端，从而将超导线圈2固定在外骨架1和法兰4内。本实施例中，法兰4为圆环状结构，沿法兰4环向方向均匀设置多个第一通孔41，外骨架1上与第一通孔41相对应的位置设置第二通孔12，再通过连接件穿设第一通孔41和第二通孔12，实现法兰4与外骨架1的固定连接。

进一步地，在法兰4底部和外骨架1的圆环状端面11上均涂覆绝缘层3，绝缘层3可选玻璃钢。通过浸渍和固化工艺在超导线圈2与外骨架1侧壁之间附着树脂材料(图中未示出)，树脂材料可选环氧树脂。由于外骨架1、法兰4采用金属材料制成，上下两层的绝缘层3和侧向方向的环氧树脂可防止超导线圈2向法兰4和外骨架1传导电压，起绝缘作用。

实施例二：

本实施方式提供一种传导冷却磁体结构，该磁体结构包括外骨架1和超导线圈2。与本实施一的区别在于：外骨架1的圆环状端面11上连接内骨架，超导线圈2设于内骨架与外骨架1之间。作为优选，内骨架设于外骨架1的中心，为中空圆柱结构，内骨架可以与外骨架1一体成型制造。需要指出的是，内骨架用于缠绕超导线圈2，与实施例一相比，不需要增加额外的绕线设备，加工方便。

与现有技术相比，本实施例中内骨架的壁厚可以经车削加工得更薄，在磁体结构保证相同的预留内孔的情况下，可减少超导线圈2内径尺寸，从而减少超导线的使用量，降低成本。另一方面，本发明通过外骨架1代替绑扎线或抱箍，提高对超导线圈2的支撑强度。

进一步地，在法兰4底部、外骨架1的圆环状端面11和内骨架外壁上均设有绝缘层3，超导线圈2与外骨架1侧壁之间附着树脂材料，防止超导线圈2向法兰4、内骨架和外骨架1传导电压。

实施例三：

如图4所示，本实施方式提供一种传导冷却磁体结构的制造方法，用于制造不包括内骨架的磁体结构。具体地，包括以下步骤：

S1、准备绕线工装5，将超导线圈2缠绕在绕线工装5上。

如图5所示，绕线工装5为圆柱结构，优选中空圆柱结构，图中虚线指对称轴，该图为简便起见，只画了其中的一半。沿着绕线工装5轴向方向上下连接两个法兰4。两个法兰4与绕线工装5之间形成C形槽，在C形槽内壁上贴设脱模剂6，脱模剂6方便超导线圈2成型后脱模，脱模剂6可选为特氟龙胶带。

S2、在圆环状端面11贴设绝缘层3，将超导线圈2和绕线工装5一起安装在外骨架1中，外骨架1敞口端连接法兰4。

需要指出的是，法兰4的底部也涂覆有绝缘层3。

S3、将超导线圈2、绕线工装5和外骨架1进行浸渍和固化处理。

具体地，先将超导线圈2、绕线工装5和外骨架1安装在浸渍工装中进行浸渍处理，浸渍工装中装有树脂材料，树脂材料可选环氧树脂。浸渍后，对环氧树脂加热固化，经浸渍和固化工艺处理后，在超导线圈2与外骨架1侧壁之间附着树脂材料。

S4、拆除浸渍工装和绕线工装5。

先拆除浸渍工装，将超导线圈2、绕线工装5和外骨架1取出，然后卸下法兰4，再拆除绕线工装5，最后再把法兰4固定到外骨架1上。

实施例四：

如图6所示，本实施方式提供一种传导冷却磁体结构的制造方法，用于制造不包括内骨架的磁体结构。具体地，包括以下步骤：

S1、准备绕线工装5，将超导线圈2缠绕在绕线工装5上。

与实施例三中步骤S1的操作方法相同，这里不再赘述。

S2、将超导线圈2和绕线工装5进行第一次浸渍和固化处理。

具体地，浸渍工装中装有树脂材料，树脂材料可选环氧树脂。浸渍后，对环氧树脂加热固化，经第一次浸渍和固化工艺处理后，使超导线圈2固定成型。

S3、拆除绕线工装5，将超导线圈2从绕线工装5上取下。

具体地，拆去绕线工装5上的法兰4，将成型的超导线圈2从绕线工装5上取下。

S4、在圆环状端面11上贴设绝缘层3，将超导线圈2安装在外骨架1中，外骨架1的敞口端连接法兰4。

可参考实施例三中步骤S2。

S5、将超导线圈2和外骨架1进行第二次浸渍和固化处理。

具体地，经过第二次浸渍和固化处理，在超导线圈2与外骨架1侧壁之间附着树脂材料。

S6、拆除浸渍工装。

需要说明的是，由于实施例三中绕线工装5参与了制造工艺的全过程，不利于流水线式生产作业，生产效率低；而本实施例中，可根据各制造工序准备相应的生产工位，采用流水线作业方式，各生产环节环环相扣，生产效率更高。

本发明通过上述的传导冷却磁体结构，在预留相同的内孔情况下，可缩小超导线圈2的内径尺寸，从而减少超导线的使用量和重量，降低成本；超导线圈2内径的减小有利于达到预定的中心磁场强度；超导线圈2重量减小可缩短整个冷却磁体系统的降温时间；以外骨架1代替绑扎线或抱箍，提高了对超导线圈2的支撑强度。

本发明提供的一种传导冷却磁体结构的制造方法，易操作，可以保证超导线圈成型效果，整体结构的可靠性更好。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种传导冷却磁体结构，其特征在于，包括：

外骨架(1)，所述外骨架(1)为中空圆柱结构，其一端为敞口结构，另一端设有圆环状端面(11)；及

超导线圈(2)，设置于所述外骨架(1)中，所述超导线圈(2)与所述外骨架(1)之间设有绝缘层(3)。

2.根据权利要求1所述的传导冷却磁体结构，其特征在于，所述外骨架(1)的敞口端与法兰(4)连接。

3.根据权利要求2所述的传导冷却磁体结构，其特征在于，所述超导线圈(2)与所述法兰(4)之间设有绝缘层(3)。

4.根据权利要求1所述的传导冷却磁体结构，其特征在于，所述超导线圈(2)与所述外骨架(1)侧壁之间的所述绝缘层(3)为树脂材料。

5.根据权利要求1所述的传导冷却磁体结构，其特征在于，所述外骨架(1)中设有内骨架，所述超导线圈(2)设于所述内骨架与所述外骨架(1)之间。

6.根据权利要求5所述的传导冷却磁体结构，其特征在于，所述内骨架为圆柱结构。

7.一种权利要求1所述的传导冷却磁体结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、准备绕线工装(5)，将超导线圈(2)缠绕在所述绕线工装(5)上；

S2、在圆环状端面(11)上贴设绝缘层(3)，将所述超导线圈(2)和所述绕线工装(5)一起安装在外骨架(1)中；

S3、将所述超导线圈(2)、所述绕线工装(5)和所述外骨架(1)进行浸渍和固化处理；

S4、拆除浸渍工装和所述绕线工装(5)。

8.根据权利要求7所述的传导冷却磁体结构的制造方法，其特征在于，步骤S1中准备绕线工装(5)，包括以下步骤：

所述绕线工装(5)为圆柱结构，沿所述绕线工装(5)轴向方向上连接两个法兰(4)，在两个所述法兰(4)和所述绕线工装(5)之间贴设脱模剂(6)。

9.一种权利要求1所述的传导冷却磁体结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、准备绕线工装(5)，将超导线圈(2)缠绕在所述绕线工装(5)上；

S2、将所述超导线圈(2)和所述绕线工装(5)进行第一次浸渍和固化处理；

S3、拆除所述绕线工装(5)，将所述超导线圈(2)从所述绕线工装(5)上取下；

S4、在圆环状端面(11)上贴设绝缘层(3)，将所述超导线圈(2)安装在外骨架(1)中；

S5、将所述超导线圈(2)和所述外骨架(1)进行第二次浸渍和固化处理；

S6、拆除浸渍工装。