CN110136913A - 一种基于“d”形环片的超导磁体及使用其的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种“D”形超导磁体，其具有堆叠的超导环片，超导环片具有主体部分和凸出部分，主体部分形状为“D”形，主体部分具有中空结构，凸出部分与主体部分相连。本发明可在实际运行中可极大降低运行损耗以及提高励磁效率。

Description

一种基于“D”形环片的超导磁体及使用其的装置和方法
技术领域
本发明属于超导磁体应用技术领域，特别涉及一种基于磁通泵励磁的高温超导“D”形环片磁体。
背景技术
由于超导体具有相比于其他材料不可比拟的性能，在电力领域的许多方面应用超导技术都会明显的提高设备性能。而高温超导磁体的研究则是超导领域一个十分重要的研究方向。
REBCO是当前广泛应用的一种超导材料，其发展程度直接影响超导技术的应用程度。而强磁场超导磁体大多使用REBCO超导带材绕制。传统的超导磁体是使用双饼式或层绕式的方式制作而成的。这些制作工艺不可避免地需要在带材接头焊接，而由于现今没有成熟的超导材料焊接技术,致使超导磁体在闭环运行时损耗较高从而降低了超导磁体的效率。传统的超导磁体是通过引线对超导磁体通入电流进行励磁的，而在这一过程中引线不可避免地跨接在室温和液氮温区间从而引起较高的损耗。提高超导磁体的励磁效率降低其励磁成本可以促进其超导磁体的应用推动超导技术的发展。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明的目的是提高超导磁体的励磁效率和降低励磁成本。
用于解决技术问题的方法
针对上述问题，本发明提出了一种“D”形超导磁体及使用其的装置和方法。
根据本发明的一个实施方案，提供一种基于“D”形环片的超导磁体，其中，所述超导磁体具有堆叠的超导环片，超导环片具有主体部分和凸出部分，主体部分形状为“D”形，主体部分具有中空结构，凸出部分与主体部分相连。
一种实施方式为，超导磁片为REBCO材料。
一种实施方式为，主体部分的中空结构为“D”形孔。
一种实施方式为，凸出部分具有半圆形结构，半圆形结构具有中空结构。
一种实施方式为，在凸出部分上贴敷热敏电阻。
一种实施方式为，所述超导磁体由N片超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到；其中N为正整数；优选，绝缘片形状、尺寸与超导环片相同。
根据本发明的另一实施方案，提供一种超导装置，该装置具有励磁单元，其特征在于，还使用了所述的“D”形超导磁体。
一种实施方式为，励磁单元具有产生励磁磁场的磁场产生单元和温度控制单元，温度控制单元可以控制超导环片凸出部分的温度，在超导环片凸出部分失超时，磁场产生单元产生的磁场能穿过超导环片凸出部分的中空结构。
根据本发明的另一实施方案，提供一种产生超导磁场的方法，使用了所述的超导装置，通过温度控制单元凸出部分的温度的同时，控制磁场产生单元为超导体装置供电。
本发明的有益效果
本发明提供了一种无需焊接的闭环运行的超导磁体结构，无需对磁体本身通电和跨接引线，从而降低超导磁体的励磁成本和运行损耗。本发明采用“D”形环片堆叠结构，相对于圆形环片磁体，“D”形环片磁体可通过凸出半圆形部分捕获磁通，效率更高，且所用超导材料更少，具有更高的经济效益，可在保证励磁效率的基础上有效节约带材。本发明通过温度控制单元(可采用例如薄膜电阻)的热效应降低超导片上临界磁场从而配合“C”形磁铁使超导环片更容易且稳定地在超导态和正常态中切换。因此本发明可在实际运行中可极大降低运行损耗以及提高励磁效率。
从以下示例性实施方案的描述中，本发明的进一步特征将变得显而易见。
附图说明
图1是为超导环片的俯视图；
附图2为“C”型磁铁示意图；
附图3为薄膜电阻和超导环片相对位置示意图；
附图4为超导磁体立体结构；
附图5为超导磁体的实际工作示意图。
具体实施方式
以下对本公开的一个实施方式具体地说明，但本公开并非限定于此。
可理解的，本发明所称的“D”形并未严格意义上的字母D的结构，只要是采用一线段将一段弧形首尾相连的形状都在此范围内。类似的，半圆形结构并非严格意义上的半圆，形状类似的弧形结构都在此范围内。半圆形结构的中空结构优选为圆形。
图1为单个超导“D”形环片上视图。详细的制作步骤为：首先按照要求的“D”形半圆半径R2的长度，设计出超导环片的内部以R1为半径的“D”形孔，其中R1应满足然后在“D”形的外轮廓根据外部半圆半径r1来添加外部凸出半圆部分，其中外部半圆形凸出部分用于“C”形磁铁8施加磁场。其中，凸出部分的半径r1要适中，不能过大以至于损耗增大，也不能过小以至于外温度场和磁场不能有效集中在其之上。法兰片尺寸根据超导环片得出，再根据环片堆叠数得出拉杆长度。绝缘片尺寸形状与超导环片一致，其中堆叠结构两端应为绝缘片。为了在制备磁体时各超导环片和绝缘片可以完美叠合在一起，绝缘片应与超导环片具备相同的形状和尺寸。
图3为热敏电阻与“D”形超导环片相对结构图。将半径为RS的热敏电阻贴敷在“D”形超导环片突出半圆形部分的中心，其中RS的尺寸应小于突出半圆形部分的半径。
图4为基于REBCO环片的超导磁体立体结构图，该磁体为REBCO超导环片和绝缘片交替堆叠而成。构成磁体的具体操作步骤为：首先将定位杆穿过外圆圆孔，再将第一片绝缘片1放置，再将超导环片2堆叠在缘环片1之上，然后再在超导环片2之上放置第二片绝缘环片，如此循环堆叠，直至最后一片绝缘环片放在磁体最上端。在堆叠完成后，在主体上下端分别加入法兰片5，其中法兰片尺寸要大于超导环片尺寸。在这一步骤中，使用螺栓4和具备绝缘特性的拉杆6对超导环片2、绝缘片1、法兰片3进行固定。
图5为超导磁体在励磁时的示意图。该磁体的励磁过程如下所述。首先将超导磁体放置在液氮11中使超导体得到充分冷却。接通薄膜电阻用电源9薄膜电阻7使凸出半圆形部分5温度上升至85K，再将螺线管电源10给“C”形磁铁8通电，并使所励磁场逐渐加强，在其达到上临界场之前超导环片无磁通穿过。当其超导材料失超时，磁通可以穿过，此时逐渐降低线圈所励磁场，当磁场下降至超导片上临界场以下时，之前失超部分重新进入超导态而将磁通冻结。再减少C型磁铁磁场至0，凸出半圆形形部分5应产生大小相当于上临界场的磁场。如此往复，每循环一次超导回路中磁通增加ΔΦ，若频率为f，则电源平均输出功率为f*ΔΦ，从而实现了无引线连接的磁体供电功能。
工业实用性
包含通过本发明的超导磁体，实现了无引线连接的磁体供电功能，本发明可扩展REBCO超导体的应用范围，可广泛可靠地应用在诸如超导旋转电机、热核聚变等领域。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于“D”形环片的超导磁体，其特征在于，
所述超导磁体具有堆叠的超导环片，超导环片具有主体部分和凸出部分，主体部分形状为“D”形，主体部分具有中空结构，凸出部分与主体部分相连。
2.根据权利要求1所述的超导磁体，其中，超导磁片为REBCO材料。
3.根据权利要求1或2的任一项所述的超导磁体，其中，主体部分的中空结构为“D”形孔。
4.根据权利要求1-3的任一项所述的超导磁体，其中，凸出部分具有半圆形结构，半圆形结构具有中空结构。
5.根据权利要求1-4的任一项所述的超导磁体，其中，在凸出部分上贴敷热敏电阻。
6.根据权利要求1-5的任一项所述的超导磁体，其中，所述超导磁体由N片超导环片、N+1片绝缘片交替堆叠、固定得到；其中N为正整数；优选，绝缘片形状、尺寸与超导环片相同。
7.一种超导装置，该装置具有励磁单元，其特征在于，还使用了如权利要求1-6中任一项所述的“D”形超导磁体。
8.根据权利要求7所述的超导装置，励磁单元具有产生励磁磁场的磁场产生单元和温度控制单元，温度控制单元可以控制超导环片凸出部分的温度，在超导环片凸出部分失超时，磁场产生单元产生的磁场能穿过超导环片凸出部分的中空结构。
9.一种产生超导磁场的方法，其特征在于，使用了如权利要求7-8中任一项所述的超导装置，通过温度控制单元凸出部分的温度的同时，控制磁场产生单元为超导体装置供电。
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