CN110211764B - 一种基于跑道型超导环片的超导磁体 - Google Patents

一种基于跑道型超导环片的超导磁体 Download PDF

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    • H01F6/006—Supplying energising or de-energising current; Flux pumps

Abstract

本发明公开了一种超导磁体应用技术领域的基于跑道型超导环片的超导磁体。该超导磁体先由一个带加热片的跑道型超导环片与一个绝缘片堆叠成的一个基础单元，然后由一个基础单元的绝缘片堆叠在下一个基础单元的超导环片上，这样多个基础单元依次堆叠构成超导磁体主体，再用固定装置对组装好的超导磁体主体进行装配固定。本发明由磁通泵励磁，无需电源引线，无需焊接，减少了漏热源和焊接电阻；便于制作及组装，具有结构紧凑、拆卸简单、操作方便等优点。

Description

一种基于跑道型超导环片的超导磁体
技术领域
本发明属于超导磁体研究领域，提出了一种基于跑道型超导环片的超导磁体。
背景技术
超导磁体技术已经得到了大规模的应用，从医学领域的核磁共振成像，到铁路交通方面的磁悬浮列车，都有着超导磁体技术的身影。其中一个重要的应用是超导强磁场技术，即利用超导材料的零电阻性为超导磁体施加励磁电流产生强磁场，强磁场的研究与应用有着深远的意义。
目前，给超导磁体施加电流的方式主要为直接加电源驱动和磁场感应两种方式。直接加电源驱动给超导磁体供给电流有以下几个不利的方面：首先，由于目前高温超导材料焊接技术的不成熟，无法做到无阻焊接，导致无法实现超导体的闭环运行；其次，电源引线同时处于室温和低温的环境下，其相当于一个漏热源，漏热功率大，运行成本高。
本发明提出一种基于跑道型超导环片的超导磁体，采用磁通泵励磁方式，超导环片间无需焊接，无需外接电源与引线，减少了漏热源与焊接电阻；采用加热片升降温度来控制超导体在失超和超导态之间的转换，配合C字形电磁铁心产生穿透磁场，提高了励磁效率；具有结构简单、紧凑、可拆卸等优点。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于跑道型超导环片的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体先由一个带加热片的跑道型超导环片与一个绝缘片堆叠成的一个基础单元，然后由一个基础单元的绝缘片堆叠在下一个基础单元的超导环片上，这样多个基础单元依次堆叠构成超导磁主体，再用固定装置对组装好的超导磁体主体进行装配固定。
所述超导环片制成轴对称的跑道型环片，在跑道型环片的内部中心，开狭长的矩形孔；在矩形孔的两端分别为半圆弧；且在跑道型环片的矩形孔的一个狭长边的外边界中部有1个与该边界相交的半圆形凸起；在半圆形凸起的前表面上贴圆形加热片，该加热片边与矩形孔的外边界面相切。
所述超导环片采用第二代REBCO带材。
所述绝缘片的形状与超导环片相同，其材料为环氧片、PL聚酰亚胺片或PPLP聚丙烯层压纸片。
所述固定装置为在法兰片四角孔内穿过螺栓，螺栓拧入拉杆螺孔，将超导磁体主体固定。
所述超导环片的半圆形凸起的前表面贴的加热片采用薄膜电阻；并在半圆形凸起的两端放置C字形电磁铁心。
所述C字形电磁铁心的铁心两端横截面大小和加热片大小相同，以保证其产生的磁场不超过加热片面积，采用周期性电源供电。
所述基于跑道型超导环片的超导磁体的工作过程为：将固定好的超导磁体与C字形电磁铁心固定好，置于低温环境中，即浸入液氮中；打开加热片电源，当温度达到临界温度或以上时，半圆形凸起所在区域失超；此时打开C字形电磁铁心电源，其产生的磁场能可靠地穿透超导环片，产生相应的穿透磁通，从而相应的在超导环片中形成(环流)感应电流；当环境温度降低到临界温度以下时，超导体将恢复超导态，外加磁场周期性地穿透半圆形凸起所在区域,超导环片中的感应电流持续累积增大,最终可实现超导磁体的大电流运行,并产生稳定磁场。
本发明的有益效果为：
本发明提出了一种基于跑道型超导环片的超导磁体，超导环片之间无需焊接，无需外接电源与引线，减少了漏热源与焊接电阻；采用加热片升降温度来控制超导体在失超和超导态之间的转换，配合C字形电磁铁心周期性励磁，提高了励磁效率；超导体通过电磁感应的供电方式实现无电阻的超导闭环运行，能稳定输出磁场；具有结构简单、紧凑、可拆卸等优点。
附图说明
图1为单个跑道型环片的平面示意图。
图2为单个跑道型环片的立体示意图。
图3为加热片放置于超导环片的立体示意图。
图4为单个绝缘片立体结构示意图。
图5为装配固定好的整个超导磁体。
标号说明：1-C字形磁铁；2-螺母；3-法兰片；4-拉杆；5-磁通泵电源；6-加热片；7-超导环片；8-绝缘片；9-加热片电源。
具体实施方式
本发明提出了一种基于跑道型超导环片的超导磁体，下面将结合附图对本发明进行详细的说明。
图1所示为单个跑道型超导环片的平面示意图，图2为其立体图。利用现有的超导环片制作工艺，将厚度为d的超导材料切割成长度为L，两端圆半径为R1的跑道型超导环片8，在超导环片8的内部中心，切割出1个长为L宽为R3的矩形孔；在矩形孔的两端分别切割出2个对称、半径为R3的半圆弧；且在跑道型超导环片的矩形孔的一个L边外边面的中部切割出1个与该边面相交的半径为R2的半圆形凸起；在半圆形凸起的前表面贴加热片6，加热片的半径为R4，该加热片的边与矩形孔的外边面相切；在以上工艺中，应保证R2远小于R1，R4小于R2，从而保证在半圆形凸起所在区域因加热片升温而失超时，避免失超区域扩散，不影响整个超导环片8形成的超导闭环电流。同时，为了避免超导片8表面的氧化，需要在超导片8表面上镀上一层保护层，保护层的材料为银薄膜或铜薄膜。
图3为单个绝缘片7的立体图，其形状应与超导环片8一样，便于和超导环片依次堆叠在一起。
图4为单个带加热片6的超导环片8的立体图，加热片6的形状为半径R4的圆形。
图5为装配固定好的超导磁体结构图。超导磁体的主体主要是由绝缘片7和超导环片8交替叠加形成的。具体过程为：制作好若干片超导环片8和绝缘片7后，将1个加热片6贴于1个超导环片8的半圆形凸起的前表面，取一个模具，将绝缘片7放入模具底部，接着将带加热片6的超导环片8放在绝缘片7上，堆叠时保证超导环片8与绝缘片7的方向一致，完成一个基础单元制作；之后依次堆叠若干个基础单元，在堆叠足够多的基础单元后，在最上方放置一个绝缘片7，超导磁体的主体制作完成。
在主体制作结束后，采用固定装置将其装配固定，固定装置采用螺栓2、法兰片3、和拉杆4，按照图5所示装配固定主体。固定好主体后，再将C字形电磁铁心按照图5所示放置于半圆形凸起两端，整个超导磁体装配固定完成。
制作完成后，将整个超导磁体置于低温环境中，可浸入液氮中，使磁体处于维持超导态所需的低温环境。如图5将整体立式放置，使液氮没过超导磁体主体。超导磁体的温度降至临界温度以下后，打开加热片电源9，当温度上升至临界温度以上时，半圆形凸起物所在区域失超，此时打开C字形电磁铁心的磁通泵电源5，其产生的磁场能可靠地穿透超导环片8，产生相应的穿透磁通；此时降低温度至临界温度以下，超导体将恢复超导态，从而相应的在超导环片8中形成环流；外加磁场周期性地变化,超导磁体环片8中的感应电流持续累积增大,最终可实现超导磁体的大电流运行,产生稳定磁场。

Claims (2)

1.一种基于跑道型超导环片的超导磁体，所述超导磁体由一个基础单元的绝缘片堆叠在下一个基础单元的超导环片上，这样多个基础单元依次堆叠构成超导磁体主体，再用固定装置对组装好的超导磁体主体进行装配固定；其特征在于，所述超导磁体先由一个带加热片的跑道型超导环片与一个绝缘片堆叠成的一个基础单元，
所述超导环片制成轴对称的跑道型环片，在跑道型环片的内部中心，开狭长的矩形孔；在矩形孔的两端分别为半圆弧；且在跑道型环片的矩形孔的一个狭长边的外边界中部有1个与该边界相交的半圆形凸起；在半圆形凸起的前表面上贴圆形加热片，该加热片边与矩形孔的外边界面相切；所述超导环片的半圆形凸起的前表面贴的加热片采用薄膜电阻；并在半圆形凸起的两端放置C字形电磁铁心。
2.根据权利要求1所述基于跑道型超导环片的超导磁体，其特征在于，所述基于跑道型超导环片的超导磁体的工作过程为：将固定好的超导磁体与C字形电磁铁心固定好，置于低温环境中，即浸入液氮中；打开加热片电源，当温度达到临界温度或以上时，半圆形凸起所在区域失超；此时打开C字形电磁铁心电源，其产生的磁场能可靠地穿透超导环片，产生相应的穿透磁通，从而相应的在超导环片中形成感应电流；当环境温度降低到临界温度以下时，超导体将恢复超导态，外加磁场周期性地穿透半圆形凸起所在区域,超导环片中的感应电流持续累积增大,最终可实现超导磁体的大电流运行,并产生稳定磁场。
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