CN112309670B - 具有集成接头、尤其是高温超导-低温超导接头的磁体线圈段以及配属的磁体组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁体线圈段，其中，高温超导体带状导体(10)在线圈承载件(2)的主卷绕腔(8)中螺线管状地卷绕，并且磁体线圈段具有分别从高温超导体‑带状导体到超导体‑跟随导体(31、32)的第一接头(21)和第二接头(22)，在各接头的区域中，多匝高温超导体‑带状导体和超导体‑跟随导体重叠，接头轴向地从主卷绕腔(8)离开，磁体线圈段占据径向区域(RBS)，该径向区域最大超过主卷绕组(9)的外半径的20％并且在主卷绕腔(8)的区域内不超过线圈承载件(2)的内半径。借助根据本发明的磁体线圈段能够实现简单且紧凑的结构以及高的超导载流能力。

Description

具有集成接头、尤其是高温超导-低温超导接头的磁体线圈段 以及配属的磁体组件

技术领域

本发明涉及一种磁体线圈段，其包括基本呈圆柱形外壳形状的线圈承载件、高温超导体(＝HTS)带状导体和第一超导体(＝SL)跟随导体，该第一超导体-跟随导体具有在高温超导体-带状导体和第一超导体-跟随导体之间的第一接头，

线圈承载件具有主区域，在该主区域中，高温超导体-带状导体的主卷绕组螺线管状地卷绕到线圈承载件上，

线圈承载件此外具有第一侧向区域，该第一侧向区域轴向地在第一侧上连接至主区域，并且在该第一侧向区域中，高温超导体-带状导体的第一端部区段卷绕到线圈承载件上，

至少在第一侧向区域的轴向内部区段中，高温超导体-带状导体的第一端部区段在线圈承载件的槽状凹部中引导，并且

高温超导体-带状导体的主卷绕组具有最大外半径RaH并且线圈承载件在主区域中具有最小内半径RiH。

背景技术

这种磁体线圈段由DE 102 02 372 B4中已知。

超导体能够在低于其转变温度时实际无欧姆损耗地传输电流。尤其是将超导体用于磁体线圈中以产生例如在核磁共振(NMR)光谱学中所需的高磁场强度。

对于所谓的高温超导体(＝HTS)材料(例如基于钇钡铜氧化物(YBCO)的超导材料)，能够利用其特别高的超导载流能力。但是，高温超导体材料通常是脆性的，使其在磁性结构中大多用作柔性基板(“带状导体”)上的涂层。高温超导体涂层是非常敏感的，使得带状导体应当尽可能不在其短侧面上弯曲。

低温超导体(＝LTS)材料通常是金属材料并且能够用于多种几何形状中。在此，使用铌钛(NbTi)也能提供具有良好延展性的低温超导体材料。

在用于产生高磁场强度的一种重要应用中，为了制造磁体线圈段而将高温超导体-带状导体卷绕到基本呈圆柱体外壳形状的线圈承载件上。在此，难点在于构造高温超导体-带状导体的输入端和输出端或者说在于建立与超导体(＝SL)跟随导体(例如建立与更易于操纵的铌钛导线)的电连接(“接头”)。

US 3 559 128在其附图2中描述了，使卷绕在线圈体上的超导带状导体在绕组的边缘区域处与沿线圈体的轴线引导的超导条相交并且电连接。但是在此不利的是，接头处在具有高磁场强度并且也具有高机械力的区域中并且因此严重限制线圈的超导载流能力。

此外，US 3 559 128在附图4中描述了，将卷绕在线圈体上的带状导体在绕组的边缘区域处轻柔地扭转并且引导其穿过线圈体的凸缘中的开口。在DE 102 60 728 B4中提出了类似的处理方式。在这里将高温超导体-带状导体从绕组的边缘沿着预先给定的轨道扭转并且轴向向外引导，使得高温超导体-带状导体不会在其短边缘上弯曲。与超导体-跟随导体的连接与绕组轴向间隔开间距地并且由此在磁场强度降低的区域内实现。但是在该处理方式中，高温超导体-带状导体由于其在绕组边缘处的扭转而在仍具有高磁场强度的区域内不利地定向，即具有垂直于带状导体平面的高磁场分量，这会限制载流能力。此外，高温超导体-带状导体的平行于线圈轴线的延伸走向不利于节省空间地接触超导体-跟随导体。

EP 2 645 382描述了一种螺线管状卷绕的、具有分层接头的线圈，其中，在卷绕组内部将高温超导体-带状导体的一定长度上的相继连续的分段导电地相互连接。接头处在高磁场强度区域内并且因此限制载流能力。此外，磁场均匀度可能受到不利影响。

DE 10 2013 220 142 A1描述了一种具有内部高温超导体线圈分段和外部低温超导体线圈分段的磁体线圈组件。高温超导体-带状导体和低温超导体导线以未详细阐明的方式轴向地从其线圈分段中导出并且在至少5m的长度上正常导电地相互连接，并且将连接区段卷绕。这种结构比较占空间。

开头提及的DE 102 02 372 B4描述了一种磁体线圈段，在该磁体线圈段的情况下，高温超导体-带状导体螺线管状地卷绕在线圈体上。在边缘区域中，卷绕密度沿轴向向外减小，并且在线圈体的轴向端部处将高温超导体-带状导体最终径向地从线圈体中导出，使得在磁场强度小的区域内能够构造接头。在线圈体中构造有用于引导高温超导体-带状导体的凹槽。这种结构也是非常占空间的。

由Manfredo P.do Carmo所著的《曲线和曲面的微分几何》(1983年由不伦瑞克Vieweg出版社出版)第240页阐述了将修正的平面包络成参数化曲线的方案。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种具有高载流能力的磁体线圈段，所述磁体线圈段能够在紧凑的空间上提供与高温超导体-带状导体的电连接。

根据本发明，该任务通过开头所述类型的磁体线圈段解决，其特征在于：

所述磁体线圈段此外包括具有连接至高温超导体-带状导体的第二接头的第二超导体-跟随导体，

在第一侧向区域中或者在轴向地在第二侧上连接至主区域并且与第一侧相对置的第二侧向区域中，高温超导体-带状导体的第二端部区段卷绕到线圈承载件上，

至少在第一或者第二侧向区域的轴向内部区段中，高温超导体-带状导体的第二端部区段在线圈承载件的槽状凹部中引导，

在第一侧向区域的轴向外部的区段中，卷绕在线圈承载件上的高温超导体-带状导体的第一端部区段的至少一部分与第一超导体-跟随导体的端部区段面式地连接以构造第一接头，并且卷绕在线圈承载件上的高温超导体-带状导体的第二端部区段的至少一部分与第二超导体-跟随导体的端部区段面式地连接以构造第二接头，

并且线圈承载件整体、高温超导体-带状导体整体以及第一超导体-跟随导体至少在第一接头的区域内并且第二超导体-跟随导体至少在第二接头的区域内在磁体线圈段的径向区域RBS内延伸，其中，0.80×RiH≤RBS≤1.2×RaH，优选0.9×RiH≤RBS≤1.1×RaH，特别优选RiH≤RBS≤RaH。

本发明规定，将第一接头和第二接头分别构造在线圈承载件的侧向区域的轴线外部区段中，借助所述第一接头和第二结构将高温超导体-带状导体电地与第一超导体-跟随导体和第二超导体-跟随导体相连接、尤其是超导地连接，其方式为：将高温超导体-带状导体的第一和第二端部区段与第一和第二超导体-跟随导体的端部区段重叠地且面式地相互连接，其中，在第一和第二接头的区域内，高温超导体-带状导体和第一与第二跟随导体卷绕在线圈承载件上。

将高温超导体-带状导体从主区域(在该主区域中，主卷绕组产生最大的磁场强度)首先经由侧向区域的轴向内部区段朝在轴向上更靠外部的位置引导，其中，槽状凹部引导高温超导体-带状导体并且使其机械稳定。在侧向区域的轴向外部区段中存在明显更低的磁场强度并且相应地也存在更低的由于洛伦兹力引起的机械力作用，使得在这里能够构造第一和第二接头，而不会对载流能力或者稳定性产生负面影响。第一和第二接头典型地分别与主卷绕组轴向间隔开主卷绕组的最大外半径RaH的至少1.5倍的间距(测量从边缘到边缘的距离)。

由于高温超导体-带状导体的绕组从主区域经由轴向内部区段直至轴向外部区段连同接头在内基本被简单地继续卷绕在线圈承载件上(尽管至少在大多数情况下比在主卷绕组中具有更大的节距，以使磁场的不均匀度最小化)，并且尤其是不需要高温超导体-带状导体的扭转(绞转，Twist)，因此根据本发明的结构在机械方面是稳定的并且高温超导体-带状导体一般也对于载流能力有利地朝产生的磁场定向。这也有助于实现高的载流能力。

通过将第一和第二接头卷绕到线圈承载件上，能够在紧凑的空间上设置相对大的重叠面积(或者重叠长度)，由此能够可靠地并且无明显的欧姆电阻地轻松建立电连接。高温超导体-带状导体与超导体-跟随导体的面式的(导电)连接例如能够通过钎焊实现；优选该连接是超导的。

通过将磁体线圈段的主要结构限制在径向区域RBS上，即除了最大20％的偏差之外(优选最大10％、特别优选完全)处在通过线圈承载件在主区域中的最小内半径RiH和主卷绕组的最大外半径RaH预先给定的半径间隔内，能够实现高效的超导电流密度。于是此外，根据本发明的磁体线圈段能够良好地相互嵌套，以便整体上产生高的磁场强度。即使可用长度有限的高温超导体-带状导体(例如目前约为300m)也能够在根据本发明的磁体线圈段中有效地安装，为此仅需要磁体线圈段的相对小的径向总壁厚。于是能够在小的空间上嵌套特别多的磁体线圈段。

至少在第一和/或第二侧向区域的轴向内部区段中延伸的槽状凹部典型地螺旋状延伸，其具有可变化的斜率和可(略微)变化的半径。槽状凹部(并且可选的情况下还有接头凹槽、输送凹槽和中间接头凹槽，见下文)以极小的间隙(例如以在横向方向上≤导体宽度的1/10的间隙)引导高温超导体-带状导体；高温超导体-带状导体在每匝中单独支撑。

优选所述槽状凹部(并且在可选的情况下还有接头凹槽、输送凹槽和中间接头凹槽，见下文)这样设计，使得高温超导体-带状导体在短侧面上无弯曲地或者至少以极小的弯曲(即无“硬弯”或者以极小的“硬弯”)引导。应当注意，在给定的(但在此是可选择的)、由凹槽的中心线限定的凹槽延伸走向的情况下，恰好存在配属的、可展开的平面，即所谓的修正平面包络(请参阅由Manfredo P.do Carmo所著的并于1983年由Vieweg出版社出版的《曲线和曲面的微分几何》第240页)，所述平面满足上述要求。

典型地，第一超导体-跟随导体比高温超导体-带状导体具有更低的转变温度，并且第二超导体-跟随导体比高温超导体-带状导体具有更低的转变温度。尤其是第一超导体-跟随导体和第二超导体-跟随导体可以是相同类型的(尤其是由相同超导体材料制成)。超导体-跟随导体典型地是具有金属延展性的并且因此易于操纵；典型地，超导体跟随导线是铌钛导线。借助超导体-跟随导体能够实现磁体线圈段的另外的(外部的)电连接。

在本发明的范畴内也可行的是，在第一和/或第二接头处首先(分别)将高温超导体-带状导体和超导体-跟随导体面式地连接(“接头”)，并且然后将超导体-跟随导体又与超导第三导体面式地连接(“第三导体接头”)，并且在此将超导体-跟随导体和超导第三导体又在侧向区域内在轴向外部区段中卷绕在线圈承载件上。整体上能够通过接头和第三导体接头建立所谓的桥式接头(“Bridgejoint”)，其中，超导体-跟随导体用作所谓的桥式带。然后将超导体第三导体从磁体线圈段中导出以用于另外的电连接；对其相应适用在其它方面针对超导体-跟随导体所述的内容。

本发明的优选的实施方式

用于构造第一和第二接头的实施方式

在根据本发明的磁体线圈段的一种优选的实施方式中规定，

第一接头和第二接头分别在线圈承载件的整个圆周上延伸，

和/或第一接头和第二接头分别在(相对于高温超导体-带状导体)至少达0.1m的、优选至少达0.5m的重叠长度上延伸。在本发明的范畴内能够无问题地设置大的重叠面或者说重叠长度。由此能够特别可靠地以高载流能力和几乎为零的欧姆电阻构造第一和第二接头。典型地，第一接头和第二接头分别以多匝、例如至少3匝或者至少5匝围绕线圈承载件延伸，不仅相对于高温超导体-带状导体、而且也相对于超导体-跟随导体。应当注意，尤其是在使用接头卷绕腔的情况下，高温超导体-带状导体的和超导体-跟随导体的匝数可以是不同的。

也优选如下的实施方式，在该实施方式的情况下，在主区域中线圈承载件具有环绕的环形凹部作为主卷绕腔，在该主卷绕腔中，高温超导体-带状导体的主卷绕组分多层地螺线管状地卷绕。主卷绕腔易于设置，并且能够轴向包围高温超导体-带状导体的匝圈并且由此使其机械稳定。优选所述在线圈承载件中的主卷绕腔的凹部的上部(径向外部)边缘基本(例如相对于RaH以最大10％的偏差)与主卷绕组的上侧面(径向外侧面)对齐，使得磁体线圈段得到基本无台阶部的外侧面。

一种优选的实施方式规定，在第一侧向区域的轴向外部区段中，线圈承载件具有环绕的环形凹部作为第一接头卷绕腔，在该第一接头卷绕腔中，高温超导体-带状导体的具有相互并排的多个匝圈的第一端部区段的至少一部分和第一超导体-跟随导体的具有相互并列的多个匝圈的端部区段上下叠置地卷绕，

和/或在第一或第二侧向区域的轴向外部区段中，线圈承载件具有环绕的环形凹部作为第二接头卷绕腔，在该第二接头卷绕腔中，高温超导体-带状导体的具有相互并排的多个匝圈的第二端部区段的至少一部分和第二超导体-跟随导体的具有相互并排的多个匝圈的端部区段上下叠置地卷绕。作为第一或第二接头卷绕腔的环绕凹部易于设置，并且能够轴向包围接头并且由此使其机械稳定。典型地，第一和第二超导体-跟随导体分别设置在径向内部并且高温超导体-带状导体设置在径向外部，其中，高温超导体-带状导体这样定向，使其高温超导层指向内部，即指向超导体-跟随导体。此外典型地，超导体-跟随导体的宽度小于高温超导体-带状导体，使得在连接区域(重叠区域)中，超导体-跟随导体的匝数大于高温超导体-带状导体的匝数。

在一种有利的扩展方案中，线圈承载件在第一接头卷绕腔的壁的区域内和/或在第二接头卷绕腔的壁的区域内由电绝缘材料、尤其是塑料构成。这例如能够通过如下方式设置：线圈承载件在接头卷绕腔的区域中借助塑料管或者塑料罩制成，所述塑料管或者塑料罩在制造线圈体的情况下被集成到其余均为金属的线圈承载件(基体)中。卷绕腔的电绝缘性防止在导体和金属线圈承载件之间的短路电流并且防止经由该金属线圈承载件在接头之间存在的电流。

如下的实施方式也是有利的，所述实施方式规定，

在第一侧向区域的轴向外部区段中，线圈承载件具有第一接头凹槽，该第一接头凹槽围绕线圈承载件至少引导一圈、优选多圈，并且在该第一接头凹槽中，高温超导体-带状导体的第一端部区段的至少一部分和第一超导体-跟随导体的端部区段上下叠置地引导，

和/或在第一或第二侧向区域的轴向外部区段中，线圈承载件具有第二接头凹槽，该第二接头凹槽围绕线圈承载件至少引导一圈、优选多圈，在该第二接头凹槽中，高温超导体-带状导体的第二端部区段的至少一部分和第二超导体-跟随导体的端部区段上下叠置地引导，

通过接头凹槽能够实现非常精确地引导高温超导体-带状导体和超导体-跟随导体，例如以使由于力(尤其是洛伦兹力)引起的机械负载最小化和/或在载流能力方面优化定向。在相应的接头凹槽中，“一个”高温超导体-带状导体和“一个”超导体-跟随导体共同围绕线圈承载件延伸；接头凹槽典型地螺旋状延伸。

优选的是该实施方式的如下的扩展方案，在该扩展方案中，线圈承载件在第一接头凹槽的壁的区域内和/或在第二接头凹槽的壁的区域内由电绝缘材料、尤其是塑料构成。由此能够避免在相应接头区域内的短路环。

在同一侧具有第一和第二接头的实施方式

特别优选如下的实施方式，在该实施方式的情况下，在第一侧向区域中，高温超导体-带状导体的第二端部区段也卷绕到线圈承载件上，

尤其是其中，在第一侧向区域的轴向内部区段中，第一端部区段的和第二端部区段的槽状凹部多次相交。

通过将第一和第二接头构造在第一侧向区域中、即构造在主区域的或者说主卷绕腔的同一(轴向)侧上，能够实现特别紧凑的结构，因为第一侧向区域的轴向内部区段于是能够用于，不仅将第一接头、而且也将第二接头远离主区域地设置在低磁场中。此外能够将外部的电连接(借助超导体-跟随导体)集中在一侧，由此有利于仅从一侧(例如从上方)接触低温恒温器；仅从一侧接触在竖直磁体结构的情况下是惯例。由于允许相交，高温超导体-带状导体的引导得到显著简化；尤其是能够避免高温超导体-带状导体的(螺旋状的)绕组离开主区域的斜率变化过快并且由此使高温超导体-带状导体在短侧周围的弯曲最小化或者完全消除。替代于该实施方式，高温超导体-带状导体的第一端部区段和第二端部区段也能够卷绕在不同的侧向区域上。

优选所述实施方式的如下扩展方案，所述扩展方案规定，线圈承载件在第一侧向区域的轴向内部区段的轴向连接至主卷绕腔的过渡区域中构造具有承载罩组件，所述承载罩支承在线圈承载件的其余部分上并且共同环状地包围线圈承载件的其余部分，并且在过渡区域中，用于高温超导体-带状导体的第一端部区段和第二端部区段的槽状凹部中的一个槽状凹部构造在承载罩组件中，并且用于高温超导体-带状导体的第一端部区段和第二端部区段的槽状凹部中的另一槽状凹部径向地在承载罩组件下方构造在线圈承载件的其余部分中，其中，在过渡区域中，高温超导体-带状导体的第一和第二端部区段至少相交一次。大多数情况下，主卷绕组包括至少4个卷绕层、通常也包括至少10个或至少40个卷绕层，使得在主卷绕组的输入端和输出端处，高温超导体-带状导体的各端部区段存在显著的半径差。高温超导体-带状导体的在径向外部的槽状凹部中的端部区段能够机械稳定地支承在承载罩上，即使高温超导体-带状导体的另一端部区段在(其余的)线圈承载件(基体)中在径向上明显更靠内延伸并且在小的节距的情况下必须在线圈承载件的大部分圆周上、例如至少在半圆周上相交(重叠)。典型地，在线圈承载件的其余部分中，径向内部槽状凹部的半径在过渡区域中沿轴向向外增加，以将配属的高温超导体-带状导体的端部区段朝线圈承载件的外侧面引导。典型地将两个承载罩(“半罩壳”)作为组件使用。

在一种其它的优选的扩展方案的情况下，在第一侧向区域的轴向内部区段中，所述用于高温超导体-带状导体的第一端部区段和第二端部区段的槽状凹部在所述槽状凹部的至少一个交叉区域中构造具有不同的凹槽深度。通过设置交叉区域能够在引导高温超导体-带状导体的两个端部区段的情况下保持较大的自由度，尤其是以使机械负载、例如围绕短侧面的弯曲最小化。优选凹槽深度差至少等于高温超导体-带状导体的高度，使得引导高温超导体-带状导体的各端部区段在交叉区域中稳定地经过彼此。

优选如下的扩展方案，在该扩展方案的情况下，在第一侧向区域的轴向外部区段中，用于高温超导体-带状导体的、具有在轴向上更靠外的接头的端部区段的槽状凹部径向地在所述在轴向上处于更靠内的接头内部延伸。这种结构非常简单并且以有利的方式充分利用了线圈体中可用的结构空间。

同样优选如下的扩展方案，在该扩展方案的情况下，在第一侧向区域的轴向外部区段中，用于构成在轴向上处于更靠内的接头的一部分的超导体-跟随导体的引出凹槽径向地在轴向上更靠外的接头内部延伸。这种结构也非常简单并且以有利的方式充分利用了线圈体中可用的结构空间。

具有中间接头、尤其是底部接头的实施方式

此外优选根据本发明的磁体线圈段的如下实施方式，在该实施方式的情况下，高温超导体-带状导体具有至少两个高温超导体子带，所述高温超导体子带串联地经由至少一个中间接头导电地相互连接，

其中，在第一侧向区域中或者第二侧向区域中，高温超导体子带在所述至少一个中间接头的区域内卷绕在线圈承载件上，

尤其是在所述至少一个中间接头的区域内，高温超导体子带与共同的超导体(＝SL)桥式带相连接。通过使用高温超导体子带能够使线圈组件段中的高温超导体-带状导体的可用的总长度相对于高温超导体-带状导体分段的可用的(可无错误地制成的)长度增加。优选所述中间接头构成高温超导体-高温超导体接头；但是也可行的是，将中间接头设置成在轴向上距离主卷绕组足够远，使得例如也能够使用由低温超导体材料制成的超导体桥式带。

所述实施方式的一种优选的扩展方案规定：线圈承载件在第一侧向区域中或者在第二侧向区域中构成用于高温超导体子带的两个输送凹槽，所述输送凹槽从主卷绕腔引导至所述至少一个中间接头的区域，并且线圈承载件在中间接头的区域中构成用于高温超导体子带的中间接头凹槽。在输送凹槽和中间接头凹槽中能够将高温超导体-带状导体在每个单独的匝圈上支撑和引导，尤其是在高温超导体-带状导体的短侧上的最小化的弯曲以及朝磁场的有利定向的方面。

在此优选规定，线圈承载件在所述至少一个中间接头的区域中构造具有分隔罩组件，所述分隔罩支承在线圈承载件的其余部分上并且共同环状地包围线圈承载件的其余部分。

并且中间接头凹槽的径向外部部分构造在分隔罩组件中，并且中间接头凹槽的径向内部部分径向地在分隔罩组件下方构造在线圈承载件的其余部分中，尤其是分隔罩组件具有用于中间接头的半径变化的区域。借助分隔罩可行的是，将中间接头凹槽构造成具有上下叠置的两层，使得中间接头能够在轴向方向上来回引导地在同一轴向区域上卷绕。典型地将两个分隔罩(“半罩壳”)作为组件使用。用于半径变化的区域尤其是能够在分隔罩组件中具有通槽。

在一种其它的扩展方案中规定，在第一侧向区域中，高温超导体-带状导体的第二端部区段也卷绕到线圈承载件上，并且在第二侧向区域中，高温超导体子带在所述至少一个中间接头的区域内卷绕在线圈承载件中，

尤其是线圈承载件以其圆柱体轴线竖直地、以第二侧向区域处于下部地并且以第一侧向区域处于上部地定向。这种构造方式简化了高温超导体-带状导体的引导。此外，所述结构非常紧凑。

各种实施方式

在一种有利的实施方式中规定，

-至少在第一和/或第二侧向区域的处于轴向内部的区段中引导高温超导体-带状导体的槽状凹部、

-并且可选的情况下在第一和/或第二侧向区域的轴向外部区段内引导高温超导体-带状导体的第一和/或第二端部区段的接头凹槽、

-和在可选的情况下用于与中间接头相连接的高温超导带状导体的高温超导体子带的输送凹槽和中间接头凹槽

至少在局部构造有凹槽基底，高温超导体-带状导体支承在所述凹槽基底上并且所述凹槽基底的局部面法线与线圈承载件的轴线构成不等于90°的角度。通过这种构造方式(具有“倾斜的凹槽基底”)能够使在由主卷绕组产生的磁场的(或者整体上由磁体组件产生的、磁体线圈段所属的磁场的)局部磁场方向和高温超导体-带状导体的局部带平面之间的角度最小化，由此改进超导载流能力。此外能够通过构造凹槽基底这样引导高温超导体-带状导体，使得短侧上的弯曲(“硬弯：hard bending”)最小化或者消除。

此外优选如下的实施方式，所述实施方式规定，

第一超导体-跟随导体和/或第二超导体-跟随导体包含低温超导体(＝LTS)材料、尤其是铌钛(NbTi)，和/或第一超导体-跟随导体和/或第二超导体-跟随导体含有二硼化镁(MgB₂)，

和/或高温超导体-带状导体含有稀土钡铜氧化物(ReBCO)、尤其是钇钡铜氧化物(YBCO)、或者Bi2223。

这些构造方式在实践中已被证明是合适的；相关的导体材料可通过购买获得。Re代表稀土元素。高温超导体-带状导体的典型宽度为2.5-10mm，大多为4mm。高温超导体-带状导体大多具有由不锈钢或者哈氏合金制成的(柔性)基材。超导体-跟随导体典型地构成为可延展的导线，优选具有矩形的导线横截面。高温超导体材料典型地具有高于40K的转变温度。低温超导体材料典型地具有低于30K的转变温度。

如下的实施方式也是有利的，在所述实施方式的情况下，在第一侧向区域中第一端部区段的高温超导体-带状导体和在第一或者第二侧向区域中第二端部区段的高温超导体-带状导体分别螺旋状地卷绕，其中，节距沿轴向向外首先增大并且然后再减小。首先增大的节距使在高温超导体-带状导体的短侧上的弯曲的最小化得到简化。再次减小的节距在使在高温超导体-带状导体的短侧上的弯曲的最小化得到简化的同时，也使朝卷绕在线圈体上的第一和第二接头的区域的过渡更容易。借助在中央区域内的高节距能够使高温超导体-带状导体在主卷绕腔和接头之间的总长度最小化，也便于改进试样容积中的磁场均匀度。

优选如下的实施方式，在所述实施方式的情况下，第一超导体-跟随导体和第二超导体-跟随导体分别借助连接区段从第一或第二侧向区域的轴向外部区段轴向导出。这能够实现一种另外的节省空间的电路连接、尤其是在嵌套的磁体线圈组件的情况下。

具有嵌套的磁体线圈段的磁体组件

如下的磁体组件也属于本发明的范畴，其包括多个根据本发明的、上述的磁体线圈段，其中，所述磁体线圈段相互嵌套地设置，

尤其是其中，对于在相邻的磁体线圈段之间的相应的径向间隙在整个圆周上的平均间隙宽度MS适用：MS≤1mm，优选MS≤0.5mm。典型地对于在相邻的磁体线圈段之间的相应的径向间隙的在整个圆周上出现的最大间隙宽度GSB适用：GSB≤1mm，优选GSB≤0.6mm，特别优选GSB≤0.45mm。通过嵌套地设置磁体线圈段能够在最内部的磁体线圈段内部的试样容积内达到大的绝对磁场强度。通过将磁体线圈段构造成在磁体线圈段之间具有小的间隙宽度能够实现高效的超导电流密度(工程电流密度：engineering current density)。

在根据本发明的磁体组件的一种有利的实施方式中规定，

相应的径向内部的磁体线圈段的主卷绕组径向向外贴靠在径向下一个外部磁体线圈段的线圈承载件的内侧面上，

或者在相邻的磁体线圈段之间的相应的径向间隙用填充材料填充，尤其是填充材料是电绝缘的，并且尤其是填充材料包括硬化的铸造材料和/或薄膜。通过相互直接径向贴靠和/或填充径向间隙能够实现相互之间的机械稳定化(“支承结构”)。

通过相互的径向机械支撑(直接或者通过填充间隙)防止导体损坏并且使在试样容积中产生的磁场的不均匀度最小化。如果利用相互径向支撑的支撑作用，则也能够使用相对薄的高温超导体-带状导体，其本身具有较小的机械强度(尤其是抗拉强度)，但借助其能够实现更高效的电流密度。作为替选或者作为附加，高温超导体-带状导体的主卷绕组和/或另外的区域能够借助支撑带或者支撑导线缠绕。

也优选如下的实施方式，在该实施方式的情况下，各所述磁体线圈段构造成具有相同轴向长度的线圈承载件并且各线圈承载件轴向对齐。由此实现在轴向方向上紧凑的并且易于操纵的结构，该结构能够很好地安装在低温恒温器中。

特别优选如下的实施方式，在该实施方式的情况下，各磁体线圈段经由其第一超导体-跟随导体和第二超导体-跟随导体导电地相互连接。典型地将线圈分段相互串联电连接。经由超导体-跟随导体易于实现电的、尤其是超导的连接，其中，所述连接能够设置在低场区域中。如果磁体组件(除了上述的具有集成接头的磁体线圈段之外)包括另外的磁体线圈段，则这些另外的磁体线圈段典型地包括在串联电路中。作为替选也可行的是，单独地运行单个或多个线圈分段，例如径向最外部的、用于有源磁场屏蔽的磁体线圈段。

此外，如下的实施方式是有利的，在所述实施方式的情况下，磁体组件构造用于，在最内部的磁体线圈段内部在至少0.5cm ³的试样容积中产生强度为B 0且均匀度为100ppm或更高的磁场，并且磁体线圈段的第一接头和第二接头、并且优选在可选的情况下也包括中间接头在轴向上与试样容积间隔开间距，使得对于所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用：

Bjoint≤1/2*B0，

优选Bjoint≤1/10*B0，

特别优选Bjoint≤1/50*B0，

尤其是B0≥20T。在本发明的范畴内，小的磁场强度Bjoint能够通过相对于主卷绕组轴向导出而轻松地设置。通过小的磁场强度Bjoint能够实现相应接头的高载流能力，优选地使得相应接头不限制磁体组件整体上的超导载流能力。

此外，优选根据本发明的磁体组件的如下实施方式，其中，至少其中一个所述磁体线圈段构造具有倾斜的凹槽基底(参见上文)，其中，磁体组件规定，

磁体线圈段串联电连接，

并且凹槽基底的局部面法线这样延伸，使得

-支承在凹槽基底上的高温超导体-带状导体的短边缘上的弯曲如此小，使得高温超导体-带状导体在其边缘处的伸长率也不超过0.6％，优选不超过0.2％，特别优选在支承在凹槽基底上的高温超导体-带状导体的短边缘上不发生弯曲，并且同时

-通过磁体组件整体产生的磁场的与凹槽基底的局部面法线处于平行的局部法线分量在数值上普遍小于或等于磁场的基准法线分量，该基准法线分量在高温超导体-带状导体处在主卷绕组的轴向最外部匝圈中是在垂直于高温超导体-带状导体的局部带平面的分量中最大的。换言之，凹槽基底这样引导和定向，使得在凹槽基底处的磁场的最大局部法线分量MNK小于或等于本来在主卷绕组中(在其轴向边缘处的)出现的基准法线分量RNK。于是，沿着凹槽基底的法线分量不限制磁体组件整体的载流能力。典型地，在磁体组件的所有磁体线圈段中均设置有倾斜的凹槽基底，其中，适用MNK≤RNK。

本发明的另外的优点从说明书和附图中得出。同样根据本发明，前述的和还将进一步详述的特征能够分别各自自身地或者多个特征以任意的组合使用。所示出的和描述的实施方式不应理解成是完全的例举，而是相反具有用于描述本发明的示例性特征。

附图说明

图1示出根据本发明的磁体线圈段的一种实施方式的示意性的纵剖视图，该磁体线圈段在上部的第一侧向区域中具有第一和第二接头并且在下部的第二侧向区域中具有中间接头；

图2a示出图1的磁体线圈段在磁体线圈段的上部的第一侧向区域中第一和第二接头的区域内的示意性透视图；

图2b示出图2a的示意性透视图，但不包括线圈承载件；

图3a示出图1的磁体线圈段在从主卷绕组的上端部至第一侧向区域的下部的(轴向内部的)部分的过渡区域内的示意性透视图，包括高温超导体-带状导体的基体和第一端部区段，但不包括承载罩组件；

图3b示出图3a的透视图，包括高温超导体-带状导体的基体以及第一端部区段和第二端部区段以及包括承载罩组件；

图3c示出图3a的透视图，仅包括高温超导体-带状导体的两个端部区段；

图3d示出图3a的透视图，仅包括分隔罩组件；

图4a示出图1的磁体线圈段在下部的第二侧向区域中在从主卷绕组的下部的轴向端部直至中间接头的区域中的示意性透视图；

图4b示出图4a的透视图，但仅示出高温超导体子带；

图4c示出图4a的透视图，但仅示出分隔罩组件；

图4d示出图4a的透视图，但仅示出中间接头区域内不包括分隔罩的线圈承载件；

图5示出图1的磁体线圈段在从主卷绕组直至第一接头的区域内的透视图，仅包括高温超导体-带状导体的第一端部区段；

图6示出根据本发明的磁体组件的一种实施方式的高度示意化的纵剖视图，该磁体组件包括嵌套设置的多个磁体线圈段；

图7示出根据本发明的磁体线圈段的一种另外的实施方式的高度示意化的纵剖视图，包括第一侧向区域中的第一接头和相对置的在第二侧向区域中的第二接头；

图8示出根据本发明的磁体线圈段的一种另外的实施方式的高度示意化的纵剖视图，局限于第一侧向区域，包括用于第一侧向区域中的第一接头的接头凹槽。

具体实施方式

图1以示意性纵视图示出根据本发明的磁体线圈段1的一种实施方式。

磁体线圈段1具有线圈承载件2，该线圈承载件整体上基本呈圆柱体外壳形状构造——参照线圈承载件2的轴线(圆柱体轴线)A——并且绝大部分由管状的基体3(在这里由钢制成)构成。此外，线圈承载件2在这里具有绝缘体4、由承载罩5a、5b构成的组件5、由法兰元件6a、6b构成的组件6和由分隔罩7a、7b构成的组件7，这些组件均安装在基体3上。

此外，磁体线圈组件1具有高温超导体-带状导体10，该高温超导体-带状导体在这里双体式地构造有第一高温超导体子带10a和第二高温超导体子带10b。高温超导体-带状导体10在这里以YBCO层构成在柔性金属基板(在这里由钢制成)上。此外，磁体线圈段1具有两个超导体-跟随导体(SL-Folgeleither)31、32。这两个超导体-跟随导体31、32在这里构成为铌钛导线。

高温超导体-带状导体10具有第一端部区段11，该第一端部区段在第一接头21的区域内与第一超导体-跟随导体31的端部区段31a相连接。此外，高温超导体-带状导体10具有第二端部区段12，该第二端部区段在第二接头22的区域内与第二超导体-跟随导体32的端部区段32a相连接。

磁体线圈段1在示意图中局部中断地示出(参见波浪状的接合处)，以便能够更好地示出本发明的重要方面。高温超导体-带状导体10的绝大部分在线圈体2的处于轴向中部的主区域HB内在主卷绕腔8中呈螺线管状地分多层(在这里为八层)地卷绕成主卷绕组9。应当注意，主卷绕腔8的轴向长度在图1中大幅缩短地示出。如果电流流过高温超导体-带状导体10，则(典型地通过另外的磁体线圈段的作用来补充地)在磁体线圈段1内部的试样容积PV中产生磁场，该磁场例如能够用于核磁共振测量。

在轴向上部，第一侧向区域SB1连接至主区域HB，所述两个接头21、22也构造在该第一侧向区域中。在此，在轴向内部区段13中将高温超导体-带状导体10的端部区段11、12在螺旋状延伸的槽状凹部15a、15b中从接头21、22转引至主区域HB中。在轴向外部区段14中构造有接头21、22。在接头21、22的区域中，高温超导体-带状导体10的端部区段11、12和超导体-跟随导体31、32的端部区段31a、32a在接头卷绕腔23a、23b中上下叠置地卷绕在线圈承载件2上。

朝轴向下方，第二侧向区域SB2连接至主区域HB，在该第二侧向区域中构造有中间接头16。基于其在示出的实施方式中处于下方的位置，中间接头16也被称为底部接头(“Bottomjoint”)。

在此，用于高温超导体子带10a、10b的输送凹槽17a、17b在线圈体2中从主卷绕腔8引导至中间接头16，在那里，高温超导体子带10a、10b在中间接头凹槽18中上下叠置地并且电连接地卷绕在线圈承载件2上。

磁体线圈段1至少在接头21、22的区域内(即在可选的情况下不包括超导体-跟随导体31、32的展开的连接区段)在径向方向上将径向区域RBS作为结构空间充分用于线圈承载件2、高温超导体-带状导体10和超导体-跟随导体31、32，该径向区域在这里从主区域HB中线圈承载件2的最小内半径RiH(其中，在本实施方式中，线圈承载件2的内半径各处均是相等的)延伸直至承载罩5a、5b的外半径RT；这些承载罩5a、5b在这里是线圈承载件2的在径向上伸展最远的部件。在此，承载罩5a、5b的外半径RT略大于高温超导体-带状导体10的主卷绕组9的最大外半径RaH，在这里约为RT＝1.03×RaH。

通过接头21、22和中间接头16在轴向方向上与主卷绕组9间隔开间距能够确保，这三个接头21、22、16处的最大磁场强度Bjoint在数值上显著小于试样容积PV中的(均匀)磁场强度B0。此外，由于高温超导体-带状导体10在这三个接头21、22、16处卷绕在线圈承载件2上，这些接头21、22、16在空间方面特别紧凑地安装，并且这三个接头21、22、16能够以大的重叠长度或者重叠面可靠地并且欧姆电阻实际可忽略不计地实施。

下面根据另外的对图1予以补充和详细说明的附图进一步详述磁体线圈段1的特征。

图2a和图2b更详细地示出接头21、22。在上部第一接头21的区域内，在径向内部第一超导体-跟随导体31借助端部区段31a卷绕在绝缘体4上(该绝缘体基本构成为塑料管)。第一超导体-跟随导体31的连接区段31b在轴向方向上导出，为此在线圈承载件2中构造有引出凹槽19a。在这里，高温超导体-带状导体10的第一端部区段11的一部分在径向外部卷绕在第一超导体-跟随导体31上并且导电地(优选超导地)且面式地彼此连接。相对于高温超导体-带状导体的重叠长度在这里约为3-4匝。在绝缘体4中构造有环绕的凹部作为接头卷绕腔23a(在图1中可以更好地看到)，在该接头卷绕腔中安装有高温超导体-带状导体10的卷绕的第一端部区段11和第一超导体-跟随导体31的卷绕的端部区段31a。由于绝缘体4由电绝缘材料、例如由塑料制成，接头卷绕腔23a的壁由此是电绝缘的。

在第一接头21下方或者说在接头卷绕腔23a下方，第二超导体-跟随导体32的连接区段32b穿过导出凹槽19b引导。

第二超导体-跟随导体32同样借助其端部区段32a卷绕在绝缘体4上。第二超导体-跟随导体32的连接区段32b轴向向上导出。高温超导体-带状导体10的第二端部区段12的一部分又在这里从径向外部卷绕在第二超导体-跟随导体32上并且导电地(优选超导地)并且面式地相互连接。相对于高温超导体-带状导体10的重叠长度在这里约为3-4匝。在绝缘体4中构造有环绕凹部作为接头卷绕腔23b(在图1中可以更好地看到)，在该接头卷绕腔中安装有高温超导体-带状导体10的卷绕的第二端部区段12和第二超导体-跟随导体32的卷绕的端部区段32a。接头卷绕腔23b基于其构造在绝缘体4中又构成电绝缘壁。

在第二接头22下方或者说在接头卷绕腔23b的下方，高温超导体-带状导体10的第一端部区段11穿过槽状凹部24引导(对此也可参见图1)。

图3a至图3d更详细地说明高温超导体-带状导体10的端部区段11、12在主卷绕腔8中的主卷绕组9中的引入和引出。在此将第一端部区段11引入径向最内部的(“最下方的”)层26并且将第二端部区段12从径向最外部的(“最上方的”)层27中引出(应当注意，分别仅示出所述最内部的层26的和最外部的层27的几匝)。两个端部区段11、12在线圈承载件2中的槽状凹部15a、15b中引导。

在轴向上与主卷绕腔8相距足够远的交叉区域25处，径向外部的端部区段(在这里即在槽状凹部15b中的第二端部区段12)能够简单地经由处在其下方的、用于径向内部的端部区段(在这里即第一端部区段11)的槽状凹部15a在线圈承载件2的基体3中引导。所述两个槽状凹部15a、15b的凹槽深度能够简单地选择为不同深度。优选所述端部区段11、12在交叉区域25中相互支承；但即使并非如此，交叉区域25的小的面积对于机械保持端部区段11、12也是不成问题的。

但如果交叉区域靠近主卷绕腔8，使得交叉区域基于槽状凹部15a、15b的尚小的倾斜度(节距)面式地延伸(并且尤其是在大部分圆周上、例如在1/2以上的圆周上延伸)，则端部区段11、12可能无法再机械稳定地在基体3中引导；径向支承可能是不可行的，因为从主卷绕腔8出发，高温超导体-带状导体10的(螺旋)半径只能逐渐改变，尤其是以免在高温超导体-带状导体的短边缘上引入弯曲部。

因此在基体3上设置有由承载罩5a、5b构成的组件5，该组件为高温超导体-带状导体10的径向外部的第二端部区段12提供支承；将组件5安置到线圈承载件2的基体3上，并且典型地也将其拧紧。用于径向外部的第二端部区段12的槽状凹部15b从基体3出发在承载罩5a、5b构成的组件5中继续延伸直至主卷绕组9的径向外部的层27。用于径向内部的第一端部区段11的槽状凹部15a从基体3出发在由承载罩5a、5b构成的组件5下方穿过(对此也可参见图1)。

在示出的实施方式中，由承载罩5a、5b构成的组件5由两个承载罩5a、5b(“半罩壳”)组成，所述承载罩分别覆盖约180°的圆周。承载罩5a、5b由电绝缘塑料制成。

图4a至图4d更详细地说明图1的磁体线圈段的中间接头16的构造。

如果应当将一定长度的高温超导体-带状导体10安装在磁体线圈段中，所述磁体线圈段能够制成为大于完好的高温超导体-带状导体件(例如以产生特别强的磁场)，则能够将两个高温超导部件10a、10b相互连接，所述高温超导部件共同构成磁体线圈段的高温超导体-带状导体10。典型地将高温超导部件10a、10b从主卷绕组9的两个中部的层中引出。为了避免复杂的交叉，典型地仅设置一个中间接头16(如在此示出的那样)；但是原则上也可行的是，设置多个中间接头。

从向下受到用于机械引导的由凸缘罩6a、6b构成的组件6(仅在图1中示出)限制的主卷绕腔8出发，用于在径向上处于较低处的高温超导体子带10a的输送凹槽17b和用于在径向上处于较高处的高温超导体子带10b的输送凹槽17a从主卷绕腔8在第二侧向区域SB2中引导至中间接头16。在此，输送凹槽17a、17b多次相交。输送凹槽17a、17b螺旋状地延伸，其中，节距沿轴向向外(在这里即朝下)首先增大并且然后在中间接头16附近再次减小。

在这里，中间接头16通过重叠的高温超导体子带10a、10b的直接的面式的连接而建立；高温超导体-带状导体10在该区域中作为“双带”28延伸(作为替选也能够设置与高温超带带状导体子带10a、10b重叠的超导桥式带(Brückenband)，未示出)。

双带28分两层地卷绕在线圈承载件2上。双带28的径向内层直接卷绕在基体3上；为此，基体3构成具有径向内部部分18a的中间接头凹槽18，在该中间接头凹槽中引导双带28。双带28的径向外层构造在由分隔罩7a、7b构成的组件7上，该组件放置在基体3上。由分隔罩7a、7b构成的组件7构成具有径向外部部分18b的中间接头凹槽18。在由分隔罩7a、7b构成的组件7的轴向外侧端部处构造有用于半径变化的区域29，在该区域中，中间接头凹槽18的半径在内部部分18a处朝通槽30方向增大，并且该半径在外部部分18b处朝通槽30的方向减小。也就是说，双带28在轴向方向上经由所述两层来回引导。由此能够无问题地提供足以实现良好电接触的重叠长度。

在示出的实施方式中，由隔离罩7a、7b构成的组件7由两个隔离罩7a、7b(“半罩壳”)组成，所述隔离罩分别覆盖约180°的圆周。隔离罩7a、7b由电绝缘塑料制成。

图5示出高温超导体-带状导体10的端部区段(在这里以第二端部区段12为例示出)从主卷绕组9直至接头(在这里即第二接头22)的延伸走向。

在示出的实施方式中，第二端部区段12以其属于第二接头22的部分借助直接轴向彼此邻接的卷绕匝圈平整地、螺旋状地卷绕在线圈承载件(未示出)上；那里的节距是最小的并且基本通过高温超导体-带状导体10的宽度和卷绕半径预先给定。于是，朝轴向内部(下部)主卷绕组9的方向，节距首先增加，以便以尽可能少的带材长度实现该过渡。应当注意，主卷绕组9外部的高温超导体-带状导体10可能会影响试样容积中产生的磁场的均匀度。然后，螺旋状绕组的节距再次减小，直至其最终在主卷绕组的区域内再次最小化，这基本由导体宽度和卷绕半径决定，因为在主卷绕组9中，匝圈再次平整地并且在轴向上直接彼此贴靠。

通常适用的是，高温超导体-带状导体10的(例如其端部区段11、12的)延伸走向由线圈承载件2中的配属的引导件(例如由槽状凹部15a、15b)决定。通过引导件的合适的延伸走向、以及尤其是凹槽基底33(未在图5中示出，但可参见图1)的合适的定向，一方面能够使高温超导体-带状导体10的短边缘上的机械负载、尤其是弯曲最小化，并且另一方面能够使高温超导体-带状导体10在局部磁场方面的定向优化。在此，凹槽基底33的局部面法线FN能够与线圈承载件2的轴线A成角度α定向，该角度不等于90°。平行于局部面法线FN延伸的磁场的法线分量显著影响高温超导体-带状导体10的载流能力。因此，所述局部的凹槽基底33应当这样定向，使得磁场的局部法线分量在数值上不大于基准法线分量，其作为局部法线分量的最大值，本来在高温超导体-带状导体10中的主卷绕组9的轴向边缘处达到。

图6示出了根据本发明的磁体组件40的一种实施方式。

该磁体组件在这里包括相互嵌套的、根据本发明的、具有高温超导体-带状导体和集成的接头21、22的三个磁体线圈段1a、1b、1c(例如如图1至图5中示出的那样)以及在这里还包括另外两个相互嵌套的磁体线圈段61、62，这两个磁体线圈段分别包括螺线管状卷绕的低温超导导线。在此，磁体线圈段1a-1c设置在所述另外的磁体线圈段61、62内部。整个磁体组件40、即磁体线圈段1a、1b、1c以及另外的磁体线圈段61、62共同在试样容积PV中产生均匀的磁场。

在这里，磁体线圈段1a-1c在轴向方向上(参见轴线A)等长并且对齐。磁体线圈段1a-1c和另外的磁体线圈段61、62在这里经由超导体-跟随导体的连接区段31b、32b和另外的连接区段63、64相互电地串联连接，其中，使用外部接头41。在示出的实施方式中能够使磁体组件40经由超导开关42超导地短路，并且由此切换到持续电流模式(“persistentmode”)，在所述模式中不需要外部电流供应并且试样容积PV中的磁场能够持久地并且实际上无漂移地保持。在这里，电源43与开关42平行设置，经由该开关能够对磁体组件40进行充电和放电。

在相邻的磁体线圈段1a、1b或者1b、1c之间保留的间隙45在这里用电绝缘填充材料44、在这里即用高温状态下的铸造材料填充，其中，铸造材料在低温状态下固化并且在运行中使磁体线圈段1a-1c相对于彼此机械稳定。在相邻的磁体线圈段1a、1b或者1b、1c之间的径向间隙宽度SB在整个圆周和整个轴向长度上典型地最大为0.6mm(即GSP≤0.60mm)，并且平均典型最大为0.5mm(即MS≤0.50mm)。

应当注意，所述磁体线圈段1a-1c、另外的磁体线圈段61、62、连接区段31b、32b、另外的连接区段63、64、外部接头41和超导开关42典型地设置在低温恒温器内，在所述低温恒温器内部能够设置低温温度(未详细示出)。

图7示出根据本发明的磁体线圈段1的一种另外的实施方式，其类似于在图1至图5中示出的磁体线圈段。仅阐述重要区别。在该实施方式的情况下，第一接头21设置在第一侧向区域SB1中，并且第二接头22相对置地设置在第二侧向区域SB2中。将高温超导体-带状导体10从主卷绕组9引导至接头21、22的两个槽状凹部15a、15b在这种情况下不需要相交。在这里，超导体-跟随导体的连接区段31b、32b在相对置侧上轴向地从线圈承载件2中导出。

图8示出根据本发明的磁体线圈段1的一种另外的实施方式，其类似于图7的磁体线圈段，其中，图8的局部图为了简化仅限于第一侧向区域SB1。仅阐述与图7的重要区别。

在第一侧向区域1中构造第一接头21(第二接头在这里构造在第二侧向区域中，未示出；但应当注意，如果第二接头同样构造在第一侧向区域中，那么类似地也能够应用所示出的第一接头21的结构)。第一接头21在线圈承载件2中、在这里即在由电绝缘材料(例如塑料)制成的安置在线圈承载件2的基体3上的绝缘体4中具有螺旋状环绕的接头凹槽81，该接头凹槽在这里总共具有五匝。在各匝之间分别保留将各匝分隔的线圈承载件2接片82。基于绝缘体4的绝缘材料，接头凹槽81的壁是电绝缘的。

在这里，第一超导体-跟随导体31在接头凹槽81中在径向内部卷绕，但是其中，该第一超导体-跟随导体被轧宽至高温超导体-带状导体10的宽度。在接头凹槽81径向外部卷绕高温超导体-带状导体10的第一端部区段11。

也就是说，所述被轧制的超导跟随导线31和高温超导体-带状导体10在接合凹槽81中以相应一匝相互上下支承并且面式地电(优选超导)连接。接头凹槽81能够在每一匝中分别引导高温超导体-带状导体10和轧制的超导体-跟随导体31并且使其机械稳定。

第一接头21在这里具有围绕线圈承载件2环绕五圈的高温超导体-带状导体10和超导体-跟随导体31。在超导体-跟随导体31的连接区段31b的区域中，超导体-跟随导体31在这里未被轧宽，而是具有矩形横截面。槽状凹部15a将高温超导体-带状导体10从第一接头21进一步引导至主卷绕组9。

概括地来说，本发明提出一种磁体线圈段(1；1a-1c)，在所述磁体线圈段的情况下，高温超导体(＝HTS)-带状导体(10)在线圈承载件(2)的主卷绕腔(8)中螺线管状地卷绕，并且磁体线圈段(1；1a-1c)具有分别从高温超导体-带状导体(10)到超导体(＝SL)跟随导体(31、32)的第一接头(21)和第二接头(22)，其中，接头(21、22)集成到磁体线圈段(1；1a-1c)中。在第一接头(21)的和第二接头(22)的区域中，高温超导体-带状导体(10)的端部区段(11、12)和配属的超导体-跟随导体(31、32)的端部区段(31a、32a)分别卷绕在线圈承载件(2)上并且面式地相互连接，其中，典型地有多匝高温超导体-带状导体(10)和超导体-跟随导体(31、32)重叠。接头(21、22)轴向地从主卷绕腔(8)离开。磁体线圈段(1；1a-1c)占据径向区域(RBS)，该径向区域最大超过高温超导体-带状导体(10)的主卷绕组(9)的外半径(RaH)的20％并且在主卷绕腔(8)的区域内不超过线圈承载件(2)的内半径(RiH)。多个磁体线圈段能够嵌套成一个磁体组件。借助根据本发明的磁体线圈段能够实现简单且紧凑的结构以及高的超导载流能力。

附图标记列表

1、1a-1c 磁体线圈段

2 线圈承载件

3 线圈承载件的基体

4 绝缘体

5 承载罩组件

5a、5b 承载罩

6 凸缘罩组件

6a、6b 凸缘罩

7 分隔罩组件

7a、7b 分隔罩

8 主卷绕腔

9 主卷绕组

10 高温超导体-带状导体

11 高温超导体-带状导体的第一端部区段

12 高温超导体-带状导体的第二端部区段

13 轴向内部区段

14 轴向外部区段

15a、15b 槽状凹部

16 中间接头

17a、17b 输送凹槽

18 中间接头凹槽

18a 中间接头凹槽的径向内部部分

18b 中间接头凹槽的径向外部部分

19a 第一超导体-跟随导体的引出凹槽

19b 第二超导体-跟随导体的引出凹槽

21 第一接头

22 第二接头

23a、23b 接头腔

24 槽状凹部

25 交叉区域

26 径向最内层

27 径向最外层

28 双带

29 半径变化区域

30 通槽

31 第一超导体-跟随导体

31a 第一超导体-跟随导体的端部区段

31b 第一超导体-跟随导体的连接区段

32 第二超导体-跟随导体

32a 第二超导体-跟随导体的端部区段

32b 第二超导体-跟随导体的连接区段

33 凹槽基底

40 磁体组件

41 磁体线圈段之间的外部接头

42 超导开关

43 电源

44 填充材料

45 径向间隙

A 线圈承载件的轴线(圆柱体轴线)

FN 凹槽基底的面法线

HB 主区域

PV 试样容积

SB 间隙宽度

SB1 第一侧向区域

SB2 第二侧向区域

RiH 线圈承载件在主区域中的最小内半径

RaH 主卷绕组的最大外半径

RT 承载罩的最大半径

RBS 磁体线圈段的径向区域

Claims (49)

1.磁体线圈段(1；1a-1c)，所述磁体线圈段包括呈圆柱体外壳形状的线圈承载件(2)、高温超导体-带状导体(10)和第一超导体-跟随导体(31)，所述第一超导体-跟随导体具有在所述高温超导体-带状导体(10)和第一超导体-跟随导体(31)之间的第一接头(21)，

所述线圈承载件(2)具有主区域(HB)，在所述主区域中，高温超导体-带状导体(10)的主卷绕组(9)螺线管状地卷绕到线圈承载件(2)上，

所述线圈承载件(2)此外具有第一侧向区域(SB1)，所述第一侧向区域轴向地在第一侧上连接至主区域(HB)，并且在所述第一侧向区域中，高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)卷绕到线圈承载件(2)上，

至少在第一侧向区域(SB1)的轴向内部区段(13)中，所述高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)在线圈承载件(2)的槽状凹部(15a、24)中引导，并且

所述高温超导体-带状导体(10)的主卷绕组(9)具有最大外半径RaH，并且所述线圈承载件(2)在主区域(HB)中具有最小内半径RiH，

其特征在于，

所述磁体线圈段(1；1a-1c)还包括具有连接至高温超导体-带状导体(10)的第二接头(22)的第二超导体-跟随导体(32)，

在所述第一侧向区域(SB1)中或者在轴向地在第二侧上连接至主区域(HB)并且与第一侧相对置的第二侧向区域(SB2)中，高温超导体-带状导体(10)的第二端部区段(12)卷绕到线圈承载件(2)上，

至少在所述第一或者第二侧向区域(SB1、SB2)的轴向内部区段(13)中，高温超导体-带状导体(10)的第二端部区段(12)在线圈承载件(2)的槽状凹部(15b)中引导，

在第一侧向区域(SB1)的轴向外部区段(14)中，所述高温超导体-带状导体(10)的卷绕在线圈承载件(2)上的第一端部区段(11)的至少一部分与第一超导体-跟随导体(31)的一个端部区段(31a)面式地连接以构成第一接头(21)，并且所述高温超导体-带状导体(10)的卷绕在线圈承载件(2)上的第二端部区段(12)的至少一部分与第二超导体-跟随导体(32)的一个端部区段(32a)面式地连接以构成第二接头(22)，

所述线圈承载件(2)整体、高温超导体-带状导体(10)整体以及第一超导体-跟随导体(31)至少在第一接头(21)的区域内和第二超导体-跟随导体(32)至少在第二接头(22)的区域内在磁体线圈段(1)的径向区域RBS内延伸，其中0.80×RiH≤RBS≤1.2×RaH，

并且此外，

所述第一接头(21)和第二接头(22)分别在线圈承载件(2)的整个圆周上延伸，和/或所述第一接头(21)和第二接头(22)分别在相对于高温超导体-带状导体(10)至少0.1m的重叠长度上延伸。

2.根据权利要求1所述的磁体线圈段(1)，其特征在于，0.9×RiH≤RBS≤1.1×RaH。

3.根据权利要求1所述的磁体线圈段(1)，其特征在于，RiH≤RBS≤RaH。

4.根据权利要求1所述的磁体线圈段(1)，其特征在于，所述第一接头(21)和第二接头(22)分别在相对于高温超导体-带状导体(10)至少0.5m的重叠长度上延伸。

5.根据权利要求1所述的磁体线圈段(1)，其特征在于，在所述主区域(HB)中，线圈承载件(2)具有环绕的环形凹部作为主卷绕腔(8)，在所述主卷绕腔中，高温超导体-带状导体(10)的主卷绕组(9)分多层地螺线管状地卷绕。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向外部区段(14)中，线圈承载件(2)具有环绕的环形凹部作为第一接头卷绕腔(23a)，在所述第一接头卷绕腔中，高温超导体-带状导体(10)的具有相互并排的多个匝圈的第一端部区段(11)的至少一部分和第一超导体-跟随导体(31)的具有相互并排的多个匝圈的所述端部区段(31a)上下叠置地卷绕，和/或

在第一或第二侧向区域的轴向外部区段(14)中，线圈承载件(2)具有环绕的环形凹部作为第二接头卷绕腔(23b)，在所述第二接头卷绕腔中，高温超导体-带状导体(10)的具有相互并排的多个匝圈的第二端部区段(12)的至少一部分和第二超导体-跟随导体(32)的具有相互并排的多个匝圈的端部区段(32a)上下叠置地卷绕。

7.根据权利要求6所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述线圈承载件(2)在第一接头卷绕腔(23a)的壁的和/或第二接头卷绕腔(23b)的壁的区域内由电绝缘材料构成。

8.根据权利要求7所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述电绝缘材料是塑料。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向外部区段(14)中，线圈承载件(2)具有第一接头凹槽(81)，所述第一接头凹槽围绕线圈承载件(2)引导至少一圈，并且在所述第一接头凹槽中，高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)的至少一部分和第一超导体-跟随导体(31)的所述端部区段(31a)上下叠置地引导，和/或

在所述第一或第二侧向区域(SB1、SB2)的轴向外部区段(14)中，线圈承载件(2)具有第二接头凹槽，所述第二接头凹槽围绕线圈承载件(2)引导至少一圈，在所述第二接头凹槽中，高温超导体-带状导体(10)的第二端部区段(12)的至少一部分和第二超导体-跟随导体(32)的所述端部区段(32a)上下叠置地引导。

10.根据权利要求9所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述第一接头凹槽(81)围绕线圈承载件(2)引导多圈。

11.根据权利要求9所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述第二接头凹槽围绕线圈承载件(2)引导多圈。

12.根据权利要求9所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述线圈承载件(2)在第一接头凹槽(81)的壁的和/或第二接头凹槽的壁的区域内由电绝缘材料构成。

13.根据权利要求12所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述电绝缘材料是塑料。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)中，高温超导体-带状导体(10)的第二端部区段(12)也卷绕到线圈承载件(2)上。

15.根据权利要求14所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向内部区段(13)中，第一端部区段(11)的和第二端部区段(12)的槽状凹部(15a、15b)多次相交。

16.根据权利要求14所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述线圈承载件(2)在第一侧向区域(SB1)的轴向内部区段(13)的轴向连接至主卷绕腔(8)的过渡区域中构造有由承载罩(5a、5b)构成的组件(5)，所述承载罩支承在线圈承载件(2)的其余部分上并且共同环状地包围线圈承载件(2)的其余部分，并且

在所述过渡区域中，用于高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)和第二端部区段(12)的槽状凹部(15a、15b)中的一个槽状凹部构成在由承载罩(5a、5b)构成的组件(5)中，并且用于高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)和第二端部区段(12)的槽状凹部(15a、15b)的另一槽状凹部径向地在由承载罩(5a、5b)构成的组件(5)下方构造在线圈承载件(2)的其余部分中，其中，在过渡区域中，高温超导体-带状导体(10)的第一和第二端部区段(11、12)至少相交一次。

17.根据权利要求14所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向内部区段(13)中，用于高温超导体-带状导体(10)的第一端部区段(11)和第二端部区段(12)的槽状凹部(15a、15b)在所述槽状凹部(15a、15b)的至少一个交叉区域(25)中构造成具有不同的凹槽深度。

18.根据权利要求14所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向外部区段(14)中，用于高温超导体-带状导体(10)的具有在轴向上更靠外的接头的端部区段(11、12)的槽状凹部(24)径向地在轴向上更靠内的接头的内部延伸。

19.根据权利要求14所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)的轴向外部区段(14)中，用于构成所述在轴向上更靠内的接头(21、22)的一部分的超导体-跟随导体(31、32)的引出凹槽(19a、19b)径向地在所述在轴向上更靠外的接头(21、22)的内部延伸。

20.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述高温超导体-带状导体(10)至少具有两个高温超导体子带(10a、10b)，所述高温超导体子带串联地经由至少一个中间接头(16)导电地相互连接，其中，高温超导体子带(10a、10b)在所述至少一个中间接头(16)的区域内在第一侧向区域(SB1)中或者在第二侧向区域(SB2)中卷绕在线圈承载件(2)上。

21.根据权利要求20所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述至少一个中间接头(16)的区域内，高温超导体子带(10a、10b)与共同的超导体桥式带相连接。

22.根据权利要求20所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述线圈承载件(2)在第一侧向区域(SB1)中或者在第二侧向区域(SB2)中构成用于高温超导体子带(10a、10b)的两个输送凹槽(17a、17b)，所述输送凹槽从主卷绕腔(8)引导至所述至少一个中间接头(16)的区域，并且线圈承载件(2)在中间接头(16)的区域中构成用于高温超导体子带(10a、10b)的中间接头凹槽(18)。

23.根据权利要求22所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，线圈承载件(2)在所述至少一个中间接头(16)的区域内构成具有由分隔罩(7a、7b)构成的组件(7)，这些分隔罩支承在线圈承载件(2)的其余部分上并且共同地环状包围线圈承载件(2)的其余部分，并且中间接头凹槽(18)的径向外部部分(18b)构成在由分隔罩(7a、7b)构成的组件(7)中，并且中间接头凹槽(18)的径向内部部分(18a)径向地在由分隔罩(7a、7b)构成的组件(7)下方构成在线圈承载件(2)的其余部分中。

24.根据权利要求23所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，由分隔罩(7a、7b)构成的组件(7)具有用于中间接头(16)的半径变化的区域(29)。

25.根据权利要求20所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)中，高温超导体-带状导体(10)的第二端部区段(12)也卷绕到线圈承载件(2)上，并且高温超导体子带(10a、10b)在所述至少一个中间接头(16)的区域内在第二侧向区域(SB2)中卷绕在线圈承载件(2)上。

26.根据权利要求25所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述线圈承载件(2)以其圆柱体轴线(A)竖直地定向并且是以第二侧向区域(SB2)处于下部地和以第一侧向区域(SB1)处于上部地定向。

27.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，

-至少在第一和/或第二侧向区域(SB1、SB2)的处于轴向内部的区段(13)中引导高温超导体-带状导体(10)的槽状凹部(15a、15b、24)至少在局部构成有凹槽基底(33)，高温超导体-带状导体(10)支承在所述凹槽基底上并且所述凹槽基底的局部面法线(FN)与线圈承载件(2)的轴线(A)构成不等于90°的角度(α)。

28.根据权利要求27所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在第一和/或第二侧向区域(SB1、SB2)的轴向外部区段(14)中引导高温超导体-带状导体(10)的第一和/或第二端部区段(11、12)的接头凹槽至少在局部构成有凹槽基底(33)，高温超导体-带状导体(10)支承在所述凹槽基底上并且所述凹槽基底的局部面法线(FN)与线圈承载件(2)的轴线(A)构成不等于90°的角度(α)。

29.根据权利要求28所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，高温超导体-带状导体(10)的用于与中间接头(16)相连接的高温超导体子带(10a、10b)的输送凹槽(17a、17b)和中间接头凹槽(18)至少在局部构成有凹槽基底(33)，高温超导体-带状导体(10)支承在所述凹槽基底上并且所述凹槽基底的局部面法线(FN)与线圈承载件(2)的轴线(A)构成不等于90°的角度(α)。

30.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，

所述第一超导体-跟随导体(31)和/或第二超导体-跟随导体(32)包含低温超导体材料，

和/或所述第一超导体-跟随导体(31)和/或第二超导体-跟随导体(32)含有二硼化镁，

和/或所述高温超导体-带状导体(10)含有稀土钡铜氧化物或者Bi2223。

31.根据权利要求30所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述低温超导体材料是NbTi。

32.根据权利要求30所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述稀土钡铜氧化物是钇钡铜氧化物。

33.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，在所述第一侧向区域(SB1)中第一端部区段(11)的高温超导体-带状导体(10)和在所述第一或第二侧向区域(SB1、SB2)中第二端部区段(12)的高温超导体-带状导体(10)分别螺旋状地卷绕，其中，节距沿轴向向外首先增加并且然后再减小。

34.根据权利要求1至5中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其特征在于，所述第一超导体-跟随导体(31)和第二超导体-跟随导体(32)分别借助连接区段(31b、32b)从第一或第二侧向区域(SB1、SB2)的轴向外部区段(14)轴向导出。

35.磁体组件(40)，所述磁体组件包括多个根据权利要求1至34中任一项所述的磁体线圈段(1；1a-1c)，其中，所述磁体线圈段(1；1a-1c)相互嵌套地设置。

36.根据权利要求35所述的磁体组件(40)，其特征在于，对于在相邻的磁体线圈段(1；1a-1c)之间的相应径向间隙(45)的在整个圆周上的平均间隙宽度MS适用的是：MS≤1mm。

37.根据权利要求35所述的磁体组件(40)，其特征在于，对于在相邻的磁体线圈段(1；1a-1c)之间的相应径向间隙(45)的在整个圆周上的平均间隙宽度MS适用的是：MS≤0.5mm。

38.根据权利要求35所述的磁体组件(40)，其特征在于，相应径向内部的磁体线圈段(1；1a-1c)的主卷绕组(9)径向朝外贴靠在径向外部的下一个磁体线圈段(1；1a-1c)的线圈承载件(2)的内侧上，或者在相邻的磁体线圈段(1；1a-1c)之间的相应径向间隙(45)用填充材料(44)填充。

39.根据权利要求38所述的磁体组件(40)，其特征在于，在相邻的磁体线圈段(1；1a-1c)之间的相应径向间隙(45)用填充材料(44)填充，所述填充材料(44)是电绝缘的。

40.根据权利要求39所述的磁体组件(40)，其特征在于，所述填充材料(44)包括硬化的铸造材料和/或薄膜。

41.根据权利要求35至40中任一项所述的磁体组件(40)，其特征在于，各所述磁体线圈段(1；1a-1c)构造成具有轴向长度相同的线圈承载件(2)并且各所述线圈承载件(2)轴向对齐。

42.根据权利要求35至40中任一项所述的磁体组件(40)，其特征在于，所述磁体线圈段(1；1a-1c)经由其第一超导体-跟随导体(31)和第二超导体-跟随导体(32)导电地相互连接。

43.根据权利要求35至40中任一项所述的磁体组件(40)，其特征在于，所述磁体组件(40)构造用于，在最内部的磁体线圈段(1；1a)内部的至少0.5cm³的试样容积(PV)中产生强度为B0且均匀度为100ppm或更高的磁场，并且磁体线圈段(1；1a-1c)的第一接头(21)和第二接头(22)在轴向上与试样容积(PV)间隔开间距地设置，使得对于在所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用的是：Bjoint≤1/2×B0。

44.根据权利要求43所述的磁体组件(40)，其特征在于，磁体线圈段(1；1a-1c)的第一接头(21)、第二接头(22)和中间接头(16)在轴向上与试样容积(PV)间隔开间距地设置，使得对于在所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用的是：Bjoint≤1/2×B0。

45.根据权利要求43所述的磁体组件(40)，其特征在于，对于在所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用的是：Bjoint≤1/10×B0。

46.根据权利要求43所述的磁体组件(40)，其特征在于，对于在所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用的是：Bjoint≤1/50×B0并且B0≥20T。

47.根据权利要求44所述的磁体组件(40)，其特征在于，对于在所述接头的每个接头处的最大磁场强度Bjoint在数值上适用的是：Bjoint≤1/50×B0并且B0≥20T。

48.据权利要求35至40中任一项所述的磁体组件(40)，其中，至少一个所述磁体线圈段(1；1a-1c)根据权利要求27构造，其特征在于，

所述磁体线圈段(1；1a-1c)串联电连接，

并且所述凹槽基底(33)的局部面法线(FN)这样延伸，使得

-支承在凹槽基底(33)上的高温超导体-带状导体(10)的短边缘上的弯曲部如此小，使得高温超导体-带状导体在其边缘处的伸长率也不超过0.6％，并且同时

-通过磁体组件(40)整体产生的磁场的、与凹槽基底(33)的局部面法线(FN)处于平行的局部法线分量在数值上普遍小于或等于磁场的基准法线分量，所述基准法线分量在高温超导体-带状导体(10)上在主卷绕组(9)的轴向最外部匝圈中是垂直于高温超导体-带状导体(10)的局部带平面的分量中最大的。

49.据权利要求48所述的磁体组件(40)，其特征在于，支承在凹槽基底(33)上的高温超导体-带状导体(10)的短边缘上的弯曲部如此小，使得高温超导体-带状导体在其边缘处的伸长率也不超过0.2％，在支承在凹槽基底(33)上的高温超导体-带状导体(10)的短边缘上不发生弯曲。

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