CN113257515B - 一种高温超导双饼线圈及其绕制固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超导磁体技术领域，公开了一种高温超导双饼线圈，包括由同一条高温超导带材缠卷而成的两个单饼线圈，以及中间骨架、第一盖板和第二盖板；所述中间骨架的两个侧面分别放置一个单饼线圈；所述第一盖板与中间骨架的其中一个侧面连接；所述第二盖板与中间骨架的另外一个侧面连接；两个单饼线圈之间的带材从中间骨架穿过；所述中间骨架和第一盖板之间，以及中间骨架和第二盖板之间，均设有调整组件。本发明实现了一副骨架绕制多个不同匝数的线圈，在此基础上，控制线圈张力大小，避免线圈缝隙过大和/或容易松散的问题。本发明还公开了一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法。

Description

一种高温超导双饼线圈及其绕制固定方法

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，尤其涉及一种高温超导双饼线圈及其绕制固定方法。

背景技术

随着我国电力需求量的日益增大，人们对电力系统可靠性、电能质量、环保、节能等方面提出了新的需求，电力设备的小型化、轻量化也成为共同的追求目标。

超导材料，具有零电阻、抗磁性等优良物理特性，由超导材料制成的超导线具有体积小、重量轻、传输电流密度高以及损耗低的优点，能克服传统电力技术和设备的固有缺陷。自从上个世纪被发现以来，超导材料及其应用，特别是在超导电力技术和超导磁体技术方面，一直是当代科学技术中最活跃的前沿研究领域之一。相比于低温超导材料，高温超导材料具有高临界温度，在高磁场下具有强载流能力，同时具有较高的机械强度。

基于此，高温超导电机使用高温超导带材绕制而成的线圈替代传统电机的铜绕组作为定子电枢绕组或者转子励磁绕组，在相同体积下，能够产生比铜绕组强数倍的磁场。由此，在大型船舶推进、航空航天、风力发电、电力机车和电动汽车等应用场合，由于实际使用占地空间具有严格限制，因此高温超导电机不仅可以大大减小电机的体积和重量，还可以大幅度增加电机的功率，实现电力设备的结构紧凑和效率提升。

在目前的技术中，高温超导电机一般采用超导跑道型双饼线圈，由于高温超导带材具有陶瓷特性，因此超导线圈在绕制时容易折断，此外，其还具有价格较贵的缺点。在超导线圈绕制完成后，采用真空环氧浸渍方式进行固化，或在线圈的带材端部用点胶方式固定，然而，超导线圈在30K或77K低温下工作时，这些固定材料由于热胀冷缩，张力不可控制，容易使线圈松散，增加带材之间间隙，造成线圈性能下降甚至整体地损坏。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高温超导双饼线圈，实现一副骨架绕制多个不同匝数的线圈，线圈采用机械固定的方式，无需使用环氧树脂浸渍，因此绕制线圈的高温超导带材可以回收重复利用，在此基础上，控制线圈张力大小，避免线圈缝隙过大和/或容易松散的问题。本发明还公开了一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法。本发明的具体技术方案如下：

一种高温超导双饼线圈，包括：

由同一条高温超导带材缠卷而成的两个单饼线圈；

中间骨架，所述中间骨架的两个侧面分别放置一个单饼线圈；

第一盖板，所述第一盖板与中间骨架的其中一个侧面连接；以及

第二盖板，所述第二盖板与中间骨架的另外一个侧面连接；

其中，两个单饼线圈之间的带材从中间骨架穿过；所述中间骨架和第一盖板之间，以及中间骨架和第二盖板之间，均设有调整组件。

在本发明中，所述调整组件的作用即用于调整其同侧单饼线圈的间隙，及避免该单饼线圈松散，从而以此结构实现对线圈张力的大小控制，由此防止高温超导线圈在电机中作为转子励磁绕组时，承受电磁转矩过大而导致线圈变形甚至损坏，有效确保了高温超导线圈的在电机中的稳定运行。

优选的，所述调整组件包括：

分别设置于中间骨架两侧的限位条；以及

分别设置于第一盖板和第二盖板，且与同侧限位条配合的固定条；

其中，所述限位条与其对应设置的固定条通过调节件连接。

在本发明中，所述调整组件主要包括两个部分，第一部分为设置于中间骨架的限位条，第二部分为与限位条配合使用的固定条；在需要对线圈张力的大小进行固定时，工作人员可以根据调节件在其长度方向穿过相配合的限位条和固定条的距离，使线圈具有合适的张力，以满足具体使用需求；该结构简单、易实现，使线圈贴合的过程更加简便。

优选的，所述中间骨架包括连接为环形结构的两条骨架长边和两条骨架弧边；限位条设置于骨架长边。

在本发明中，所述中间骨架的结构相似于400米标准跑道，两条骨架弧边位于中间骨架的两端，两条骨架长边位于两条骨架弧边之间，分别连接两条骨架弧边相互对应的两端；当单饼线圈在中间骨架上绕制时，其骨架长边容易产生较大间隙，从而影响具体使用效果；由此，利用调整组件对其单饼线圈的骨架长边进行限位调整，从而使卷材之间具有合适的间隙，并且在具体使用时，也不会发生松散。

优选的，所述中间骨架的两侧均为台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述第二台阶的高度高于第一台阶；任意一个单饼线圈放置于中间骨架相应一侧的第一台阶。

在本发明中，所述台阶结构较高的第二台阶能够配合调整组件进行单饼线圈的限位，更好的避免线圈在具体使用时出现松散的情况。

优选的，所述中间骨架包括：

放置隔板；以及

分别设置于放置隔板两侧的环形隔板；

其中，所述放置隔板的任意一侧与同侧的环形隔板可拆卸连接，形成台阶结构。

在本发明中，所述台阶结构主要包括放置隔板和环形隔板；所述放置隔板的任意一侧用于放置单饼线圈，而环形隔板为绕制的单饼线圈提供缠绕轨迹，从而使绕制而成的单饼线圈的结构与中间骨架的结构相似；在该基础上，以调整组件实现对线圈的限位稳定，进一步避免线圈之间的间隙过大和/或在具体使用过程中，出现线圈松散。

优选的，环形隔板具有隔板长边，隔板长边具有弧度，该弧度朝中间骨架的外侧凸出。

由于超导线圈靠近中间骨架内侧的带材对线圈临界电流有重要影响，因此，当骨架长边具有一定弧度时，在绕制单饼线圈时，超导带材能够实现完全贴合，使线圈尺寸紧凑，有效提升载流能力。

优选的，所述中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件均为金属材料制成，或

所述中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件均为绝缘材料制成。

在本发明中，所述中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件为铝合金材料制成，在经过阳极氧化处理后，能够达到很好的绝缘、耐磨和耐腐蚀的效果；并且，由于中间骨架、限位条和固定条具有一定的刚度，因此，当双饼线圈在电机中旋转时，能够承受电磁力而不变形；并且，由于限位条和固定条具有一定硬度，其表面粗糙度小，也能够保证其与高温超导带材表面挤压时不会划伤带材；同时，当中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件为金属材料时，也能够实现上述技术效果。

优选的，所述第一盖板和/或第二盖板设有连接块，用于连接外部制冷机机头。

由于中间骨架、限位条和固定条为金属材料或者绝缘材料制成，因此，其具有良好的热传导效果，因而在经过外部制冷机传导冷却时，能够很好的提高冷却效率。

一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法，包括如下步骤：

准备两个带材盘，分别为第一带材盘和第二带材盘；

将带材在两个带材盘上以相等的长度卷绕；

将第一带材盘中的带材在中间骨架的其中一个第一台阶上绕一圈，并固定不动；

将第二带材盘从中间骨架穿过，将带材从中间骨架的其中一侧过渡至另外一侧的第一台阶，并使第二带材盘放带绕制呈第一个单饼线圈；

使第一带材盘放带，并在其所在的第一台阶绕制呈第二个单饼线圈；

利用第一盖板和第二盖板分别固定中间骨架的两侧所绕制的单饼线圈；

利用调节件连接相同侧的限位条和固定条，并使调节件或限位条抵触带材。

优选的，在利用调节件连接相同侧的限位条和固定条时，还包括如下步骤：

利用调节件的长度调整其所在位置骨架长边处线圈的张力，避免线圈带材松散。

和现有技术相比，本发明提供的一种高温超导双饼线圈通过调整组件的设置，对双饼线圈中的两个单饼线圈实现了分别限位固定，在确保任意一个单饼线圈具有合适的间隙的基础上，避免了具体使用时，线圈出现松散，从而提供了相对较高的载流能力；此外，本发明还能够避免具体使用时出现带材受损，并提供较高的冷却效率。在此基础上，本发明提供了一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法，很好的实现了双饼线圈的绕制，确保了双饼线圈的具体使用效果。

附图说明

图1为本发明实施例的双饼线圈为传统圆形结构时绕制线圈后的示意图；

图2为本发明实施例的双饼线圈为跑道型结构的示意图；

图3为图2另一个方向的示意图；

图4为图2的爆炸图；

图5为图2的正视图；

图6为图5的A-A剖视图；

图7为本发明跑道型双饼线圈实施例中中间骨架的示意图；

图8为本发明实施例的双饼线圈为跑道型结构时绕制线圈后的示意图；

图9为本发明实施例的双饼线圈为跑道型结构时绕制线圈后的另一种示意图；

图10为在图8基础上使隔板长边具有弧度时绕制线圈后的示意图；

图11为在图10基础上使调节条具有弧度时绕制线圈后的示意图；

图12为在图11基础上使固定条具有弧度时绕制线圈后的示意图；

图13为图2的左视图。

图中：1-双饼线圈；2-中间骨架；3-第一盖板；4-第二盖板；5-第一通孔；6-第二通孔；7-限位条；8-固定条；9-调节件；10-放置隔板；11-环形隔板；12-连接块；13-过渡口；14-缝隙。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1～图7所示，一种高温超导双饼线圈，包括由同一条高温超导带材缠卷而成的两个单饼线圈，以及中间骨架2、第一盖板3和第二盖板4；所述中间骨架2的两个侧面分别放置一个单饼线圈；所述第一盖板3与中间骨架2的其中一个侧面连接；所述第二盖板4与中间骨架2的另外一个侧面连接；两个单饼线圈之间的带材从中间骨架2穿过；所述中间骨架2和第一盖板3之间，以及中间骨架2和第二盖板4之间，均设有调整组件。

当本实施例的双饼线圈1呈传统圆形结构绕制时，其在绕制完成后，从其内侧至外侧具有相应的张力，使任意一个单饼线圈的外侧具有朝向其外侧的推力，由此，在不断的使用过程中，任意一个单饼线圈的线圈间隙会逐渐改变，由此当上述线圈间距变大后，会影响双饼线圈1的使用效果。

由此，本实施例设置了调整组件，将任意一个单饼线圈的线圈间隙进行限制，从而避免在逐渐使用过程中，影响双饼线圈1的使用效果。

需要说明的是，在本实施例中，所述中间固件具有第一通孔5，所述第二盖板4具有第二通孔6，外部电机的主动端通过依次穿过第二通孔6和第一通孔5连接至第一盖板3，由此实现双饼线圈1的具体运转。

在具体安装时，对于中间骨架2的其中一侧，该侧的调整组件除了实现对该侧单饼线圈的限位绕制，还使得该侧盖板和中间骨架2之间的稳定性连接，从而在整体结构上，使中间骨架2、第一盖板3和第二盖板4很好的形成一个整体，确保了外部电机的稳定连接及稳定运转。

为了更好的使用本实施例，所述调整组件包括分别设置于中间骨架2两侧的限位条7，以及分别设置于第一盖板3和第二盖板4，且与同侧限位条7配合的固定条8；所述限位条7与其对应设置的固定条8通过调节件9连接。

在本实施例中，对于中间骨架2的任意一侧来说，均具有限位条7，由此，第一盖板3和第二盖板4均具有与其同侧限位条7配合的固定条8。

如图9所示，需要说明的是，在一些实施例中，限位条7固定于中间骨架2。在该实施例中，固定条8上具有均匀排列的螺纹孔，而限位条7相对应的设有通孔；在任意一个单饼线圈绕制完成后，利用调节件9即可驱使相同一侧的单饼线圈的外侧带材移动，从而实现间隙调节。还需要说明的是，上述调节件9可以为螺钉、螺栓等固定件，由于其与带材直接接触，因此其应当具有绝缘性。

为了更好的使用本实施例，所述中间骨架2包括连接为环形结构的两条骨架长边和两条骨架弧边；限位条7设置于骨架长边。

在本实施例中，所述中间骨架2的结构与400米标准跑道相似，该处所述的相似，意思为中间骨架2的结构为400米标准跑道，或其结构趋近于400米标准跑道。

由此，在此基础上，本实施例不同于传统的圆形结构双饼线圈1，其为跑道型双饼线圈1，其中，任意一条骨架弧边为半圆形结构，任意一条骨架长边为直线结构。在本实施例中，某一侧的单饼线圈的线圈间隙调节可以和双饼线圈1为传动圆形结构的双饼线圈1一样，也可以有不同的调节方式。

如图8所示，在本实施例中的双饼线圈1为跑道型双饼线圈1时，所述限位条7并非固定于中间骨架2，其为独立部件。在本实施例中，所述调节件9仍然为上述固定件；固定条8设有若干均匀排布的螺纹孔，限位条7设有盲孔，在具体使用时，调节件9与螺纹孔螺纹连接，通过调节件9的转动，使限位条7运动，从而使限位条7抵触于同侧单饼线圈，以此实现间隙调节。

为了更好的使用本实施例，所述中间骨架2的两侧均为台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述第二台阶的高度高于第一台阶；任意一个单饼线圈放置于中间骨架2相应一侧的第一台阶。

在本实施例中，所述第一台阶为中间骨架2本体，而第二台阶为凸出于中架骨架本体的平台；从而在该结构的基础上，使中间骨架2任意一侧的单饼线圈能够以第二台阶的外缘进行拟形绕制，由此给予该侧单饼线圈更好的稳定形状/结构。

为了更好的使用本实施例，所述中间骨架2包括放置隔板10，以及分别设置于放置隔板10两侧的环形隔板11；所述放置隔板10的任意一侧与同侧的环形隔板11可拆卸连接，形成台阶结构。

在本实施例中，所述放置隔板10即为第一台阶，所述环形隔板11即为第二台阶；所述第一台阶和第二台阶可以如上述实施例一般的固定连接，也可以是可拆卸连接。当任意一个环形隔板11同放置隔板10可拆卸连接时，两者均具有相应的孔，通过固定件即可使环形隔板11稳定的连接于放置隔板10，从而使相应侧的单饼线圈实现较好的绕制。

如图10所示，为了更好的使用本实施例，环形隔板11具有隔板长边，隔板长边具有弧度，该弧度朝中间骨架2的外侧凸出。

所述环形隔板11的结构相似于放置隔板10；因此，环形隔板11同样具有长边和弧边。在本实施例中，实际进行某一侧的单饼线圈绕制时，任意一个单饼线圈的内侧带材受位置限制，因而呈一定的弧度。经过不断的绕制后，该单饼线圈的外侧带材逐渐趋于直线，由此，通过独立部件限位条7可实现其限位。

如图11和图12所示，在另外一些实施例中，上述单饼线圈的外侧结构同其内侧相同，具有一定的弧度，此时，固定条8和限位条7均具有与之配合的弧度，在此实施例中，最少一个固定件即可实现上述单饼线圈的间隙调节。当然，可以是多个固定件以实现间隙调节。

为了更好的使用本实施例，所述中间骨架2、第一盖板3、第二盖板4和调整组件均为金属材料制成，或所述中间骨架2、第一盖板3、第二盖板4和调整组件均为绝缘材料制成。

在本实施例中，所述中间骨架2、第一盖板3、第二盖板4和调整组件均为经过阳极氧化处理的铝合金材料制成。由此，需要说明的是，绝缘材料不一定是某个特定的、具有绝缘效果的材料，也可以是某材料经过特殊工艺而形成工艺材料，例如本实施例中的绝缘材料为经过阳极氧化处理的铝合金。

当然，在另外的实施例中，所述中间骨架2、第一盖板3、第二盖板4和调整组件均为非绝缘的金属材料也可。

为了更好的使用本实施例，所述第一盖板3和/或第二盖板4设有连接块12，用于连接外部制冷机机头。

在本实施例中，所述第一盖板3和第二盖板4均设有连接块12，且两个盖板上的连接块12均具有两个，分别位于相应盖板的两端；外部制冷机机头即连接于上述连接快上，从而提高冷却效率。

在上述轨道型高温超导双饼线圈1的基础上，本实施例通过一种高温超导双饼线圈1的绕制固定方法实现了具体绕制，其包括如下步骤：

S100、准备两个带材盘，分别为第一带材盘和第二带材盘；

S200、将带材在两个带材盘上以相等的长度卷绕；

S300、将第一带材盘中的带材在中间骨架2的其中一个第一台阶上绕一圈，并固定不动；

S400、将第二带材盘从中间骨架2穿过，将带材从中间骨架2的其中一侧过渡至另外一侧的第一台阶，并使第二带材盘放带绕制呈第一个单饼线圈；

S500、使第一带材盘放带，并在其所在的第一台阶绕制呈第二个单饼线圈；

S600、利用第一盖板3和第二盖板4分别固定中间骨架2的两侧所绕制的单饼线圈；

S700、利用调节件9连接相同侧的限位条7和固定条8，并使调节件9抵触带材；

S800、利用调节件9的长度调整其所在位置骨架长边处线圈的张力，避免线圈带材松散。

在上述方法中，限位条7固定于中间骨架2，由此绕制流程为：先绕制，然后直接安装第一盖板3和第二盖板4，最后调整间隙。

当然，上述方法同样适用于限位条7与中间骨架2可拆卸连接的情况。

需要说明的是，所述中间骨架2具有过渡口13，因此双饼线圈1可以通过过渡口13实现在中间骨架2上的绕制。

在另外的限位条7与中间骨架2可拆卸连接的实施例中，还具有以下绕制方法：

S100、准备两个带材盘，分别为第一带材盘和第二带材盘；

S200、将带材在两个带材盘上以相等的长度卷绕；

S300、将第一带材盘中的带材在中间骨架2的其中一个第一台阶上绕一圈，并固定不动；

S400、将第二带材盘从中间骨架2穿过，将带材从中间骨架2的其中一侧过渡至另外一侧的第一台阶，并使第二带材盘放带绕制呈第一个单饼线圈；

S500、使第一带材盘放带，并在其所在的第一台阶绕制呈第二个单饼线圈；

S600、利用第一盖板3和第二盖板4分别固定中间骨架2的两侧所绕制的单饼线圈；

S701、在任意一侧的单饼线圈与同侧固定条8之间的缝隙14中，插入限位条7；

S702、使同侧限位条7和固定条8的连接孔相对应，使调节件9能够通过上述连接孔连接限位条7和固定条8；

S703、使调节件9抵触带材；

S800、利用调节件9的长度调整其所在位置骨架长边处线圈的张力，避免线圈带材松散。

在该方法中，如图13所示，由于缝隙14高度的局限性，限位条7不易插入。

需要说明的是，在上述两种方法步骤中，限位条7中的连接孔为通孔；在其连接孔为盲孔的结构中，在第二种方法步骤S703中，即为限位条7抵触带材。同理于第一种方法步骤中的S700。

即，对于第一种方法步骤为，S700、利用调节件9连接相同侧的限位条7和固定条8，并使限位条7抵触带材。

对于第二种方法步骤为，S703、使限位条7抵触带材。

需要说明的是，在上述任意一个绕制双饼线圈1的方法步骤中，所述第一带材盘和第二带材盘的操作顺序，以及第一盖板3和第二盖板4的操作顺序，可以交换。

还需要说明的是，上述方法步骤中，第一台阶与相应一侧的第二台阶为一体化结构。在第一台阶与第二台阶可拆卸连接的情况下，即放置骨架和环形骨架可拆卸连接的实施例中，还包括在放置骨架上安装环形骨架的步骤，此处不再累述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温超导双饼线圈，其特征在于，包括：

由同一条高温超导带材缠卷而成的两个单饼线圈；

中间骨架，所述中间骨架的两个侧面分别放置一个单饼线圈；

第一盖板，所述第一盖板与中间骨架的其中一个侧面连接；以及

第二盖板，所述第二盖板与中间骨架的另外一个侧面连接；

其中，两个单饼线圈之间的带材从中间骨架穿过；所述中间骨架和第一盖板之间，以及中间骨架和第二盖板之间，均设有调整组件；

所述调整组件包括：

分别设置于中间骨架两侧的限位条；以及

分别设置于第一盖板和第二盖板，且与同侧限位条配合的固定条；

其中，所述限位条与其对应设置的固定条通过调节件连接。

2.如权利要求1所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，所述中间骨架包括连接为环形结构的两条骨架长边和两条骨架弧边；限位条设置于骨架长边。

3.如权利要求1或2所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，所述中间骨架的两侧均为台阶结构，包括第一台阶和第二台阶；所述第二台阶的高度高于第一台阶；任意一个单饼线圈放置于中间骨架相应一侧的第一台阶。

4.如权利要求3所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，所述中间骨架包括：

放置隔板；以及

分别设置于放置隔板两侧的环形隔板；

其中，所述放置隔板的任意一侧与同侧的环形隔板可拆卸连接，形成台阶结构。

5.如权利要求4所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，环形隔板具有隔板长边，隔板长边具有弧度，该弧度朝中间骨架的外侧凸出。

6.如权利要求1或2或4或5所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，所述中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件均为金属材料制成，或

所述中间骨架、第一盖板、第二盖板和调整组件均为绝缘材料制成。

7.如权利要求6所述的一种高温超导双饼线圈，其特征在于，所述第一盖板和/或第二盖板设有连接块，用于连接外部制冷机机头。

8.一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的一种高温超导双饼线圈，所述绕制固定方法包括如下步骤：

准备两个带材盘，分别为第一带材盘和第二带材盘；

将带材在两个带材盘上以相等的长度卷绕；

将第一带材盘中的带材在中间骨架的其中一个第一台阶上绕一圈，并固定不动；

将第二带材盘从中间骨架穿过，将带材从中间骨架的其中一侧过渡至另外一侧的第一台阶，并使第二带材盘放带绕制呈第一个单饼线圈；

使第一带材盘放带，并在其所在的第一台阶绕制呈第二个单饼线圈；

利用第一盖板和第二盖板分别固定中间骨架的两侧所绕制的单饼线圈；

利用调节件连接相同侧的限位条和固定条，并使调节件或限位条抵触带材。

9.如权利要求8所述的一种高温超导双饼线圈的绕制固定方法，其特征在于，在利用调节件连接相同侧的限位条和固定条时，还包括如下步骤：

利用调节件的长度调整其所在位置骨架长边处线圈的张力，避免线圈带材松散。

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