CN113363046B - 一种超导波荡器及其换线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导波荡器及其换线方法。本发明的超导波荡器，其特征在于，包括铁芯骨架，所述铁芯骨架上相对的两侧分别间隔的设置绝缘的侧挡板和绝缘的换向侧挡板，同一侧相邻的侧挡板与换向侧挡板构成线槽；侧挡板的顶端侧面设有换向轮构成所述换向侧挡板；其中一侧的侧挡板与对侧的换向侧挡板相对，用于在一侧的侧挡板上绕线时通过对侧换向侧挡板上的换向轮对超导线进行换向，实现同一侧相邻线槽内超导线的反向绕制。本发明可大幅提高磁体的冷却效率，同时换向侧挡板侧面设计换向轮，避免了短周期超导波荡器绕制过程弯曲半径过小对线材性能造成影响。

Description

一种超导波荡器及其换线方法
技术领域
本发明涉及一种超导波荡器及其换线方法，属于加速器低温超导技术领域。
背景技术
超导波荡器主要包括超导线圈及铁芯骨架，骨架上加工有数个线槽，线圈绕制在铁芯骨架上，一个磁极相邻线槽的导线绕制方向相反。
现常见的换线方式是在磁极铁芯骨架上设计换向柱结构，一个线槽绕制完成后，通过换向柱实现导线的“U形”转弯，进而反向绕制相邻的线槽。
超导线绕制过程中弯曲半径太小是造成磁体性能退化的主要原因之一，对于短周期超导波荡器(周期长度≤15mm)，若采用上述传统的换向方式，弯曲半径≤3mm，伤线概率大大增加。对磁体性能要求更高的场合，考虑到弯曲半径对线材性能的影响，上述传统方案将无法采用。
考虑到线材与骨架之间的绝缘，国内外线槽侧挡板一般选用G10材质加工，但该类材质导热性极差。超导波荡器运行环境为强迫流冷却，非液氦浸泡式冷却。若磁体大量采用导热性差的材料必然影响磁体的冷却效果，增加磁体失超概率，进而降低磁体的运行稳定性。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明旨在公开一种超导波荡器及其换线方法。本发明主要是设计了超导波荡器相邻两线槽导线的换向方式，将侧挡板选择为铝合金材质，通过阳极化绝缘预处理和环氧喷涂绝缘处理工艺确保线圈与侧挡板之间的绝缘，可大幅提高磁体的冷却效率。同时换向侧挡板侧面设计换向轮(换向轮直径＞5mm)，避免了短周期超导波荡器绕制过程弯曲半径过小对线材性能造成影响。
本发明在铁芯骨架上设置多个插槽，将超导波荡器侧挡板设计为铝合金材质插件结构，将侧挡板插入插槽中；同时本发明将传统方案中的换向结构采用换向轮方案。
本发明的技术方案为：
一种超导波荡器，其特征在于，包括铁芯骨架，所述铁芯骨架上相对的两侧分别间隔的设置绝缘的侧挡板和绝缘的换向侧挡板，同一侧相邻的侧挡板与换向侧挡板构成线槽；侧挡板的顶端侧面设有换向轮构成所述换向侧挡板；其中一侧的侧挡板与对侧的换向侧挡板相对，用于在一侧的侧挡板上绕线时通过对侧换向侧挡板上的换向轮对超导线进行换向，实现同一侧相邻线槽内超导线的反向绕制。
进一步的，所述铁芯骨架上相对的两侧的顶端分别设有多个插槽，所述侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，所述换向侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，通过将该凸起结构插入对应插槽实现所述铁芯骨架与所述侧挡板、所述换向侧挡板的组装。
进一步的，所述侧挡板、所述换向侧挡板采用阳极化绝缘预处理和环氧喷涂绝缘处理，实现绝缘。
进一步的，所述侧挡板、所述换向侧挡板为铝合金材质。
进一步的，所述换向轮的直径不小于5mm。
一种超导波荡器换线方法，其步骤包括：
1)在超导波荡器间隔的侧挡板顶端侧面上设置换向轮代替换向柱；其中设有换向轮的侧挡板称为换向侧挡板，一侧的侧挡板与对侧的换向侧挡板相对；
2)在一侧的侧挡板上绕线时通过对侧换向侧挡板上的换向轮对超导线进行换向，实现同一侧相邻线槽内超导线的反向绕制。
相较于现有技术，本发明具有如下优点：
1、超导波荡器侧挡板设计为铝合金插槽式结构，结合硬质阳极化/低温环氧喷涂保证对地耐压绝缘的同时，具有良好的导热性，可明显提高磁极的冷却效率及运行稳定性。
2、采用换向轮结构实现相邻线槽之间的导线换向，换向轮直径不再受波荡器周期的影响，可以设计为更大直径。同时因为选用导热性好的铝合金材质，可忽略换向轮直径对导线传热性能的影响。
附图说明
图1为超导波荡器结构图。
图2为换向侧挡板结构图。
图3为铁芯骨架结构图。
具体实施方式
为便于理解本发明的关键技术，以下通过一具体的实施例进行阐述：
本发明设计的超导波荡器组成图见图1，换向侧挡板上设有换向轮，通过换向轮实现相邻线槽超导线的反向绕制(见图2所示)。超导波荡器线槽侧挡板选用铝合金材质，并在侧挡板与铁芯骨架对应位置设计插槽式结构(见图3)。
超导波荡器线槽侧挡板选用铝合金材质，采用硬质阳极化/环氧喷涂工艺处理。对侧挡板进行硬质阳极化处理后，耐压等级一般在400V，环氧涂层厚度为0.1mm。由于短周期超导波荡器侧挡板很薄，换向过程中最易损伤绝缘层，采用双重绝缘防护，提高耐压等级及可靠性。并在侧挡板与铁芯骨架对应位置设计插槽式结构，提高装配精度的同时，由于铝材导热性好，增加与铁芯的热接触面积，线槽深度方向无温度梯度分布，可显著提高线圈的冷却效率。在换向侧挡板侧面设计换向轮，换向轮直径不小于5mm，相邻线槽的导线换向通过换向轮实现反向绕制。
磁极结构全部选用金属材质，尤其是插槽式铝合金侧挡板的设计，显著提高了冷却效率，降低了失超概率，提高了运行稳定性。换线轮与换向侧挡板的一体化设计，结构紧凑、可靠。该方案通过调整换向轮的半径可人为增加换向过程的弯曲半径，不受磁极周期长度、挡板厚度等因素限制，避免了绕制过程中弯曲半径过小导致的线材性能退化这一最根本因素。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超导波荡器，其特征在于，包括铁芯骨架，所述铁芯骨架上相对的两侧分别间隔的设置绝缘的侧挡板和绝缘的换向侧挡板，同一侧相邻的侧挡板与换向侧挡板构成线槽；侧挡板的顶端侧面设有换向轮构成所述换向侧挡板；其中一侧的侧挡板与对侧的换向侧挡板相对，用于在一侧的侧挡板上绕线时通过对侧换向侧挡板上的换向轮对超导线进行换向，实现同一侧相邻线槽内超导线的反向绕制。
2.如权利要求1所述的超导波荡器，其特征在于，所述铁芯骨架上相对的两侧的顶端分别设有多个插槽，所述侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，所述换向侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，通过将该凸起结构插入对应插槽实现所述铁芯骨架与所述侧挡板、所述换向侧挡板的组装。
3.如权利要求1所述的超导波荡器，其特征在于，所述侧挡板、所述换向侧挡板采用阳极化绝缘预处理和环氧喷涂绝缘处理，实现绝缘。
4.如权利要求1或2或3所述的超导波荡器，其特征在于，所述侧挡板、所述换向侧挡板为铝合金材质。
5.如权利要求1所述的超导波荡器，其特征在于，所述换向轮的直径不小于5mm。
6.一种超导波荡器换线方法，其步骤包括：
1)在超导波荡器间隔的侧挡板顶端侧面上设置换向轮代替换向柱；其中设有换向轮的侧挡板称为换向侧挡板，一侧的侧挡板与对侧的换向侧挡板相对；
2)在一侧的侧挡板上绕线时通过对侧换向侧挡板上的换向轮对超导线进行换向，实现同一侧相邻线槽内超导线的反向绕制。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超导波荡器的铁芯骨架上相对的两侧的顶端分别设有多个插槽，所述侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，所述换向侧挡板的顶端底部设有与插槽匹配的凸起结构，通过将该凸起结构插入对应插槽实现所述铁芯骨架与所述侧挡板、所述换向侧挡板的组装。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述侧挡板、所述换向侧挡板采用阳极化绝缘预处理和环氧喷涂绝缘处理，实现绝缘。
9.如权利要求6或7或8所述的方法，其特征在于，所述侧挡板、所述换向侧挡板为铝合金材质。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述换向轮的直径不小于5mm。
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