CN113674947A - 一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置 - Google Patents

一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，该装置包括机械传动装置(1)、铁芯结构和高温超导线圈(3)，其中：所述机械传动装置(1)与所述铁芯结构固定连接，所述铁芯结构在所述机械传动装置1的带动下实现与所述高温超导线圈(3)之间形成相对运动，从而改变所述高温超导线圈(3)的电感，进而在提升所述高温超导线圈(3)的能量存储时间。与现有技术相比，本发明能够使得高温超导闭合线圈处于高温超导磁体及电磁场系统中全电流运行状态下，提升储能时间及效率，因此降低了运行损耗。

Description

一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置
技术领域
本发明涉及高温超导技术设备领域，特别涉及闭合高温超导线圈在高温超导磁体及磁场系统中的全电流运行装置。
背景技术
高温超导线圈在强磁及强电等方面具有广泛的应用，例如核磁共振、核聚变以及超导储能等。目前，由于高温超导材料自身的多层结构以及焊接技术的限制，闭合高温超导线圈存在接头电阻，会在高温超导线圈运行时会产生大量的焦耳热损耗，这将大大制约高温超导闭合线圈全电流运行的能力。同时由于高温超导材料的特性，高温超导线圈在运行过程中因磁通蠕动造成的损耗也不可忽略，并且该损耗随着高温超导线圈中电流的上升而增大，这也缩短了高温超导闭合线圈全电流运行的时间。
为提升高温超导线圈的全电流闭环运行时间的现有方法包括：1)通过无阻焊接技术以减小接头电阻；2)通过高温超导磁通泵无线励磁技术补充高温超导线圈中的电流等。然而，由于高温超导带材的特殊涂层结构，在无阻焊接时不可避免地会产生接触阻抗，进而产生能量损耗，极大地限制了高温超导线圈全电流闭环运行。高温超导磁通泵技术由于需要额外的励磁设备以及精确的磁场控制条件，实施起来较为复杂，目前技术还不十分成熟。
因此，如何更高效、简单、灵活地提升高温超导线圈及储能系统的全电流运行时间，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足而提出一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行方法，通过降低高温超导线圈运行过程中的损耗，有效提升高温超导线圈的全电流闭环运行时间。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，该装置包括机械传动装置1、铁芯结构和高温超导线圈3，其中：所述机械传动装置1与所述铁芯结构固定连接，所述铁芯结构在所述机械传动装置1的带动下实现与所述高温超导线圈3 之间形成相对运动，从而改变所述高温超导线圈3的电感，进而在提升所述高温超导线圈3的能量存储时间。
所述铁芯结构采用非闭合式连接铁芯结构或内外闭合式铁芯连接结构。
所述非闭合连接铁芯结构包括一个铁芯，在机械传动装置1的带动下插入高温超导线圈3和移出高温超导线圈3。
所述内外闭合式铁芯结构则包括两个铁芯以及两个机械传动装置，两个所述机械传动装置分别设置在两个铁芯的两边；在一对机械传动装置的带动下将两个铁芯向高温超导线圈3中移动，插入高温超导线圈3时，两个铁芯连接形成闭合磁路，从而大幅度地增加高温超导线圈3的电感；当铁芯移出高温超导线圈时，两个铁芯向相反方向运动，此时闭合连接断开。
所述铁芯使用硅钢片叠压而成。
在所述高温超导线圈3尺寸允许的条件下，选用横截面积大的铁芯2，从而
增加高温超导线圈3的电感。
与现有技术相比，本发明能够使得高温超导闭合线圈处于高温超导磁体及电磁场系统中全电流运行状态下，提升储能时间及效率，因此降低了运行损耗。
附图说明
图1为本发明的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行方法具体实施例一结构示意图；
图2为本发明的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行方法具体实施例二结构示意图。
附图标记：
1、机械传动装置；2、铁芯；3、高温超导线圈，4、固定部分。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案和具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，为本发明的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置具体实施例一结构示意图，该实施例采用非闭合式连接铁芯结构，具体包括机械传动装置1、铁芯2和高温超导线圈3；铁芯2固定在所述机械传动装置1上，用于连接铁芯 2与机械传动装置1的固定部分4使用非导磁性材料。使用时，在机械传动装置1的带动下向左移动插入高温超导线圈3和向右移动移出高温超导线圈3。通过控制机械传动装置1从而精确地控制铁芯2所处的位置。铁芯2为圆柱形，使用硅钢片叠压而成，能够减小磁滞和涡流损耗，并保证有良好的导磁性。当然，在其他实施例中，铁芯也可采用其他形状，使用其他导磁性良好的材料制成。
如图2所示，本发明的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置具体实施例二结构示意图，该实施例采用内外闭合式铁芯连接结构，具体包括一对机械传动装置1、一对铁芯2和超导线圈3。一对机械传动装置1分别设置在一对铁芯2的两边。同样地，铁芯2固定在所述机械传动装置1上，用于连接铁芯2与机械传动装置1 的固定部分4使用非导磁性材料。使用时，在机械传动装置1的带动下将左、右两个铁芯2向高温超导线圈3中移动，最终闭合形成口字形闭合铁芯回路。通过控制一对机械传动装置1从而精确地控制一对铁芯2所处的位置，保证一对铁芯2闭合时缓慢接触。
向所述高温超导线圈(3)中移入铁芯2，增加所述高温超导线圈3的电感，使得所述高温超导线圈3中的电流减小；反之，当需要使用超导线圈3的内部磁场时，从所述高温超导线圈3中移出所述铁芯2，减小高温超导线圈3的电感，使得所述高温超导线圈3中的电流增加。
优选的，插入高温超导线圈中的铁芯2设置为内外闭合连接，形成闭合磁路，增加超导线圈的电感。
优选的，铁芯使用硅钢片叠压而成，降低整个过程的损耗。
优选的，在高温超导线圈尺寸允许的条件下，尽量选用横截面积较大的铁芯，增加超导线圈的电感。
高温超导线圈3闭环运行电流的储存能量表达式如下：
Figure BDA0003224130570000041
该式表明，随着高温超导线圈电感值L改变，则其中电流将发生变化。
根据超导线圈中的电流衰减公式，表达式如下：
Figure BDA0003224130570000042
该式表明，电感L的值越大，则超导线圈中的电流将被极大地延缓。
在高温超导线圈所存储的能量一定的情况下，高温超导线圈中加移入铁芯，增加其电感，则超导线圈中的电流将会减小；反之，移出超导线圈中的铁芯，其电感减小，则超导线圈中的电流将会增加。
需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
需要说明的是，上述描述中术语“中心”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明弥补了现有的高温超导线圈全电流运行能力的不足，可以提升高温超导线圈能量的储能时间，通过向全电流运行状态下的高温超导线圈中加入铁芯，起到增加高温超导线圈的电感并降低其中的电流的作用，可以有效减少高温超导线圈中由于接头电阻和磁通蠕动所产生的损耗。该方法简单，操作方便，可显著提升超导线圈在超导磁体及超导储能等领域的应用前景。
以上实施例用于帮助理解本发明原理和技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，该装置包括机械传动装置(1)、铁芯结构和高温超导线圈(3)，其中：所述机械传动装置(1)与所述铁芯结构固定连接，所述铁芯结构在所述机械传动装置(1)的带动下实现与所述高温超导线圈(3)之间形成相对运动，从而改变所述高温超导线圈(3)的电感，进而在提升所述高温超导线圈(3)的能量存储时间。
2.如权利要求1所述的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，所述铁芯结构采用非闭合式连接铁芯结构或内外闭合式铁芯连接结构。
3.如权利要求2所述的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，所述非闭合连接铁芯结构包括一个铁芯，在机械传动装置1的带动下插入高温超导线圈(3)和移出高温超导线圈(3)。
4.如权利要求3所述的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，所述内外闭合式铁芯结构则包括两个铁芯以及两个机械传动装置，两个所述机械传动装置分别设置在两个铁芯的两边；在一对机械传动装置的带动下将两个铁芯向高温超导线圈3中移动，插入高温超导线圈(3)时，两个铁芯连接形成闭合磁路，从而大幅度地增加高温超导线圈(3)的电感；当铁芯移出高温超导线圈时，两个铁芯向相反方向运动，此时闭合连接断开。
5.如权利要求1所述的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，所述铁芯使用硅钢片叠压而成。
6.如权利要求1所述的一种基于机械式铁芯的闭合高温超导线圈全电流运行装置，其特征在于，在所述高温超导线圈(3)尺寸允许的条件下，选用横截面积大的铁芯(2)，从而增加高温超导线圈(3)的电感。
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