CN114068134B - 超高场无液氦磁体高温超导励磁电极及磁体 - Google Patents

超高场无液氦磁体高温超导励磁电极及磁体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，包括高温端接电柱和低温端接电柱，以及连接高温端接电柱和低温端接电柱的引线，所述高温端接电柱，一端和低温端接电柱分别与一根不锈钢条固定连接分流，另一端连接制冷机一级冷头；所述低温端接电柱，另一端连接制冷机二级冷头以及超导线圈。本发明的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极以及超高场无液氦磁体，结构简单，分流效果好，而且能够极大提高高温超导体的降温速度，降低高温超导体失超风险。

Description

超高场无液氦磁体高温超导励磁电极及磁体
技术领域
本发明涉及技术领域，特别是涉及超高场无液氦磁体高温超导励磁电极及超高场无液氦磁体。
背景技术
无液氦磁体的降温是靠制冷机，现有技术降温时间较长，励磁过程中的失超风险也增大。
目前，在现有技术中中国专利CN213906288U，本实用新型公开了一种无液氦超导磁体的失超保护电路及无液氦超导磁体，在超导开关保护二极管组的基础上设置了多个失超保护加热器电路，各失超保护加热器电路上的所有失超保护加热器对应安装于无液氦超导磁体的各超导线圈表面，在一个失超保护加热器电路上，对应安装于不同超导线圈的失超保护加热器串联连接，各失超保护加热器电路分别从不同的一个或多个超导线圈两端取电，从而相较于传统的失超保护方案，提高了感知超导线圈失超现象的几率，在有超导线圈发生失超现象时，可以快速将失超现象传递至附近连接的失超保护加热器电路，再逐渐向其他失超保护加热器电路扩散，提升了无液氦超导磁体的失超保护效果。
该结构虽然具有失超保护的效果，但是在电路连接上较为复杂，难以适用现有的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极使用降温时间，降低失超。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，制造以及使用方便的，能够减少降温时间，降低失超风险同时还具有失超保护功能的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极。
本发明所采用的技术方案是：超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，包括高温端接电柱和低温端接电柱，以及连接高温端接电柱和低温端接电柱的引线，
所述高温端接电柱，一端和低温端接电柱相向的一端分别与一根不锈钢条固定连接分流，所述高温端接电柱的另一端连接制冷机一级冷头；
所述低温端接电柱远离所述高温端接电柱的一端连接制冷机二级冷头以及超导线圈。
优选地，所述不锈钢条的电阻导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟其横截面积S成反比，电阻和长度按照如下公式：
R=ρL/S；
其中ρ为制成电阻的材料的电阻率；L为绕制成电阻的导线长度，S为绕制成电阻的导线横截面积，R为电阻值。
优选地，所述引线，分别与高温端接电柱和低温端接电柱焊接连接，并且分别形成的一条焊缝长度大于等于不锈钢条宽度的一半。
优选地，所述引线，在不锈钢条的宽度方向上至少折弯一次，并且折弯处通过低温焊接与不锈钢条，从而在引线的长度方向上形成分段式高温超导线。
优选地，所述引线与高温端接电柱连接处采用低温焊接，焊料熔点低于引线的自生熔点温度。
优选地，所述引线与高温端接电柱的焊料为低温合金材料。
优选地，所述引线与高温端接电柱的焊料为In-Sn或In-Sn-Bi合金。
优选地，所述引线与低温端接电柱连接处采用高温焊接，焊接熔点高于500度。
优选地，所述引线与低温端接电柱的焊料为Sn-Ag合金。
优选地，不锈钢条为316或304不锈钢材料，同时具有较好的导电性能以及较好的热传导性能。
优选地，所述高温端接电柱和低温端接电柱为无氧铜。
超高场无液氦磁体，具有上述高温超导励磁电极，均可以实现较好的失超保护，并且具有较好的降温效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，通过一根不锈钢条导通高温端接电柱和低温端接电柱，与连接在高温端接电柱和低温端接电柱两端的引线形成分流作用，保护高温超导线材不被大电流损坏。
在具体工作过程中，通过制冷机一级头冷使高温超导线材引线快速达到所需的77K工作温度，让制冷机有更大的功率给超高场无液氦磁体的线圈降温，大大减少降温时间，降低失超风险同时还具有失超保护功能。
综上所述，本发明的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极以及超高场无液氦磁体，结构简单，分流效果好，而且能够极大提高高温超导体的降温速度，降低高温超导体失超风险。
附图说明
图1为超高场无液氦磁体高温超导励磁电极的一个实施例的主视图；
图2为超高场无液氦磁体高温超导励磁电极的一个实施例的左视图；
图3为超高场无液氦磁体高温超导励磁电极的一个实施例的俯视图；
图4为超高场无液氦磁体高温超导励磁电极的另一个实施例的结构图；
其中：1-高温端接电柱，2-引线，3-不锈钢条，4-焊缝，5-低温端接电柱，6-折弯处，7-制冷机一级冷头，8-制冷机二级冷头。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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组合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。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。
如图1所示，超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，包括高温端接电柱1和低温端接电柱5，以及连接高温端接电柱1和低温端接电柱5的引线2，
所述高温端接电柱1，一端和低温端接电柱5相向的一端分别与一根不锈钢条3固定连接分流，所述高温端接电柱1的另一端连接制冷机一级冷头7；制冷机一级冷头7为常用的30-70K工作温度端一级冷头；
所述低温端接电柱5远离所述高温端接电柱1的一端连接制冷机二级冷头8以及超导线圈；制冷机二级冷头8为4K工作温度端二级冷头。
本发明的高温超导励磁电极，通过一根不锈钢条3导通高温端接电柱1和低温端接电柱5，与连接在高温端接电柱1和低温端接电柱5两端的引线2形成分流作用，保护高温超导线材不被大电流损坏。
其原因在于：所加载电流最大值应小于零场下的临界电流值，根据设计需求选择合适临界电流值的高温超导线材引线2。当高温超导线材引线2失超时，电流通过并联的不锈钢条3实现将引线2上的电流进行分流，从而保护高温超导线材不被大电流损坏。选用不锈钢作分流保护同时还要考虑热传导问题，极低温下不锈钢的导热系数极具下降，大大减小了一级冷头向二级冷头漏热，当一级冷头到达30K温度时，制冷机将更大的功率用于二级冷头的降温，缩短二级冷头给线圈的降温时间。
高温超导励磁电极的所述不锈钢条3的电阻导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟其横截面积S成反比，公式为：
R=ρL/S；
其中ρ为制成电阻的材料的电阻率；L为绕制成电阻的导线长度，S为绕制成电阻的导线横截面积，R为电阻值，在设计以及制造高温超导励磁电极时，按照该公式计算对应的不锈钢条3的长度以及电阻对应关系，使其符合超温超导的要求。
从图1和图4中可以看出来，高温超导励磁电的所述引线2，分别与高温端接电柱1和低温端接电柱5焊接连接，分别形成的一条焊缝4长度大于等于不锈钢条3宽度的一半，以保证其具有较好的电连接性能。
在图4的高温超导励磁电极实施例中，所述引线2，在不锈钢条3的宽度方向上至少折弯一次，并且折弯处6通过低温焊接与不锈钢条3，从而在引线2的长度方向上形成分段式高温超导线，如图4所示高温超导线采用弯折盘旋放置，折弯处6与不锈钢条3采用低温焊接，这样可以分段保护高温超导线；分段保护技术用并联不锈钢电阻的方法为高温超导电极失超时提供分流支路。图中将高温超导电极分为L1、L2等多个部分，正常工作时，L1、L2上的电阻都为0,此时I=I1=I2.如果高温超导电极L1段发生失超，则L1上的电阻将会变大，电流通过不锈钢电阻R1支路分流，使能量得到泄放，保护高温超导电极不被损坏。
在具体的实施过程中，如图2和图3所示，高温超导励磁电的所述引线2与高温端接电柱1连接处采用低温焊接，焊料熔点低于引线的自生熔点温度，可以保证引线2与高温端接电柱1连接处具有良好的导电性能。而且所述引线2与高温端接电柱1的焊料为低温合金材料，可以保证引线2与高温端接电柱1连接处具有更为良好的导电性能，并且保证其具有良好的温度传递效果，能够及时降温。更优的实施方式是，所述引线2与高温端接电柱1的焊料为In-Sn或In-Sn-Bi合金，特别地能够保证引线2与高温端接电柱1连接处具有良好的导电性能，并且保证其具有良好的温度传递效果，能够及时降温。
高温超导励磁电的所述引线2与低温端接电柱5连接处采用高温焊接，焊接熔点高于500度，可以保证引线2与低温端接电柱5连接处具有良好的导电性能，并且保证其具有良好的温度传递效果，能够及时降温。 更佳地，所述引线2与低温端接电柱5的焊料为Sn-Ag合金，导电性能和降温性能更佳。
更佳的实施方式，高温超导励磁电的不锈钢条3为316或304不锈钢材料，同时具有较好的导电性能以及较好的热传导性能。
如图1至图4的实施例中，高温超导励磁电的所述高温端接电柱1和低温端接电柱5为无氧铜，诸如TU0、TU1以及TU2均可。
超高场无液氦磁体，具有上述的高温超导励磁电极，均可以实现较好的失超保护，并且具有较好的降温效果。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，包括高温端接电柱（1）和低温端接电柱（5），以及连接高温端接电柱（1）和低温端接电柱（5）的引线（2），其特征在于：
所述高温端接电柱（1）和低温端接电柱（5）相向的一端与一根不锈钢条（3）固定连接分流，所述高温端接电柱（1）的另一端连接制冷机一级冷头（7）；
所述低温端接电柱（5）远离所述高温端接电柱（1）的一端连接制冷机二级冷头（8）以及超导线圈；
所述引线（2）在不锈钢条（3）的宽度方向上至少折弯一次，并且折弯处（6）与不锈钢条（3）采用低温焊接，低温焊接的焊料熔点低于引线的自生熔点温度。
2.根据权利要求1所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述不锈钢条（3）的电阻导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟其横截面积S成反比，电阻和长度按照如下公式：
R=ρL/S；
其中ρ为制成电阻的材料的电阻率；L为绕制成电阻的导线长度，S为绕制成电阻的导线横截面积，R为电阻值。
3.根据权利要求2所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述引线（2），分别与高温端接电柱（1）和低温端接电柱（5）焊接连接，并且分别形成的一条焊缝（4）长度大于等于不锈钢条（3）宽度的一半。
4.根据权利要求3所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述引线（2）与高温端接电柱（1）连接处采用低温焊接，焊料熔点低于引线的自生熔点温度。
5.根据权利要求4所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述引线（2）与高温端接电柱（1）的焊料为低温合金材料；
低温合金材料为In-Sn或In-Sn-Bi合金。
6.根据权利要求4所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述引线（2）与低温端接电柱（5）连接处采用高温焊接，焊接熔点高于500度。
7.根据权利要求6所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述引线（2）与低温端接电柱（5）的焊料为Sn-Ag合金。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
不锈钢条（3）为316或304不锈钢材料。
9.根据权利要求8所述的超高场无液氦磁体高温超导励磁电极，其特征在于：
所述高温端接电柱（1）和低温端接电柱（5）为无氧铜。
10.超高场无液氦磁体，其特征在于：具有如权利要求1-9任意一项所述的高温超导励磁电极。
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