CN114464445A - Ybco高温超导储能线圈绕制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法及装置，该方法包括：将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，为不同区域匹配不同宽度的带材，以进行线圈绕制。本发明根据电磁设计的线圈截面，采用“双饼”线圈的绕制方式进行线圈绕制，在垂直场较高的区域采用较宽的带材进行绕制，在垂直场较低的区域采用窄带进行绕制，针对线圈的内侧高场区域采用宽带进行绕制，针对外侧低场区域采用窄带进行绕制。通过本发明提供的绕制方法，能够最大限度的避免了垂直磁场对超导线材性能的影响，充分利用了超导带材的性能，同时降低了储能磁体的成本。

Description

YBCO高温超导储能线圈绕制方法及装置
技术领域
本发明涉及超导磁体绕组技术领域，尤其涉及一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法及装置。
背景技术
随着科技的发展，超导材料的应用愈发广泛，涉及医疗/食品、工业制造、交通/运输及电力系统等多个领域。其中，第二代YBCO高温超导材料凭借着其较高的临界电流密度和优异的磁场特性，被视为工业界更具有应用前景的高温超导材料，已应用于大型超导电缆、大功率发电机、电动机、限流器、储能器、特别是强磁体等工业产品的研制。
超导储能(SMES)是利用超导线圈将能量以电磁能形式储存，在需要时通过整流逆变器将能量释放或作为其他用途使用。由于超导线圈在超导状态下无焦耳热损耗，同时其电流密度比一般常规线圈高1-2个数量级，它不仅能长时间无损耗地储存能量，而且能达到很高的储能密度。其储能效率高、响应速度快也是其它储能装置无法比拟的，因此发展超导储能技术意义重大。随着YBCO超导材料的快速发展，在超导储能系统上的应用进展速度加快。然而，现有的YBCO超导材料往往只能使用超导带材进行绕制，且采用传统的双饼或螺线管绕制方法，但由于YBCO带材在垂直磁场下性能退化比较严重，这种绕制方法会大大限制了储能线圈用YBCO带材的利用效率，使得YBCO的性能得不到最佳的发挥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法及装置，以解决现有YBCO超导材料绕制方法会限制YBCO带材的利用效率及性能、进而增大储能磁体成本的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法，包括：
将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，为不同区域匹配不同宽度的带材，以进行线圈绕制。
进一步，作为优选的，所述将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，包括：
将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为高场区、中场区、低场区、极低场区。
进一步，作为优选的，所述为不同区域匹配不同宽度的带材，包括：
按照从宽到窄的顺序，依次为所述高场区、中场区、低场区、极低场区匹配不同宽度的带材。
进一步，作为优选的，为所述高场区匹配12mm宽的带材。
进一步，作为优选的，为所述中场区匹配8mm宽的带材。
进一步，作为优选的，为所述低场区匹配6mm宽的带材。
进一步，作为优选的，为所述极低场区匹配4mm宽的带材。
进一步，作为优选的，所述带材为超导带材。
本发明还提供一种YBCO高温超导储能线圈绕制装置，包括：
划分不同区域的YBCO高温超导储能磁体以及不同宽度的带材；
所述不同宽度的带材用于与YBCO高温超导储能磁体的不同区域进行匹配，并进行线圈绕制。
进一步，作为优选的，所述不同区域包括高场区、中场区、低场区、极低场区；所述高场区、中场区、低场区、极低场区采用的带材从宽到窄。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法及装置，该方法包括：将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，为不同区域匹配不同宽度的带材，以进行线圈绕制。本发明根据电磁设计的线圈截面，采用“双饼”线圈的绕制方式进行线圈绕制，在垂直场较高的区域采用较宽的带材进行绕制，在垂直场较低的区域采用窄带进行绕制，针对线圈的内侧高场区域采用宽带进行绕制，针对外侧低场区域采用窄带进行绕制。通过本发明提供的绕制方法，能够最大限度的避免了垂直磁场对超导线材性能的影响，充分利用了超导带材的性能，同时降低了储能磁体的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的YBCO高温超导储能线圈绕制方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的现有的YBCO高温超导储能线圈绕制方法的原理示意图；
图3是本发明某一实施例提供的YBCO高温超导储能线圈绕制方法的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明某一实施例提供一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法。如图1所示，该YBCO高温超导储能线圈绕制方法包括：
S10、将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，为不同区域匹配不同宽度的带材，以进行线圈绕制。
需要说明的是，现有的YBCO高温超导储能磁体的绕制方式通常采用等宽的带材，并不会针对不同磁场强度加以区分，进而会导致垂直磁场对超导线材性能的影响，限制超导带材的性能和利用效率。具体地，目前对于一个YBCO储能磁体磁场要求的电磁设计，线圈块的区域通常如图2所示。由图2可知，通常磁体由8个双饼组成，均采用宽度为12mm宽度的YBCO进行绕制。但是，对于8个双饼，由于采用的带材宽度一致，1、8双饼所处的垂直磁场强度较高，线材性能退化较快，也就是说整个储能线圈的性能受制于1、8号双饼线圈。2、3、4、5、6、7的性能没有充分发挥。因此，本实施例中，具体针对YBCO高温超导储能磁体，根据磁场强度进行区域划分，然后为不同区域匹配合适的带材进行绕制，进而充分发挥带材的性能和利用效率。
具体地，本发明提出一种YBCO高温超导储能线圈的绕制方法，其基本方案为：根据电磁设计的线圈截面，采用“双饼”线圈的绕制方式进行线圈绕制，在垂直场较高的区域采用较宽的带材进行绕制，在垂直场较低的区域采用窄带进行绕制。针对线圈的内侧高场区域，采用宽带进行绕制，针对外侧低场区域，采用窄带进行绕制。在垂直场较高的区域，采用宽带进行绕制，较宽的带材超导临界电流较高，垂直场下仍然具有较高的性能，通过以上的绕制方法，均衡了超导线材的性能，使整个超导线圈在背景场下的临界电流性能趋于一致，最大限度的避免了垂直磁场对超导线材性能的影响，充分利用了超导带材的性能，降低了储能磁体的成本。
在某一实施例中，所述将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，包括：
将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为高场区、中场区、低场区、极低场区。然后，按照从宽到窄的顺序，依次为所述高场区、中场区、低场区、极低场区匹配不同宽度的带材。
作为优选的，为所述高场区匹配12mm宽的带材；为所述中场区匹配8mm宽的带材；为所述低场区匹配6mm宽的带材；为所述极低场区匹配4mm宽的带材，其中，所述带材通常为超导带材。
请参阅图3，图3为本发明某一实施例提供的绕制区域原理图。具体地，采用本发明的绕制方式，根据电磁设计将垂直场磁场分为高场区、中场区、低场区、极低场区，区分以具体的电磁设计为准。实施例中将线圈分为内外2层，双饼线圈1、12、处于垂直场高场区，采用12mm宽的带材进行绕制，双饼线圈2、3、10、11、13、14、26、27处于中场区，采用8mm带材进行绕制，双饼线圈4、5、8、9、15、16、24、25处于低场区，采用6mm带材进行绕制，6、7、17、18、19、20、21、22、23处于极低场区，采用4mm宽带材进行绕制，这样不同磁场强度区域采用不同宽度的带材，充分的利用了带材的性能。
进一步地，本发明某一实施例还提供一种YBCO高温超导储能线圈绕制装置，包括：
划分不同区域的YBCO高温超导储能磁体以及不同宽度的带材；
所述不同宽度的带材用于与YBCO高温超导储能磁体的不同区域进行匹配，并进行线圈绕制。其中，所述不同区域包括高场区、中场区、低场区、极低场区；所述高场区、中场区、低场区、极低场区采用的带材从宽到窄。
综上所述，本发明实施例提供的绕制方法，根据电磁设计对储能磁体进行绕制，改变传统的同宽度带材进行绕制的方式，特别的在垂直场较高的区域，采用相对较宽的带材进行绕制，而处于低场区域的带材采用较窄的带材进行绕制，这样不同磁场区域采用不同宽度的带材，充分的利用了带材的性能，从而达到降低绕线难度的目的，并减少了储能磁体的成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，包括：
将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，为不同区域匹配不同宽度的带材，以进行线圈绕制。
2.根据权利要求1所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，所述将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为不同区域，包括：
将YBCO高温超导储能磁体的磁场分为高场区、中场区、低场区、极低场区。
3.根据权利要求2所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，所述为不同区域匹配不同宽度的带材，包括：
按照从宽到窄的顺序，依次为所述高场区、中场区、低场区、极低场区匹配不同宽度的带材。
4.根据权利要求3所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，为所述高场区匹配12mm宽的带材。
5.根据权利要求3所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，为所述中场区匹配8mm宽的带材。
6.根据权利要求3所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，为所述低场区匹配6mm宽的带材。
7.根据权利要求3所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，为所述极低场区匹配4mm宽的带材。
8.根据权利要求1所述的YBCO高温超导储能线圈绕制方法，其特征在于，所述带材为超导带材。
9.一种YBCO高温超导储能线圈绕制装置，其特征在于，包括：
划分不同区域的YBCO高温超导储能磁体以及不同宽度的带材；
所述不同宽度的带材用于与YBCO高温超导储能磁体的不同区域进行匹配，并进行线圈绕制。
10.根据权利要求9所述的YBCO高温超导储能线圈绕制装置，其特征在于，所述不同区域包括高场区、中场区、低场区、极低场区；所述高场区、中场区、低场区、极低场区采用的带材从宽到窄。
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