CN114792593A - 一种基于矩形超导叠片的超导磁体及组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于矩形超导叠片的超导磁体及组装方法。所述超导磁体为长方体型，包括矩形超导叠片、绝缘层、层间垫片和限位装置，先在每一个矩形超导叠片的一边开口，并在除了搭接位置外的上下两侧粘贴绝缘层，然后将矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着开口处搭接，在搭接处的左右两侧放置层间垫片，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接。本发明超导磁体不受最小弯曲直径的限制，在长度和厚度上可延伸性较强，磁场稳定可控，结构紧凑，制造简单，能够广泛应用于超导电机中。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，特别是涉及一种基于矩形超导叠片的超导磁体及组装方法。
背景技术
在超导电机中，超导磁体对功率转换非常重要，通常作为电枢绕组或者励磁绕组位于电机的定转子中，或者作为磁极来代替永磁体，超导磁体产生的磁场越高，电机的功率就越大，从而能产生更高的功率重量比。
到目前为止，超导电机中使用最广泛的超导磁体是绕线线圈，其匝数和工作电流可以在设计阶段进行优化，当电机运行时，超导线圈产生的磁场是稳定的，然而，为了产生高磁场，线圈的匝数应较大，缠绕这种超导线圈的长度很长，很难保证带材长度方向上临界电流分布的均匀性，同时由于超导带材有最小弯曲直径的限制，所制作的超导磁体的尺寸不能小于它，磁体的有效体积较小。
为减小磁体体积，简化制造过程，又研制出了用于电机的超导堆叠磁体和块状磁体，堆叠磁体和块体磁体可以通过钉扎效应捕获磁场，并通过使用磁化的脉冲场方法或场冷却方法从小体积中产生比永磁体更大的场，然而，超导堆叠磁体和块状磁体面临着由于定子磁场随时间变化而产生的退磁问题，并且在超导电机运行期间其磁场无法控制。
因此，提出一种基于矩形超导叠片的超导磁体，不受最小弯曲直径的限制，在长度和厚度上可延伸性较强，磁场稳定可控，结构紧凑，制造简单，能够广泛应用于超导电机中。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于矩形超导叠片的超导磁体及组装方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于矩形超导叠片的超导磁体，所述超导磁体为长方体型，包括矩形超导叠片、绝缘层、层间垫片和限位装置，先在每一个矩形超导叠片的一边开口，并在除了搭接位置外的上下两侧粘贴绝缘层，然后将矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着开口处搭接，在搭接处的左右两侧放置层间垫片，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接；
所述矩形超导叠片的中间，开狭长矩形孔；第一层矩形超导叠片的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且与矩形孔的一窄边相重合，第二层矩形超导叠片的开口位置为第一层矩形超导叠片开口位置向矩形孔另一窄边方向延伸一段距离，依此类推，按照相同的方向和相同的延伸距离，对之后的矩形超导叠片进行开口；当接某一层矩形超导叠片的开口位置距离矩形孔的另一窄边的距离小于延伸距离时，下一层矩形超导叠片的开口位置则向反方向延伸，依此类推，当不满足延伸距离时，则改变延伸方向。
进一步地，所述超导磁体的第一层矩形超导叠片和最后一层矩形超导叠片开口侧未搭接的一端，焊接电源引线。
进一步地，所述超导磁体的奇数层矩形超导叠片的超导层的一面朝下，偶数层矩形超导叠片的超导层的一面朝上。
进一步地，所述矩形超导叠片上下两侧粘贴有绝缘层，绝缘层覆盖面不包括各层矩形超导叠片搭接面和各层矩形超导叠片的矩形孔。
进一步地，所述层间垫片根据不同层矩形超导叠片的搭接位置，切割成不同形状，在超导磁体整体加热焊接时，为其提供平整的焊接面。
进一步地，所述限位装置的截面和矩形超导叠片的矩形孔相同，高度略高于磁体整体高度。
进一步地，所述延伸距离等于各层矩形超导叠片的搭接长度。
进一步地，所述绝缘层采用聚酰亚胺薄膜胶带。
进一步地，层间垫片采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维；限位装置采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维。
本发明还提出一种所述基于矩形超导叠片的超导磁体的组装方法，首先，将第一层矩形超导叠片和第二层矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着各自开口位置进行搭接，搭接面为各自的超导层所在面，搭接长度等于开口延伸距离，然后在搭接位置的放入层间垫片，依此类推，将矩形超导叠片进行搭接堆叠；堆叠完成后将焊接材料放入每个搭接位置中间，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接。
本发明的有益效果为：
与现有技术相比，本发明提供了一种基于矩形超导叠片的超导磁体，不受最小弯曲直径的限制，在磁体长度和厚度上可延伸性较强，具有结构紧凑、稳定性高、制造简单的优点，能够广泛应用于超导电机中。
附图说明
图1为各层矩形超导叠片的结构示意图。
图2为各个搭接位置处层间垫片的结构示意图。
图3为限位装置的结构示意图。
图4为各层矩形超导叠片搭接后的结构示意图。
图5为装配完成后的超导磁体。
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做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。
实施例1
结合图1-图5，本发明提出一种基于矩形超导叠片的超导磁体，所述超导磁体为长方体型，包括矩形超导叠片、绝缘层、层间垫片和限位装置，先在每一个矩形超导叠片的一边开口，并在除了搭接位置外的上下两侧粘贴绝缘层，然后将矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着开口处搭接，在搭接处的左右两侧放置层间垫片，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接；
所述矩形超导叠片的中间，开狭长矩形孔；第一层矩形超导叠片的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且与矩形孔的一窄边相重合，第二层矩形超导叠片的开口位置为第一层矩形超导叠片开口位置向矩形孔另一窄边方向延伸一段距离，依此类推，按照相同的方向和相同的延伸距离，对之后的矩形超导叠片进行开口；当接某一层矩形超导叠片的开口位置距离矩形孔的另一窄边的距离小于延伸距离时，下一层矩形超导叠片的开口位置则向反方向延伸，依此类推，当不满足延伸距离时，则改变延伸方向。
所述超导磁体的第一层矩形超导叠片和最后一层矩形超导叠片开口侧未搭接的一端，焊接电源引线。
所述超导磁体的奇数层矩形超导叠片的超导层的一面朝下，偶数层矩形超导叠片的超导层的一面朝上。
所述矩形超导叠片采用第二代REBCO超导带材。
所述矩形超导叠片上下两侧粘贴有绝缘层，绝缘层覆盖面不包括各层矩形超导叠片搭接面和各层矩形超导叠片的矩形孔。
所述层间垫片根据不同层矩形超导叠片的搭接位置，切割成不同形状，在超导磁体整体加热焊接时，为其提供平整的焊接面。
所述限位装置的截面和矩形超导叠片的矩形孔相同，高度略高于磁体整体高度。
所述延伸距离等于各层矩形超导叠片的搭接长度。
所述绝缘层采用聚酰亚胺薄膜胶带。
层间垫片采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维；限位装置采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维。
本发明还提出一种所述基于矩形超导叠片的超导磁体的组装方法，首先，将第一层矩形超导叠片和第二层矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着各自开口位置进行搭接，搭接面为各自的超导层所在面，搭接长度等于开口延伸距离，然后在搭接位置的放入层间垫片，依此类推，将矩形超导叠片进行搭接堆叠；堆叠完成后将焊接材料放入每个搭接位置中间，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接。
实施例2
制备如图1所示的各层矩形超导叠片，利用现有的超导带材切割技术，将厚度为D的第二代REBCO超导带材，切割成长度为L，宽度为W的矩形超导叠片；将奇数层的矩形超导叠片的超导层的一面朝下，偶数层矩形超导叠片的超导层的一面朝上，并在各层矩形超导叠片中间切割出长为L1宽度为W1的矩形孔，切割后的矩形超导叠片的开口侧长边宽度为W2，左右窄边的宽度分别为S和S1；第一层矩形超导叠片1的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且与矩形孔的右侧窄边相重合，开口位置距离矩形超导叠片右侧窄边为S1；第二层矩形超导叠片2的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S2，第一层矩形超导叠片1和第二层矩形超导叠片2的延伸距离为T(T＝S2-S1)；第三层矩形超导叠片3的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S3(S3-S2＝T)；第四层矩形超导叠片4的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S4(S4-S3＝T)；第五层矩形超导叠片5的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S5(S5-S4＝T)；第六层矩形超导叠片6的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S6(S6-S5＝T)；第七层矩形超导叠片7的开口位置距离矩形孔的左侧窄边的距离小于延伸距离，故向反方向延伸，其开口位置垂直于矩形超导叠片长边且距离矩形超导叠片右侧窄边为S7(S7＝S6)；完成各层超导叠片的开口切割后，在其上下两侧粘贴聚酰亚胺薄膜胶带作为绝缘层，绝缘层覆盖面不包括各层矩形超导叠片搭接面和各层矩形超导叠片的矩形孔。
制备如图2所示的各个搭接位置处层间垫片，层间垫片由厚度为D的氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维制成；如图4中第一层矩形超导叠片1和第二层矩形超导叠片2的搭接位置1-1的层间垫片为层间垫片8(图2a中所示8)和层间垫片13(图2f中所示13)，层间垫片8(图2a中所示8)的长度为L2(L2＝L-S2)，层间垫片13(图2f中所示13)的长度为S1；如图4中第二层矩形超导叠片2和第三层矩形超导叠片3的搭接位置2-1的层间垫片为层间垫片9(图2b中所示9)和层间垫片14(图2g中所示14)，层间垫片9(图2b中所示9)的长度为L3(L3＝L-S3)，层间垫片14(图2g中所示14)的长度为L7(L7＝S2)；如图4中第三层矩形超导叠片3和第四层矩形超导叠片4的搭接位置3-1的层间垫片为层间垫片10(图2c中所示10)和层间垫片15(图2h中所示15)，层间垫片10(图2c中所示10)的长度为L4(L4＝L-S4)，层间垫片15(图2h中所示15)的长度为L8(L8＝S3)；如图4中第四层矩形超导叠片4和第五层矩形超导叠片5的搭接位置4-1的层间垫片为层间垫片11(图2d中所示11)和层间垫片16(图2i中所示16)，层间垫片11(图2d中所示11)的长度为L5(L5＝L-S5)，层间垫片16(图2i中所示16)的长度为L9(L9＝S4)；如图4中第五层矩形超导叠片5和第六层矩形超导叠片6的搭接位置5-1的层间垫片为层间垫片12(图2e中所示12)和层间垫片17(图2j中所示17)，层间垫片12(图2e中所示12)的长度为L6(L6＝L-S6)，层间垫片17(图2j中所示17)的长度为L10(L10＝S5)；如图4中第六层矩形超导叠片6和第七层矩形超导叠片7的搭接位置6-1的层间垫片为层间垫片18(图2k中所示18)和层间垫片19(图2l中所示19，层间垫片18(图2k中所示18)的长度为L11(L11＝S7)，层间垫片18(图2k中所示18)的长度为L12(L12＝S7)。
制备如图3所示的限位装置，限位装置20由长度为L1、厚度为W1、高度为H1的氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维制成，其高度H1大于装配完成后磁体的整体高度。
装配完成后的磁体如图5所示，具体装配过程为：将第一层矩形超导叠片1和第二层矩形超导叠片2沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第一层矩形超导叠片1开口位置左侧一端的超导层与第二层矩形超导叠片2开口位置右侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置1-1，在搭接位置1-1的左侧放入层间垫片8，在搭接位置1-1的右侧放入层间垫片13；将第三层矩形超导叠片3沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第二层矩形超导叠片2开口位置左侧一端的超导层与第三层矩形超导叠片3开口位置右侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置2-1，在搭接位置2-1的左侧放入层间垫片9，在搭接位置2-1的右侧放入层间垫片14；将第四层矩形超导叠片4沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第三层矩形超导叠片3开口位置左侧一端的超导层与第四层矩形超导叠片4开口位置右侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置3-1，在搭接位置3-1的左侧放入层间垫片10，在搭接位置3-1的右侧放入层间垫片15；将第五层矩形超导叠片5沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第四层矩形超导叠片4开口位置左侧一端的超导层与第五层矩形超导叠片5开口位置右侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置4-1，在搭接位置4-1的左侧放入层间垫片11，在搭接位置4-1的右侧放入层间垫片16；将第六层矩形超导叠片6沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第五层矩形超导叠片5开口位置左侧一端的超导层与第六层矩形超导叠片6开口位置右侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置5-1，在搭接位置5-1的左侧放入层间垫片12，在搭接位置5-1的右侧放入层间垫片17；将第七层矩形超导叠片7沿其中间矩形孔穿过限位装置20，将第六层矩形超导叠片6开口位置左侧一端的超导层与第七层矩形超导叠片7开口位置左侧一端的超导层相互搭接，形成搭接位置6-1，在搭接位置6-1的右侧放入层间垫片18和层间垫片19。装配完成后，将焊接材料放入每个搭接位置中间，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接。
以上对本发明所提出的一种基于矩形超导叠片的超导磁体及组装方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于矩形超导叠片的超导磁体，所述超导磁体为长方体型，包括矩形超导叠片、绝缘层、层间垫片和限位装置，其特征在于，先在每一个矩形超导叠片的一边开口，并在除了搭接位置外的上下两侧粘贴绝缘层，然后将矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着开口处搭接，在搭接处的左右两侧放置层间垫片，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接；
所述矩形超导叠片的中间，开狭长矩形孔；第一层矩形超导叠片的开口位置垂直于矩形超导叠片长边且与矩形孔的一窄边相重合，第二层矩形超导叠片的开口位置为第一层矩形超导叠片开口位置向矩形孔另一窄边方向延伸一段距离，依此类推，按照相同的方向和相同的延伸距离，对之后的矩形超导叠片进行开口；当接某一层矩形超导叠片的开口位置距离矩形孔的另一窄边的距离小于延伸距离时，下一层矩形超导叠片的开口位置则向反方向延伸，依此类推，当不满足延伸距离时，则改变延伸方向。
2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体的第一层矩形超导叠片和最后一层矩形超导叠片开口侧未搭接的一端，焊接电源引线。
3.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述超导磁体的奇数层矩形超导叠片的超导层的一面朝下，偶数层矩形超导叠片的超导层的一面朝上。
4.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述矩形超导叠片上下两侧粘贴有绝缘层，绝缘层覆盖面不包括各层矩形超导叠片搭接面和各层矩形超导叠片的矩形孔。
5.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述层间垫片根据不同层矩形超导叠片的搭接位置，切割成不同形状，在超导磁体整体加热焊接时，为其提供平整的焊接面。
6.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述限位装置的截面和矩形超导叠片的矩形孔相同，高度略高于磁体整体高度。
7.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述延伸距离等于各层矩形超导叠片的搭接长度。
8.根据权利要求4所述的超导磁体，其特征在于，所述绝缘层采用聚酰亚胺薄膜胶带。
9.根据权利要求5或6所述的超导磁体，其特征在于，层间垫片采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维；限位装置采用氮化铝、氧化铝或环氧玻璃纤维。
10.一种如权利要求1所述基于矩形超导叠片的超导磁体的组装方法，其特征在于，首先，将第一层矩形超导叠片和第二层矩形超导叠片穿过限位装置，并沿着各自开口位置进行搭接，搭接面为各自的超导层所在面，搭接长度等于开口延伸距离，然后在搭接位置的放入层间垫片，依此类推，将矩形超导叠片进行搭接堆叠；堆叠完成后将焊接材料放入每个搭接位置中间，然后将超导磁体的各片压紧固定，并进行整体加热焊接。
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|---|---|---|---|---|
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