CN116564610A - 复合式高温超导电流引线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合式高温超导电流引线，属于超导电流引线技术领域，缆线结构的两端均连接有一个底座端子；两个底座端子间连接有多个外层保护超导带，外层保护超导带围绕在缆线结构的周围；缆线结构包括骨架支撑棒，以及缠绕在骨架支撑棒上的超导电流引线带；底座端子的端面的中部设有连接孔，骨架支撑棒的两端的接头与连接孔连接；外层保护超导带采用不锈钢铠装超导带，为波浪状，可补偿热胀冷缩带来的应变。本发明载流能力强、机械性能稳定、漏热小；可以承载大电流，缠绕间隙可以抵消由于上下温差导致的应变；在环氧棒缠绕多层带材或在底座焊接不锈钢铠装超导带材，提高了载流量。

Description

复合式高温超导电流引线

技术领域

本发明涉及超导电流引线技术领域，具体涉及一种复合式高温超导电流引线。

背景技术

传导冷却超导磁体技术相较于液氦浸泡的方式具有成本低、结构紧凑、运行方便等优点，使得利用制冷机来搭建超导磁体测试系统成为可能。但是由于冷却功率受限，漏热过大会使其冷却效率大大折扣。

电流引线是将电流从室温环境的电源连接至低温区的中间过渡载流装置，是漏热产生的主要原因之一，通常传导冷却超导磁体系统使用金属-超导电流引线的形式给超导磁体供电。其包含两个接头中间部分的超导材料，其引线的一个接头位于外部室温环境，另一头连接制冷机的冷头。靠近冷头的接头热量可以被冷头带走，而超导材料由于零电阻特性几乎不产生焦耳热，同时由于其截面小，导热率低，使得引线的传导漏热进一步减小。

传统的超导电流引线通常由端头、超导带、支撑杆等结构组成，通过将超导带和支撑杆固定保持稳定，两端与超导带连接。这种结构导致金属固定杆漏热较大，且未考虑低温环境的形变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过利用CORC电缆进行连接，达到漏热小、传输电流大的目的的复合式高温超导电流引线，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种复合式高温超导电流引线，包括：缆线结构；所述缆线结构的两端均连接有一个底座端子；两个所述底座端子间连接有多个外层保护超导带，多个所述外层保护超导带围绕在所述缆线结构的周围。

优选的，所述缆线结构包括骨架支撑棒，以及缠绕在所述骨架支撑棒上的超导电流引线带。

优选的，所述骨架支撑棒由环氧树脂材料制成。

优选的，所述超导电流引线带绕制过程中留有一定缝隙，用于平衡热胀冷缩带来的轴向应变。

优选的，所述超导电流引线带为YBCO高温超导带材。

优选的，所述超导电流引线带为镀铜超导带材。

优选的，所述底座端子的端面的中部设有连接孔，所述骨架支撑棒的两端的接头与连接孔连接。

优选的，所述连接孔的内壁设有内螺纹，所述接头的表面设有外螺纹，接头和连接孔通过内螺纹和外螺纹的配合实现螺纹连接。

优选的，所述底座端子的端面上，围绕所述连接孔对称设置有多个盲槽。外层保护超导带的两端分别插入两端的底座端子上的盲槽内焊接连接。

优选的，所述外层保护超导带采用不锈钢铠装超导带，所述外层保护超导带为波浪状，用于补偿热胀冷缩带来的应变。

本发明有益效果：载流能力强、机械性能稳定、漏热小；可以承载大电流，缠绕间隙可以抵消由于上下温差导致的应变；在环氧棒缠绕多层带材或在底座焊接不锈钢铠装超导带材，提高了载流量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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例，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为本发明实施例所述的超导电流引线正面结构示意图。

图2为本发明实施例所述的超导电流引线中心CORC缆线结构图。

图3为本发明实施例所述的接头结构示意图。

其中：1-缆线结构；2-底座端子；3-外层保护超导带；4-骨架支撑棒；5-超导电流引线带；6-连接孔；7-接头；8-盲槽。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

如图1至图3所示，本实施例中，提供了一种复合式高温超导电流引线，包括：缆线结构1；所述缆线结构1的两端均连接有一个底座端子2；两个所述底座端子2间连接有多个外层保护超导带3，多个所述外层保护超导带3围绕在所述缆线结构1的周围。

具体的，所述缆线结构1包括骨架支撑棒4，以及缠绕在所述骨架支撑棒4上的超导电流引线带5。骨架支撑棒4的两端的接头7的外表面设有外螺纹，底座端子2的端面的中部设有连接孔6，连接孔6的内表面设有与外螺纹匹配的内螺纹，通过外螺纹和内螺纹的配合，接头7螺纹连接在连接孔6内，从而实现将缆线结构1连接在两个底座端子2之间。

两个底座端子2的端面上围绕所述连接孔6均匀对称的设置多个盲槽8，将外层保护超导带3的两端分别插入两个底座端子2间相对的两个盲槽8内，从而将外层保护超导带3连接在两个底座端子2之间。所述外层保护超导带3采用不锈钢铠装超导带，所述外层保护超导带3为波浪状，用于补偿热胀冷缩带来的应变。

在一个具体实施例中，所述骨架支撑棒4由环氧树脂材料制成。所述超导电流引线带5绕制过程中留有一定缝隙，用于平衡热胀冷缩带来的轴向应变。

本实施例提供的复合式高温超导电流引线结构，目的是克服目前超导电流引线中对于漏热控制的技术缺陷，其具有载流能力强、机械性能稳定、漏热小等特点。

其中，骨架支撑棒4为采用环氧树脂材料制成的圆柱体，将超导电流引线带5缠绕在骨架支撑棒4上形成CORC电缆，将超导电流引线带5两端插入盲槽8内与底座端子焊接。所形成的的CORC电缆结构不但可以承载大电流而且缠绕间隙可以抵消由于上下温差导致的应变。中间的环氧树脂骨架支撑棒4一方面起到支撑作用，一方面由于其导热差可以减小漏热。在骨架支撑棒4的表面可缠绕多层超导电流引线带5，或在底座端子之间焊接的不锈钢铠装超导带材(即外层保护超导带3)进一步加大了载流量。

所述的底座端子2是端面的中部设带有内螺纹的连接孔6的金属接头，采用导电性能较好的材料如紫铜等材料制成，端面的盲槽8用于焊接不锈钢铠装超导带端头。

在一个具体实施例中，所述的盲槽8设为方形，其与外层保护超导带3的截面形状一致。盲槽8沿着连接孔6的轴心中心对称，外层保护超导带3的两端插入后焊接增大电流引线载流量；所述CORC缆线骨架支撑棒4采用热胀冷缩系数较低的环氧材料，材料包含但不限于环氧等导热性能低的材料。

所述超导电流引线带5绕制过程中相邻的带材与带材之间留有一定缝隙，用于平衡热胀冷缩带来的轴向应变。所述沿着骨架缠绕的带材均采用导热率低的高温超导带材YBCO，宽度可以根据实际通流情况进行选择。

在一个具体实施例中，高温超导带材YBCO可采用4-6mm宽的超导镀铜带材，超导带按照一定节距缠绕在圆柱形环氧骨架上，可以缠绕多层增加载流量，包含但不限于一层。

所述外层保护超导带采用不锈钢铠装超导带，焊接连接在两个底座端子之间后，位于两个底座端子之间的长度大于骨架支撑棒的长度形成波浪状，用于补偿热胀冷缩带来的应变，不锈钢铠装带来更强的机械性能保护外部的带材不受损。

在一个具体实施例中，如图1所示，为超导电流引线的结构示意图，由两个底座端子2、缆线结构1、外层保护超导带3组成。缆线结构1的骨架支撑棒4由环氧树脂材料制成，环氧树脂具有较低的热胀冷缩系数，在低温环境下应变相较于金属材料小，主要起支撑和固定作用。外层保护超导带3为不锈钢铠装超导带，以及缆线结构1的超导电流引线带5为镀铜超导带，两者用于电流传输。外层保护超导带3呈现出波浪形排布，沿着CORC缆线呈中心对称分布，本实施例中，外层保护超导带3的个数为2个。

而在具体应用中，上述的外层保护超导带3的数量并不受上述数量的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置外层保护超导带3的个数，相应的，底座端子2上的盲槽8的个数要大于或等于外层保护超导带3的个数，最多数量不限于附图1或图3中的6个的数量，可根据实际需求进行调整。

如图2所示，缆线结构包含骨架支撑棒4和镀铜超导带制成的超导电流引线带5两部分，其中，骨架支撑棒4两端的接头7的外表面设外螺纹用于与底座端子上具有内螺纹的连接孔螺纹连接，镀铜超导带沿着相同方向均匀缠绕在骨架上并且预留一定的空隙，一般采用宽度为3-6mm的超导带。空隙的存在能够使得由于温差导致的材料应变释放。

图2中以一层为例，而在实际应用中，可以根据需求通过增加缠绕的层数来增加镀铜超导带数量，绕制过程中层与层的绕制方向相反，越多的带材意味着越强的载流能力。

如图3所示，底座端子采用紫铜等导电性能好的金属材料制成，底座端子的外侧开孔9用于连接导线，端面中部的连接孔6用于固定环氧骨架支撑棒4，同时在端面上预留盲槽8，可将不锈钢铠装超导带的端头嵌入填入焊锡焊接，在环氧树脂骨架支撑棒连接在两个底座端子间之后，在预留的盲槽8内注入焊锡并加热焊接，使接头之间的电流通过不锈钢铠装超导带导通。

综上所述，本发明实施例所述的复合式高温超导电流引线，利用CORC缆线制作的高温超导电流引线，具有载流能力强、机械性能稳定、漏热小等特点。本发明采用环氧圆柱作为骨架支撑棒，将超导带缠绕在骨架上形成CORC电缆，将外层保护超导带的两端焊接在底座端子。CORC结构不但可以承载大电流而且缠绕间隙可以抵消由于上下温差导致的应变。中间的环氧骨架一方面起到支撑作用，一方面由于其导热差可以减小漏热。为进一步加大载流量可在环氧棒缠绕多层带材或在底座焊接不锈钢铠装超导带材。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合式高温超导电流引线，其特征在于，包括：缆线结构(1)；所述缆线结构(1)的两端均连接有一个底座端子(2)；两个所述底座端子(2)间连接有多个外层保护超导带(3)，多个所述外层保护超导带(3)围绕在所述缆线结构(1)的周围。

2.根据权利要求1所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述缆线结构(1)包括骨架支撑棒(4)，以及缠绕在所述骨架支撑棒(4)上的超导电流引线带(5)。

3.根据权利要求2所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述骨架支撑棒(4)由环氧树脂材料制成。

4.根据权利要求2所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述超导电流引线带(5)绕制过程中留有一定缝隙，用于平衡热胀冷缩带来的轴向应变。

5.根据权利要求2-4任一项所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述超导电流引线带(5)为YBCO高温超导带材。

6.根据权利要求5所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述超导电流引线带(5)为镀铜超导带材。

7.根据权利要求2所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述底座端子(2)的端面的中部设有连接孔(6)，所述骨架支撑棒(4)的两端的接头(7)与连接孔(6)连接。

8.根据权利要求7所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述连接孔(6)的内壁设有内螺纹，所述接头(7)的表面设有外螺纹，接头(7)和连接孔(6)通过内螺纹和外螺纹的配合实现螺纹连接。

9.根据权利要求7或8所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述底座端子(2)的端面上，围绕所述连接孔(6)对称设置有多个盲槽(8)。

10.根据权利要求1所述的复合式高温超导电流引线，其特征在于，所述外层保护超导带(3)采用不锈钢铠装超导带，所述外层保护超导带(3)为波浪状，用于补偿热胀冷缩带来的应变。