CN117690654A - 一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，涉及高温超导技术领域，包括：三层子缆骨架；超导带材叠；燕尾榫；槽体处设置有按压机构、传动部件和锁定机构；当超导带材叠压入槽体内时按压机构运转，对超导带材叠的横向位置和竖向位置进行定位，并使超导带材叠与呈弯弧状的槽体进行贴合；当按压机构运转时，锁定机构对按压机构进行锁定。本发明通过正交组合及弧形超导叠，降低了自场励磁磁通与超导带材ab面的角度，实现了高温超导CICC导体高临界电流、低交流损耗运行，并通过燕尾榫与正交排列的多层超导叠，实现了模块化的高温超导导体结构，导体具有低损耗、可维护性好、装配简单等特征。

Description

一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体

技术领域

本发明涉及高温超导技术领域，具体为一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体。

背景技术

随着聚变堆等大科学装置的运行参数不断提高，超导磁体与导体的运行电流、磁场也远超单根第二代高温超导带材所能承受的极限，因此普遍的做法是将多根超导带材并联，并于金属骨架相装配形成拥有一定铜超比的超导导体。常见的高温超导复合化导体的形式有：TSTC、CORC、Roebel导体。

Roebel导体是将第二代高温超导带材使用机械或激光切割等技术裁剪成曲折形状，沿着长度方向不断进行交叠换位编织，形成的一种独特的导体结构。超导带材经过不断换位后，能够在外界磁场或励磁电流快速变化的工况下保证带材间均匀的电流分布。Roebel导体由于在不需要金属作为成型骨架，同时第二代高温超导带材在生产工艺上可选择包覆或电镀无氧铜，因此Roebel导体拥有很高的临界电流密度。然而由于特殊的编织制造工艺，平行于导体表面的弯曲性能受到带材应力极限的限制而表现不佳。

TSTC型超导导体是最常见的导体形式之一，第二代高温超导经过简单堆叠与金属基体组合后扭绞制备而成。由于堆叠的带材越多，磁场也越强，最初的堆叠类导体临界电流在自场影响下会出现不同程度的衰减，带材根数与设计电流值需要经过优化后才能得到最佳的结果。同时，简单堆叠导体各向异性高，临界电流对于背景磁场与带材角度十分敏感。而扭绞结构可以一定程度抑制各向异性，降低磁场对带材性能的影响。常见的TSTC导体在扭绞过程中，为了保证带材的拉、压应变低于阈值，节距和弯曲半径都要控制在合理范围内。

CORC导体是使用高温超导带材螺旋缠绕在金属铜管上制备而成，可以根据需要调整每层带材的角度，同时带材实现了换位，电感较低。但同时CORC导体由于带材绕制时彼此之间存在空隙，在超强磁场的应用环境中会发生机械抖动，影响超导设备的稳定运行。

管内铠装CICC导体最早应用于核聚变堆等大科学装置中，由于聚变堆高参数运行会对超导磁体产生极强的机械电磁力、中子何热、辐射热等不同来源的热负荷。因此采用将超导材料多级扭绞后装入不锈钢铠甲进行压方，为其提供足够的机械支撑，避免在装置运行时产生微小的位移能量进而诱发磁体失超，同时为了带走导体快速励磁的交流损耗等热量并维持磁体运行温度，在导体内部设计迫流冷却通道，依靠冷却介质的快速流动，消耗并移走热量。常见的高温超导CICC导体使用上述三种常见的结构作为子缆，以金属芯管或棒材作为扭绞中心支撑点，制作不同形式的TSTC-CICC、CORC-CICC导体。其中TSTC-CICC导体机械支撑性好，但由于子缆金属铠装将超导带材与冷却介质相隔离，超导带材上的热量不能够及时被消耗。冷却环境较差。CORC-CICC导体在绕制与扭绞的过程中，会出现局部应力集中的情况，CORC子缆会在机械过程中被压扁，进而局部的超导带材性能衰减。

综上所述：Roebel-CICC导体、TSTC-CICC型超导导体在自场下会有极强的垂直带材表面分量，导致导体性能低于设计指标，而CORC-CICC导体无法对带材进行充分的机械限位，同时上述三类导体结构在绕制完成后，一旦某根超导带材在制造过程中发生损伤，意味着百米级长度的超导导体无法满足使用要求，带来无法估量的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，解决了上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，包括：

四根超导子缆导体，四根所述超导子缆导体在扭绞后通过不锈钢带花包处理，所述不锈钢带的外侧电子束焊接有不锈钢铠甲；

所述超导子缆导体包括：

三层子缆骨架；

超导带材叠，所述子缆骨架的外表面处开设有呈弯弧状的槽体，所述超导带材叠安装在所述槽体内；

燕尾榫，所述超导带材叠呈正交多层排列，通过所述燕尾榫将三层子缆骨架进行锁定，形成模块化装配体系；

所述槽体处设置有按压机构、传动部件和锁定机构；

当所述超导带材叠压入所述槽体内时所述按压机构运转，带动所述传动部件运行，对所述超导带材叠的横向位置和竖向位置进行定位，并使所述超导带材叠与呈弯弧状的所述槽体进行贴合；

当所述按压机构运转时，所述锁定机构对所述按压机构进行锁定，当再次运转所述按压机构时，所述锁定机构对所述按压机构进行解锁。

可选的，所述燕尾榫呈哑铃型结构，所述燕尾榫的中心处开设有内螺纹槽，所述子缆骨架的外表面处开设有骨架燕尾榫安装孔和燕尾榫印记槽，通过螺栓将所述燕尾榫与所述子缆骨架进行锁定，所述子缆骨架和所述燕尾榫分别为半圆金属管和金属部件，所述燕尾榫在装配时，会穿过当层的所述子缆骨架上的骨架燕尾榫安装孔并落入至下层所述子缆骨架上的燕尾榫印记槽内，所述燕尾榫的厚度高于所述骨架燕尾榫安装孔和所述燕尾榫印记槽的槽壁厚度总和。

可选的，所述超导带材叠呈正交多层排列，相邻两层的所述超导带材叠在分布时呈°设置，最外层的所述超导带材叠与最内层的所述超导带材叠分布角度相同，所述超导带材叠与所述槽体贴合，自场磁通与所述超导带材叠的表面平行。

可选的，所述超导带材叠采用第二代高温超导带材堆叠制成，由聚酰亚胺绝缘胶带半叠包对其进行绝缘处理，通过无氧铜丝缠绕对其进行包覆。

可选的，所述按压机构包括：

按压块，所述槽体的外表面处开设有供所述按压块穿入且与所述按压块相滑动连接的开口一，所述按压块的下表面处固定连接有两个移动块和弹性伸缩杆，两个所述移动块的相对侧均开设有倾斜部，所述子缆骨架的内部开设有多个安装腔，所述安装腔的内壁处固定连接有两个限制件，所述限制件的端部滑动连接有滑动件，所述滑动件的一端固定连接有滑柱。

可选的，所述传动部件包括：

连接板，所述连接板的下端与所述安装腔的内壁处相固定连接，所述连接板的外表面处开设有L形槽，所述滑动件的另一端固定连接有移动框，所述移动框的内壁处固定连接有斜杆，所述斜杆的外表面处滑动连接有移动柱，所述移动柱的端部与所述L形槽的槽壁处相滑动，所述滑动件与所述限制件的相对侧共同固定连接有弹簧一，还包括连接部件。

可选的，所述连接部件包括：

两个连接杆，所述连接杆的一端与所述移动柱的侧面处相固定连接，所述连接杆的另一端通过支架铰接有伸缩压板，所述伸缩压板的内部固定连接有弹性部件，所述连接板的上表面处固定连接有固定板，所述固定板的端部滑动连接有滑杆，所述滑杆的一端固定连接有定位板，所述定位板的下端具有可伸缩性并与所述槽体的外表面处相贴合，所述滑杆的另一端与所述连接杆相正对，所述定位板与所述固定板的相对侧共同固定连接有所述锁定机构包括：

两个固定柱和两个半圆块，所述固定柱与所述移动块的下端相正对，所述固定柱的上表面处固定连接有固定杆，所述半圆块朝向固定柱的一侧开设有嵌入槽，所述固定杆的端部与所述嵌入槽的内壁处相固定连接，所述固定杆的外表面处滑动连接有移动件，所述移动件呈两个圆台状部件的拼接结构，所述移动块的侧面处固定连接有壳体，所述壳体的内壁处固定连接有弹簧三，所述弹簧三的端部固定连接有抵块。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

一、本发明通过燕尾榫与正交排列的多层超导叠设计了一种模块化的高温超导导体结构，本导体具有可维护性好、装配简单等特征，通过正交组合及弧形超导叠，使得超导带材实现与槽体底面相同的弯曲弧度，进而在自场励磁时，降低了自场励磁磁通与本超导带材叠ab面的角度，实现了高温超导导体高临界电流、低交流损耗运行。

二、本发明当超导带材叠压入槽体内时按压机构运转，带动传动部件运行，对超导带材叠的横向位置和竖向位置进行定位，并使得超导带材叠与呈弯弧状的槽体进行贴合，通过两个伸缩压板的相对L形运动，能在初始的时候完整的漏出槽体以供超导带材叠进行放置，具备了优良的避让的效果，在运动后可对超导带材叠进行竖向按压定位，本方式当超导带材叠放入至槽体内并向下按压的时候，能预先对超导带材叠进行横向的定位使超导带材叠处于槽体的中心处，进而使一层内的超导带材叠的分布均匀，且还能避免超导带材叠在后续出现晃动的情况起到了初步定位的效果，接着将超导带材叠的两端向下按压，可对超导带材叠进行竖向的定位起到一定的拦截效果，避免超导带材叠直接掉出至槽体外的情况提高了装配效率，还能使得超导带材叠与槽体进行贴合，便于后续的多层模块化的子缆骨架的安装，能使得超导带材叠的端部与弯弧装的槽体表面进行贴合，本方式达到多重定位的效果避免超导带材叠在模块化装配的时候出现不稳定的情况且操作较为便捷实用性更佳。

三、本发明通过当按压机构运转时，锁定机构对按压机构进行锁定，当再次运转按压机构时，锁定机构对按压机构进行解锁，本方式仅需手动按压着超导带材叠即可达到对超导带材叠的定位和初步按压锁定，使超导带材叠与弯弧状的槽体进行贴合且在定位后保持稳定，当需要将超导带材叠与槽体进行拆卸调整时，仅需继续在按压一次超导带材叠即可实现整体部件的解锁效果，无需复杂的部件即可达到优良的效果有助于超导带材叠在自场励磁时大幅降低垂直于带材超导面的磁场强度，提高临界电流同时垂直磁通降低也有助于导体的低损耗运行。

附图说明

图1为本发明结构的主视图；

图2为本发明三层子缆骨架组合后的超导子缆导体处结构示意图；

图3为本发明二层子缆骨架组合后的超导子缆导体处结构示意图；

图4为本发明一层子缆骨架组合后的超导子缆导体处结构示意图

图5为本发明超导子缆导体中多层子缆骨架的结构爆炸图；

图6为本发明骨架燕尾榫安装孔和燕尾榫印记槽处结构的示意图；

图7为本发明子缆骨架上槽体处结构的示意图；

图8为本发明图7中A处结构的示意图；

图9为本发明半圆块处结构的示意图。

图中：1、不锈钢铠甲；2、不锈钢带；3、超导子缆导体；4、超导带材叠；5、子缆骨架；6、燕尾榫；7、骨架燕尾榫安装孔；8、燕尾榫印记槽；10、按压块；11、移动块；12、弹性伸缩杆；13、倾斜部；14、安装腔；15、限制件；16、滑动件；17、滑柱；18、连接板；19、L形槽；20、移动框；21、移动柱；22、弹簧一；23、连接杆；24、伸缩压板；25、固定板；26、滑杆；27、定位板；28、弹簧二；29、固定柱；30、固定杆；31、移动件；32、壳体；33、弹簧三；34、抵块；35、半圆块；36、嵌入槽。

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。

实施例一

请参阅图1至图9，本实施提供一种技术方案：一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，包括：不锈钢铠甲1、不锈钢带2、四根超导子缆导体3、超导带材叠4、子缆骨架5、燕尾榫6。

更为具体的来说，在本实施例中：本基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体整体由不锈钢铠甲1、不锈钢带2、超导子缆导体3、超导带材叠4、子缆骨架5、燕尾榫6、骨架燕尾榫安装孔7和燕尾榫印记槽8等部件构成主体，可实现聚变堆纵场超导磁体与超导强电设备的低损耗运行与超导导体的成体系、模块化装配，本高温超导导体基于榫卯结构由多层镶嵌超导带材叠4的子缆骨架5嵌套装配，每层子缆骨架5上的超导带材叠4可独立拆卸，形成模块化装配体系，子缆骨架5通过数控铣床加工处弯弧状的槽体，用于放置超导带材叠，燕尾榫6用于连接子缆骨架5并压入子缆骨架5的燕尾榫印记槽8中，用于固定超导带材叠4；本第二代高温超导带材叠4呈正交多层排列，超导带材叠4贴合骨架上的槽体，使得其自场磁通与带材表面平行，降低垂直场分量对超导导体临界性能的影响，本第二代高温超导带材叠4使用ReBCO带材平行堆叠放置，聚酰亚胺绝缘材料半叠包对超导带材叠4进行绝缘保护，通过无氧铜丝缠绕包裹经过绝缘处理的超导带材叠4，并且整体形成四根超导子缆导体3，四根超导子缆导体3经过不锈钢带花包后，装入不锈钢铠甲进行电子束焊接，完成TMMC—CICC导体封装，且多根超导子缆导体在经过扭绞后，不锈钢带在表面花包保护，装入不锈钢铠甲使用电子束焊接成型CICC导体，为内部超导带材提供足够的机械支撑；

本高温超导体通过正交组合及弧形超导叠，降低了自场励磁磁通与超导带材ab面的角度，实现了超导导体高临界电流、低交流损耗运行；

本高温超导体的此种形式依靠燕尾榫6与正交排列的多层超导叠设计了一种模块化的高温超导导体结构，导体具有低损耗、可维护性好、装配简单等特征；

子缆骨架5作为承载超导带材叠的金属基体，分为两部分金属芯管，表面加工有槽体，槽体的宽度大于经过无氧铜丝包覆过的超导带材叠4的尺寸；

值得注意的是，本实施例中还包括：按压机构、传动部件和锁定机构。

更为具体的来说，在本实施例中：当需要将超导带材叠4安装到槽体内的时候，将超导带材叠4放置在槽体上并进行按压，在按压的时候，可使得按压机构进行运转，从而能带动着传动部件进行运行，而锁定机构用于锁定运行完毕后的传动部件，并在需要拆卸的时候起到快速拆卸的目的，传动部件用于对超导带材叠4进行横向定位，使得多个超导带材叠4进行集中放置，并且起到限制的作用，避免超导带材叠4掉出槽体的情况，同时还能竖向对超导带材叠4进行挤压达到二次定位，进而进一步的避免超导带材叠4掉出槽体的情况，还能使得超导带材叠4紧贴弯弧状的槽体，以避免后续的本超导体的模块化榫卯结构安装实现。

实施例二

在上述实施例的基础上：

请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，对实施例一中的燕尾榫6进行如下的公开，燕尾榫6呈哑铃型结构，燕尾榫6的中心处开设有内螺纹槽，子缆骨架5的外表面处开设有骨架燕尾榫安装孔7和燕尾榫印记槽8，通过螺栓将燕尾榫6与子缆骨架5进行锁定，子缆骨架5和燕尾榫6分别为半圆金属管和金属部件，燕尾榫6在装配时，会穿过当层的子缆骨架5上的骨架燕尾榫安装孔7并落入至下层子缆骨架5上的燕尾榫印记槽8内，燕尾榫6的厚度高于骨架燕尾榫安装孔7和燕尾榫印记槽8的槽壁厚度总和。

更为具体的来说，在本实施例中：燕尾榫6在装配时穿过子缆骨架5的骨架燕尾榫安装孔7的孔位落入下层子缆骨架5的燕尾榫印记槽8中，进而压紧超导带材叠4；

其中：考虑到导体绕制成磁体的弯曲过程中尖端会出现应力集中，燕尾榫6两端为圆心角270°的哑铃结构，燕尾榫6通过骨架燕尾榫安装孔7来固定内层的子缆骨架5 ，超导带材叠4放入槽体中再次使用燕尾榫6来固定相邻层子缆骨架5，同时燕尾榫印记槽8与燕尾榫6的外形轮廓相同，与骨架燕尾榫安装孔7处于同一径向位置，燕尾榫6插入骨架燕尾榫安装孔7并深入燕尾榫印记槽8，进而压紧超导带材；

燕尾榫6在中心加工的螺纹孔，后期拆卸可使用螺栓连接拔出，燕尾榫6的厚度方向下窄上宽，同时厚度高于骨架燕尾榫安装孔7和燕尾榫印记槽8的总和，依靠公差与燕尾榫6的金属延展性实现一定程度的过盈装配。

实施例三

在上述实施例的基础上：

请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6，对实施例一中的超导带材叠4进行如下的公开，超导带材叠4呈正交多层排列，相邻两层的超导带材叠4在分布时呈45°设置，最外层的超导带材叠4与最内层的超导带材叠4分布角度相同，超导带材叠4与槽体贴合，自场磁通与超导带材叠4的表面平行。

更为具体的来说，在本实施例中：由于超导带材叠4贴合子缆骨架5表面呈弯弧状的槽体，使得自场磁通与带材表面平行，降低垂直场分量对超导导体临界性能的影响。

超导带材叠4采用第二代高温超导带材堆叠制成，由聚酰亚胺绝缘胶带半叠包对其进行绝缘处理，通过无氧铜丝缠绕对其进行包覆。

更为具体的来说，在本实施例中：无氧铜丝经过退火热处理，在燕尾榫6落入燕尾榫印记槽8中时，金属铜延展压紧超导叠，聚酰亚胺绝缘带内侧带胶，紧固超导叠。

实施例四

在上述实施例的基础上：

请参阅图1、图2、图3、图7和图8，对实施例一中的按压机构进行如下的公开，按压机构包括：

按压块10，槽体的外表面处开设有供按压块10穿入且与按压块10相滑动连接的开口一，按压块10的下表面处固定连接有两个移动块11和弹性伸缩杆12，两个移动块11的相对侧均开设有倾斜部13，子缆骨架5的内部开设有多个安装腔14，安装腔14的内壁处固定连接有两个限制件15，限制件15的端部滑动连接有滑动件16，滑动件16的一端固定连接有滑柱17。

更为具体的来说，在本实施例中：在实际使用时，使用者先将超导带材叠4对应的放入到子缆骨架5的槽体内，然后向下按压一下，从而使得按压块10受到作用力后进行移动，使得带动着移动块11下移，并使得弹性伸缩杆12进行收缩形成势能，最终使得超导带材叠4与弯弧装的槽体进行贴合。

实施例五

在上述实施例的基础上：

请参阅图1、图2、图3、图7和图8，对实施例一中的传动部件进行如下的公开，传动部件包括：

连接板18，连接板18的下端与安装腔14的内壁处相固定连接，连接板18的外表面处开设有L形槽19，滑动件16的另一端固定连接有移动框20，移动框20的内壁处固定连接有斜杆，斜杆的外表面处滑动连接有移动柱21，移动柱21的端部与L形槽19的槽壁处相滑动，滑动件16与限制件15的相对侧共同固定连接有弹簧一22，连接杆23的一端与移动柱21的侧面处相固定连接，连接杆23的另一端通过支架铰接有伸缩压板24，伸缩压板24的内部固定连接有弹性部件，连接板18的上表面处固定连接有固定板25，固定板25的端部滑动连接有滑杆26，滑杆26的一端固定连接有定位板27，定位板27的下端具有可伸缩性并与槽体的外表面处相贴合，滑杆26的另一端与连接杆23相正对，定位板27与固定板25的相对侧共同固定连接有弹簧二28。

更为具体的来说，在本实施例中：在实际使用时，当滑动件16向右移动的时候，如图8所示，此时会带动着移动框20向右移动，且由于移动柱21与L形槽19和移动框20的共同滑动性，从而能使得移动柱21先向右移动，当移动到横向末端的时候，此时移动柱21会沿着斜杆进行滑动，从而最终能使得移动柱21的先向右移动再向下移动，以此使得连接杆23和伸缩压板24先向右移动再向下移动，如图7所示，两个伸缩压板24先相对的运动，然后向下压着超导带材叠4的左右两端，与此同时随着连接杆23的横移会抵压着滑杆26进行移动，进而最终使得定位板27与超导带材叠4的左右两侧进行横向接触本方式具备了：

两个伸缩压板24的相对L形运动，能在初始的时候完整的漏出槽体，以供超导带材叠4进行放置，进而避免出现遮挡的情况，从而具备了优良的避让的效果，在运动后能对超导带材叠4进行竖向按压定位，因本高温超导结构具备的模块化多层结构，当一层子缆骨架5安装后在第二层子缆骨架5安装完毕后，配合着燕尾榫6才能起到对当层超导带材叠4进行锁定的作用，因此在实际的作业时，可能会出现超导带材叠4脱离槽体的情况，进而可能需要人为辅助作业或机械辅助配合的情况，从而安装效率可能不佳，本方式当超导带材叠4放入到槽体内并向下按压的时候，能预先对超导带材叠4进行横向的定位，使得超导带材叠4处于槽体的中心处，进而使得当层的超导带材叠4的分布均匀，且通过此种方式还能避免超导带材叠4在后续出现晃动的情况，起到了初步定位的效果，然后将超导带材叠4的两端向下按压，一方面对超导带材叠4进行竖向的定位，起到一定的拦截效果，避免超导带材叠4直接掉出槽体的情况，从而提高了装配效率，另一方面能使得超导带材叠4与槽体进行贴合，从而便于后续的多层模块化的子缆骨架5的安装，以及能使得超导带材叠4的端部与弯弧装的槽体表面进行贴合，从而本方式达到多重定位的效果，避免超导带材叠4在模块化装配的时候出现不稳定的情况，且操作较为便捷，实用性更佳。

实施例六

在上述实施例的基础上：

请参阅图1、图2、图3、图7、图8和图9，对实施例一中的锁定机构进行如下的公开，锁定机构包括：

两个固定柱29和两个半圆块35，固定柱29与移动块11的下端相正对，固定柱29的上表面处固定连接有固定杆30，半圆块35朝向固定柱29的一侧开设有嵌入槽36，固定杆30的端部与嵌入槽36的内壁处相固定连接，固定杆30的外表面处滑动连接有移动件31，移动件31呈两个圆台状部件的拼接结构，移动块11的侧面处固定连接有壳体32，壳体32的内壁处固定连接有弹簧三33，弹簧三33的端部固定连接有抵块34。

更为具体的来说，在本实施例中：当槽体上安装超导带材叠4，且需要对按压机构和传动部件进行锁定的时候，此时随着按压块10的下移，会使得移动块11插入至半圆块35内，并同步带动着抵块34进行下移，而抵块34的侧面斜面处与半圆块35的上表面的圆弧处进行抵压，从而会使得抵块34进行边下移边收缩，当抵块34与半圆块35的上表面处相远离的时候，此时弹簧三33释放弹性力，使得抵块34插入至半圆块35的下表面的横向平面处，从而在弹性伸缩杆12的弹性力作用下和平面相抵下达到了锁定稳定性，从而能将按压机构和传动部件进行稳定的锁住，避免该部件突然移动的情况，有助于使得超导带材叠4与弯弧状的槽体进行定位贴合和初步锁定，进而稳定性更佳，且在按压块10被下移按压后超导带材叠4会贴合在槽体内，并且在外侧的燕尾榫6压超导带材叠4的时候也不会使得解锁机构解锁的情况；

当需要对槽体内的超导带材叠4以及子缆骨架5进行拆卸的时候，使用者仅需向下继续按压一下超导带材叠4，会带动着按压块10继续下移一部分，从而使得抵块34继续下移，当抵块34的斜面处与移动件31的侧面处相抵压时，通过移动件31侧面的倾斜性会使得抵块34边下移边弹性收缩，当抵块34移动到移动件31的下端时，此时抵块34移动到末端，此时抵块34的上端与移动件31的下表面处抵压，进而此时没有作用力下，弹性伸缩杆12即刻释放弹性势能，从而带动着移动块11、抵块34和移动件31进行上移，当移动件31进入到嵌入槽36时，此时移动件31不能继续上移，进而随着抵块34的继续上移，会使得抵块34边上移边收缩，以达到解锁的目的；

因在实际的安装和使用的时候，需要将超导带材叠4与槽体之间进行安装或拆卸，进而本方式当需要对超导带材叠4与槽体进行安装前的定位时，仅需手动按压着超导带材叠4，即可达到对超导带材叠4的定位和初步按压锁定，使得超导带材叠4与弯弧状的槽体进行贴合，且在定位后进行保持，从而稳定性更佳，当需要将超导带材叠4与槽体进行拆卸调整的时候，此时仅需继续在按压一次超导带材叠4即可实现整体部件的解锁效果，无需复杂的部件即可达到优良的效果，有助于超导带材叠4在自场励磁时大幅降低垂直于带材超导面的磁场强度，提高临界电流。同时垂直磁通降低也有助于导体的低损耗运行；

其中由于子缆骨架5具有一定的长度，本按压机构、传动部件和锁定机构可间隔的进行设置，以保证后续的扭绞作业，在实际使用时，先将超导带材叠4对应的放置在槽体内，然后向下按压一下超导带材叠4，即可实现对超导带材叠4的中心定位和超导带材叠4与弯弧槽体的贴合。

工作原理：该基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体使用时，具有如下装配步骤：

S1：首先需要将超导带材叠4放入到对应的弯弧状槽体内，然后使用者在超导带材叠4上进行按压，进而可驱动按压机构进行运转，按压机构能带动着传动部件进行运行，从而能对超导带材叠4进行横向中心定位和竖向的按压定位防护，以避免超导带材叠4进行多层模块化安装中未使用燕尾榫6出现的脱离和掉落的情况，起到了定位防护作用；

S2：当按压机构被按压运转的时候，通过锁定机构能对传动部件进行锁定，当需要对传动部件进行解锁复位的时候，仅需在对应位置再向下按压一下超导带材叠4，即可完成对超导带材叠4的解锁；

S3：在最内层的子缆骨架5上的槽体处装入超导带材叠4完毕后，第二层的子缆骨架5环抱最内层的子缆骨架5，并安装燕尾榫6，固定第二层子缆骨架5的同时，燕尾榫6通过最内层的子缆骨架5上的的燕尾榫印记槽8压紧超导带材叠4；

S4：第二层的骨架燕尾榫安装孔7为四排正交垂直分布，其中两部分位于子缆骨架5的连接处，起到连接子缆骨架5与固定最内层超导带材叠4的双重作用，剩余的垂直的两排燕尾榫6用于压紧最内层剩余的两部分超导带材叠4；

S5：在第二层子缆骨架5安装好后，第三层子缆骨架5依旧分为两部分环抱包裹第二层子缆骨架5，燕尾榫6通过第三层子缆骨架5的骨架燕尾榫安装孔7落入第二层的燕尾榫印记槽8中，固定第二层超导带材叠4，同时另外两侧的骨架燕尾榫安装孔7固定剩余的第二层槽体中尚未压紧的超导带材叠4；

S6：第三层子缆骨架5在装配好超导带材叠4之后，外侧金属包套采用同样的方式来与其固定连接，外侧金属包套为两部分半圆金属管，加工四部分燕尾榫6安装孔位，使用同样的方式与内层超导带材叠4与第三层子缆骨架5连接并压紧，以形成超导子缆导体3；

S7：接着在超导子缆导体3端部使用扭矩电机，实现固定节距的扭绞，节距需确保带材自身应力与应变在合理范围内，同时燕尾榫6没有明显变形与溃缩；

S8：超导子缆导体3的多层结构装配好后，环绕在CICC导体的迫流冷却回路周围，形成CICC导体的基本结构，超导子缆导体3在与CICC导体的金属迫流冷却通道结合后经过二级扭绞，不锈钢带2对其表面进行花包处理，与外侧不锈钢铠甲1进行联合装配，不锈钢铠甲1采用两部分外方内圆的结构，在不锈钢铠甲1两侧加工有用于焊接的焊槽；

S9：由于超导带材叠4的长时间热处理温度不能高于200℃，且过高的温度梯度也会使子缆骨架5连接处产生较大的热应力，因此采用电子束焊接的方式来完成CICC导体最终的成型。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：包括：

四根超导子缆导体（3），四根所述超导子缆导体（3）在扭绞后通过不锈钢带（2）花包处理，所述不锈钢带（2）的外侧电子束焊接有不锈钢铠甲（1）；

所述超导子缆导体（3）包括：

三层子缆骨架（5）；

超导带材叠（4），所述子缆骨架（5）的外表面处开设有呈弯弧状的槽体，所述超导带材叠（4）安装在所述槽体内；

燕尾榫（6），所述超导带材叠（4）呈正交多层排列，通过所述燕尾榫（6）将三层子缆骨架（5）进行锁定，形成模块化装配体系。

2.根据权利要求1所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述槽体处设置有按压机构、传动部件和锁定机构；

当所述超导带材叠（4）压入所述槽体内时所述按压机构运转，带动所述传动部件运行，对所述超导带材叠（4）的横向位置和竖向位置进行定位，并使所述超导带材叠（4）与呈弯弧状的所述槽体进行贴合；

当所述按压机构运转时，所述锁定机构对所述按压机构进行锁定，当再次运转所述按压机构时，所述锁定机构对所述按压机构进行解锁；

所述燕尾榫（6）呈哑铃型结构，所述燕尾榫（6）的中心处开设有内螺纹槽，所述子缆骨架（5）的外表面处开设有骨架燕尾榫安装孔（7）和燕尾榫印记槽（8），通过螺栓将所述燕尾榫（6）与所述子缆骨架（5）进行锁定，所述子缆骨架（5）和所述燕尾榫（6）分别为半圆金属管和金属部件，所述燕尾榫（6）在装配时，穿过当层的所述子缆骨架（5）上的骨架燕尾榫安装孔（7）并落入至下层所述子缆骨架（5）上的燕尾榫印记槽（8）内。

3.根据权利要求2所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述超导带材叠（4）呈正交多层排列，相邻两层的所述超导带材叠（4）在分布时呈45°设置，最外层的所述超导带材叠（4）与最内层的所述超导带材叠（4）分布角度相同，所述超导带材叠（4）与所述槽体贴合，自场磁通与所述超导带材叠（4）的表面平行。

4.根据权利要求2所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述超导带材叠（4）采用第二代高温超导带材堆叠制成，由聚酰亚胺绝缘胶带半叠包对其进行绝缘处理，通过无氧铜丝缠绕对其进行包覆。

5.根据权利要求2所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述按压机构包括：

按压块（10），所述槽体的外表面处开设有供所述按压块（10）穿入且与所述按压块（10）相滑动连接的开口一，所述按压块（10）的下表面处固定连接有两个移动块（11）和弹性伸缩杆（12），两个所述移动块（11）的相对侧均开设有倾斜部（13），所述子缆骨架（5）的内部开设有多个安装腔（14），所述安装腔（14）的内壁处固定连接有两个限制件（15），所述限制件（15）的端部滑动连接有滑动件（16），所述滑动件（16）的一端固定连接有滑柱（17）；

所述传动部件包括：

连接板（18），所述连接板（18）的下端与所述安装腔（14）的内壁处相固定连接，所述连接板（18）的外表面处开设有L形槽（19），所述滑动件（16）的另一端固定连接有移动框（20），所述移动框（20）的内壁处固定连接有斜杆，所述斜杆的外表面处滑动连接有移动柱（21），所述移动柱（21）的端部与所述L形槽（19）的槽壁处相滑动，所述滑动件（16）与所述限制件（15）的相对侧共同固定连接有弹簧一（22）；

还包括连接部件；

所述连接部件包括：

两个连接杆（23），所述连接杆（23）的一端与所述移动柱（21）的侧面处相固定连接，所述连接杆（23）的另一端通过支架铰接有伸缩压板（24），所述伸缩压板（24）的内部固定连接有弹性部件，所述连接板（18）的上表面处固定连接有固定板（25），所述固定板（25）的端部滑动连接有滑杆（26），所述滑杆（26）的一端固定连接有定位板（27），所述定位板（27）的下端具有可伸缩性并与所述槽体的外表面处相贴合，所述滑杆（26）的另一端与所述连接杆（23）相正对，所述定位板（27）与所述固定板（25）的相对侧共同固定连接有弹簧二（28）。

6.根据权利要求5所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述锁定机构包括两个固定柱（29）和两个半圆块（35），所述固定柱（29）与所述移动块（11）的下端相正对，所述固定柱（29）的上表面处固定连接有固定杆（30）。

7.根据权利要求6所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述半圆块（35）朝向固定柱（29）的一侧开设有嵌入槽（36），所述固定杆（30）的端部与所述嵌入槽（36）的内壁处相固定连接。

8.根据权利要求7所述的基于模块化榫卯结构的多层正交组合高温超导导体，其特征在于：所述固定杆（30）的外表面处滑动连接有移动件（31），所述移动件（31）呈两个圆台状部件的拼接结构，所述移动块（11）的侧面处固定连接有壳体（32），所述壳体（32）的内壁处固定连接有弹簧三（33），所述弹簧三（33）的端部固定连接有抵块（34）。