CN1658343A - 高温超导线圈的加固装置及加固方法 - Google Patents

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赵祥
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李会东
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Abstract

本发明属于超导电工技术领域,具体涉及一种高温超导线圈的加固装置及加固方法。该高温超导线圈的加固装置,包括线圈骨架,线圈绕制在线圈骨架上,线圈外有环氧筒,线圈骨架两端分别有上端板和下端板。其加固方法包括以下步骤:①将线圈绕制在线圈骨架上;②将线圈进出引线由上端板的引线孔中引出,并将引线与上端板粘合;③将环氧筒卡于线圈上;④将“卡箍”在环氧筒上卡紧;⑤将玻璃丝带捆扎在环氧筒上;⑥干燥;⑦把“卡箍”从环氧筒上卸下;⑧将上、下端板分别置于线圈骨架两端并与其粘合在一起;⑨拉杆穿过上、下端板将线圈拉紧。本发明能够大大提高高温超导绕组的机械强度,不影响超导线圈的冷却效果,结构简单、紧凑且易于实施。

Description

高温超导线圈的加固装置及加固方法
技术领域
本发明属于超导电工技术领域,具体涉及一种高温超导线圈的加固装置及加固方法。
背景技术
目前的高温超导线圈主要通过Bi系高温超导带材Bi-2223来绕制。此外,也有用Bi系高温超导带材Bi-2212、Y系高温超导带材YBCO以及其它高温超导带材作为高温超导线圈的载流导体。由于这些高温超导带材有较高的临界温度,可以运行在液氮温区(77K)下而通过较高的电流密度,因此,使用高温超导带材绕制的高温超导线圈装置正在得到越来越广泛的应用。同时,由于第二类高温超导体主要为陶瓷材料,这就决定了其机械性能方面存在较大的缺陷,尽管有些超导带材公司开发了一些新的工艺来解决该问题,诸如美国超导公司推出的不锈钢加强复合高温超导带材,但其对于提高导线本身的机械强度是十分有限的,尤其是用于大电流强磁场装置或者是用于突发情况下会产生较大电磁力的装置时是远远不够的,这时,如何提高高温超导线圈的机械强度就是至关重要的。
众所周知,当载流导体处在外磁场中,将会受到电磁力的作用dF=I·dl×B,因此,在线圈中部的导线主要受到幅向力的作用;而在磁场比较发散的端部,导线不仅受到幅向力的作用,而且还受到轴向力的作用。图1为一个空心线圈的磁力线分布图,图2为线圈所受电磁力的示意图,图3a和图3b为典型双绕组变压器绕组受力图,图4为美国ASC公司纯银包套带材的归一临界电流随应力的变化图(Ic0=120A)。由图可见,当超导带材所受应力大于某一临界值后,其临界电流迅速下降。因此,如何有效的紧固高温超导绕组,提高其机械稳定性,使其在任何运行状况下带材所受的应力值均小于其临界应力值是非常关键的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有高温超导体的缺点,提供一种可有效的消除电磁力对高温超导线圈造成的破坏,大大提高高温超导绕组的机械强度,而且基本不影响线圈散热的高温超导线圈的加固装置及加固方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该高温超导线圈的加固装置,包括线圈骨架,线圈绕制在线圈骨架上,线圈外有环氧筒,线圈骨架两端分别有上端板和下端板,有拉杆穿过上端板和下端板。
该高温超导线圈的加固方法,包括以下步骤:①将线圈绕制在线圈骨架上;②将线圈的进出引线由上端板的引线孔中引出,并将引线与上端板粘合;③将环氧筒卡于线圈外表面上;④用“卡箍”在环氧筒外表面上将环氧筒卡紧;⑤将涂有低温胶的玻璃丝带捆扎在环氧筒外表面上;⑥干燥,使玻璃丝带上的低温胶完全固化;
⑦把“卡箍”从环氧筒外表面上卸下;⑧将上端板和下端板分别置于线圈骨架两端并与线圈骨架粘合在一起;⑨用拉杆穿过上端板和下端板将线圈沿轴向拉紧。
本发明结构简单、紧凑而且易于实施。
附图说明
以下结合实施例附图对本发明作进一步的详细描述。
图1为空心线圈的磁力线分布图图2为线圈所受电磁力的示意图图3a为双绕组变压器绕组受力图图3b为双绕组变压器绕组受力图图4为纯银包套带材的归一临界电流随应力的变化图图5为本发明实施例1的结构示意图图6为下端板的结构示意图图7为本发明实施例2的结构示意图图8为本发明实施例3中线圈骨架的结构示意图图9为本发明实施例3中环氧筒的结构示意图图中:1-上端板 2-下端板 3-环氧筒 4-线圈 5-线圈骨架6-拉杆 7-引线孔 8-玻璃丝带 9、14-冷却孔 10-环氧垫圈11-环氧薄板 12、13-撑条 15-圆孔 16-圆槽具体实施方式实施例1:
图5为本发明螺线管线圈的加固装置结构示意图。超导材料的线圈(4)绕制在线圈骨架(5)上,线圈骨架(5)采用环氧骨架,线圈外有环氧筒(3)。
为了确保线圈(4)内层导线的冷却效果,在线圈骨架(5)上钻有许多冷却孔(9),冷却孔(9)的大小以及数量根据线圈(4)的宽度以及线圈骨架(5)打了冷却孔(9)后的机械强度等因素决定,在不影响机械强度的前提下,冷却孔(9)越大、数量越多,则冷却效果越好。线圈(4)绕制完后,线圈(4)的进出引线由上端板(1)上的引线孔(7)引出,并用低温胶将引线与上端板(1)粘合在一起。然后将包含两个半圆环,其内径等于线圈(4)的外径的环氧筒(3)卡于线圈外表面上,环氧筒(3)上的冷却孔也要兼顾机械强度和冷却效果而定,其厚度要受机械强度以及装配间隙等因素的制约。环氧筒(3)装好以后,用几道不锈钢“卡箍”均匀的卡在环氧筒(3)上外表面卡紧,同时将涂有低温胶的玻璃丝带(8)捆绑在环氧筒(3)外表面上。不锈钢“卡箍”以及玻璃丝带(8)的绑扎条数及玻璃丝带(8)的宽度和缠绕厚度视线圈(4)的轴向高度、线圈(4)的直径以及线圈(4)在各种运行条件下的电磁力而定,随着超导线圈应用场合的不同以及装置大小的不同而有所不同。本实施例中,玻璃丝带的宽度为1~3cm,“卡箍”的数量为玻璃丝带(8)数量±1。玻璃丝带(8)绕好以后,在室温下干燥一段时间(大约10~20h),直到玻璃丝带(8)上的低温胶不再随自重流动,即低温胶完全固化,同时确保高温超导线不受高温破坏,最后在烘干炉中充分干燥,然后将线圈(4)上的“卡箍”卸下。在上端板(1)和下端板(2)里面留有1个圆槽,将线圈骨架(5)的两端分别插于上、下端板(1、2)上的圆槽(16)内,即上端板(1)、下端板(2)分别置于线圈骨架(5)两端并用低温胶与线圈骨架(5)粘合在一起。有拉杆(6)穿过上端板(1)和下端板(2)上的圆孔(15)将整个装置沿轴向拉紧。
实施例2:图7为本发明双饼式并联线圈的加固装置结构示意图。其装配方法同实施例1所述基本相同,不同的是在双饼式并联线圈(4)的进出线处有一环氧薄板(11)将线圈(4)压平,其厚度与环氧筒(3)的厚度相同,环氧薄板(11)上开有冷却孔(14)。每两个线圈(4)之间有环氧垫圈(10),环氧筒(3)为两个半圆环,其内径等于线圈(4)的外径,其弧度之和小于2π,环氧筒(3)上有冷却孔。
实施例3:图8为本发明线圈骨架(5)的结构示意图,图9为本发明环氧筒(3)的结构示意图。线圈骨架(5)上有撑条(12),线圈骨架(5)和线圈骨架(5)上的撑条(12)都为环氧树脂制成,撑条(12)可以是直接在线圈骨架(5)上加工而成,也可以是单独加工,而后“点胶”粘在线圈骨架(5)上,“点胶”的目的是避免在线圈骨架(5)和撑条(12)间留有空气隙而产生放电。图9中,环氧筒(3)和环氧筒(3)上的撑条(13)都是由环氧树脂制成,撑条(13)均匀分布在环氧筒(3)的内侧。撑条(12)和撑条(13)的外表面是圆弧状的,这样可以使其与线圈(4)充分接触,不至于产生应力集中。撑条(12)和撑条(13)的数目随线圈内外径,组成线圈的导线所受幅向力的大小而定,撑条(12)和撑条(13)要为线圈(4)提供足够多的支点,而不至使导线受力太大而发生弯曲变形以至损坏线圈(4)。线圈骨架(5)上的撑条(12)长度小于线圈骨架(5)的高度,这样在线圈骨架(5)的首尾两端各有一段(大约5~10mm)没有撑条,以便于将线圈骨架(5)插入上端板(1)和下端板(2)中。这样,这种由撑条(12)组成的冷却通道与冷却孔相比,冷却效果更佳。本实施例中其余的结构与实施例1中相同。
本发明能够大大提高高温超导绕组的机械强度,基本上不影响超导线圈的冷却效果,结构简单、紧凑而且易于实施。

Claims (10)

1.一种高温超导线圈的加固装置,包括线圈骨架(5),线圈(4)绕制在线圈骨架(5)上,其特征在于线圈(4)外有环氧筒(3),线圈骨架(5)两端分别有上端板(1)和下端板(2)。
2.根据权利要求1所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于有拉杆(6)穿过上端板(1)和下端板(2)。
3.根据权利要求1或2所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于有玻璃丝带(8)捆绑在环氧筒(3)的外表面上。
4.根据权利要求1或2所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于环氧筒(3)为两个半圆环,其内径等于线圈(4)的外径。
5.根据权利要求4所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于环氧筒(3)上可以有冷却孔或撑条(13)。
6.根据权利要求1或2所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于线圈骨架(5)上可以有冷却孔(9)或撑条(12)。
7.根据权利要求1所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于上端板(1)上有引线孔(7)。
8.根据权利要求1所述的高温超导线圈的加固装置,其特征在于线圈(4)之间可以有环氧垫圈(10)。
9.一种高温超导线圈的加固方法,其特征在于包括以下步骤:①将线圈(4)绕制在线圈骨架(5)上;②将线圈(4)的进出引线由上端板(1)的引线孔(7)中引出,并将引线与上端板(1)粘合;③将环氧筒(3)卡于线圈(4)外表面上;④用“卡箍”在环氧筒(3)外表面上将环氧筒卡紧;⑤将涂有低温胶的玻璃丝带(8)捆扎在环氧筒(3)外表面上;⑥干燥,使玻璃丝带(8)上的低温胶完全固化;⑦把“卡箍”从环氧筒(3)外表面上卸下;⑧将上端板(1)和下端板(2)分别置于线圈骨架(5)两端并与线圈骨架(5)粘合在一起;⑨用拉杆(6)穿过上端板(1)和下端板(2)将线圈(4)沿轴向拉紧。
10.根据权利要求9所述的高温超导线圈的加固方法,其特征在于干燥是在室温下干燥一段时间,直到玻璃丝带(8)上的低温胶不再随自重流动,再在烘干炉中充分干燥。
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