CN208157149U - 高温超导带材装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高温超导带材装置，包括超导机构以及包裹在超导机构外侧的壳体；超导机构包括多个超导单元；超导单元包括多条超导带材。本实用新型可根据需要，编织成任意大小。带材的长度基本不受限制，因此经过编织或堆叠可以得到任意大小的形状，可以满足大尺寸应用场合。编织带材柔韧性较好，机械强度较高。由于编织工艺的采用，编织带材相比于单根带材机械强度更高，更不容易发生断裂、弯折等损坏。编织后，可以通过裁剪、堆叠做成任意形状的悬浮模块，悬浮力分布更加均匀，使磁悬浮装置的设计与应用过程大大简化。超导块材的捕获磁场会受到块材尺寸的影响，但编织或堆叠带材的捕获磁场能力可通过改变厚度而任意调节。

Description

高温超导带材装置

技术领域

本实用新型涉及光学领域，更具体地，本实用新型涉及一种高温超导带材装置。

背景技术

1908年，荷兰莱顿(Leiden)大学的教授Kamerlingh Onnes在经过多次试验之后，成功将氦气(He)液化，也标志着人类可以得到的最低温度已经可达4.2K。三年之后，Onnes教授又发现汞(Hg)在液氮温度条件下，电阻突降为零。这标志着，超导现象和超导技术从此步入人类科学研究的历史。随后，Onnes教授进行了后续的实验，证实在4.2K温度下，汞的电阻率约为10^-23Ω·cm，可以视为零。随后，科学家和研究者们对超导现象展开了研究，超导体的很多其他特性相继被发现。

零电阻特性。即超导体处于超导态时，电阻为零的特性。随着温度的逐渐下降，超导体在某一温度会突然失去电阻，这一温度称为超导体的临界温度，用Tc表示。

迈斯纳效应。即超导体的的完全抗磁性。超导体只要进入超导态，无论有没有外加磁场，超导体内部的磁场都为零。这一特性由德国物理学家迈斯纳和奥克森菲尔德于1933年发现。迈纳斯效应表明，处于超导态的超导体内部的磁感应强度B必须等于零。因此，综合①中的零电阻特性，导体只有同时具备了电阻率为零和磁感应强度为零两个条件，才认为导体进入了超导态，二者缺一不可。

临界温度。如①中的描述，对于汞(Hg)来说，其临界温度(Tc)为4.2K。后续试验表明，多种金属元素单质及化合物都有各自的临界温度Tc。Tc是一个物质常数，每一种材料在同样的其他条件下都有确定的值。1986年，人们进入了高温超导技术的阶段。朱经武等和赵忠贤等分别研制出YBCO高温超导体，临界温度达90K，可以应用液氮制冷。目前，传统的金属、合金等超导体称为传统超导体，而YBCO这种氧化物陶瓷材料称为高温超导体。

临界磁场。超导体在一定的外磁场作用下会失去超导电性，该磁场称为超导体的临界磁场，用Hc来表示。

临界电流。超导体在通过的电流到达一定值的时候，也会失去超导特性。使超导体失去超导特性的电流称为超导体的临界电流，用Ic表示。临界电流同样是温度的函数。对此，西尔斯比提出，这种由电流引起的超导-正常态转变这是磁致转变的特殊情况，即电流之所以能破坏超导电性，纯粹是由其所产生的磁场(自场)而引起的。当超导体中通入的电流大小等于Ic时，该电流在超导体表面产生的磁场恰好等于该超导体的临界磁场。

YBCO超导块材在永磁体上方磁化后即可实现稳定磁悬浮。首先在常温下将超导体置于永磁体上方，在超导体冷却之前，超导体处于正常态，磁场可以自由的穿过超导体。当超导体逐渐冷却进入超导态之后，由于超导体内部存在很多钉扎中心，超导体中的磁场将以磁通量子的形式被冻结在超导体中。尽管此时超导体内部的磁场分布与冷却前略有不同，但是它基本不影响超导体外部的磁场分布。场冷后的超导体，在相对于永磁运动之前，超导体内部不会产生感应电流。另外，超导体在外磁场中受到的磁力来源于超导体内部感应电流与外磁场间的相互作用。因此，超导体在初始场冷位置不会受到磁力作用。此时如果释放超导体，由于重力作用，超导体将向永磁体靠近，超导体内部将产生感应电流，超导体与永磁体之间的相互作用力表现为斥力(悬浮力)，但是由于斥力小于重力，超导体将继续向永磁体靠近，直到斥力与重力相互平衡。同时，场冷超导体的内部俘获磁通将保证超导体的侧向稳定性，从而经过场冷的超导体能稳定的悬浮在超导体的上方，不需要其他任何的控制系统。场冷后的高温超导体类似于一个固定在弹簧上的物体，同时具有很好的垂向和侧向稳定性。

1)超导块材体积有限

YBCO块材的制备受到的限制，目前只能生产出直径不大于50mm的圆饼形块材。虽然超导块材可以提供的悬浮力较大，但是对于磁悬浮列车等应用场合来说，目前生产出来的块材体积还是太小。能提供的悬浮力也十分有限。

2)超导块材机械强度有限

由于超导材固有特性，以及生产工艺的限制，YBCO超导块材的机械特性不尽如人意，这使得它的应用场合受到限制，尤其是直径较大的超导块材，不仅质量较大，而且易碎。很多机械振动较为剧烈的场合无法应用超导块材。

3)超导块材形状固定

受生产工艺所限，目前生产出来的超导块材都为规则的圆饼形状，并且尺寸较小。如果设备尺寸较大，只能采用多个块材圆饼排布的方法来尽量使悬浮力均匀。但是圆饼形的几何形状无论如何让排布，相邻的块材之间仍会有较大缝隙，对于悬浮力的均匀分布影响较大。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的在于提出了一种解决上述技术问题的高温超导带材装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高温超导带材装置，包括超导机构以及包裹在所述超导机构外侧的壳体；其中所述超导机构包括多个超导单元；所述超导单元包括多条超导带材。

优选地，所述超导单元由多条所述超导带材编织形成网状结构。

优选地，所述超导单元由多条所述超导带材堆叠而成。

优选地，所述超导机构由多个超导单元堆叠而成。

优选地，所述壳体的材质为焊锡或低温灌封胶。

一种高温超导带材装置的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，将多条超导带材制作成超导单元；

步骤2，将多个超导单元堆叠成超导机构；

步骤3，将超导机构冷却至超导态；

步骤4，对超导机构进行封装。

优选地，步骤3中，在背景磁场下将超导机构由常导态冷却至超导态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1)可根据需要，编织成任意大小。由于带材生产工艺较为成熟，带材的长度基本不受限制，因此经过编织或堆叠可以得到任意大小的形状，可以满足大尺寸应用场合。

2)编织带材柔韧性较好，机械强度较高。由于编织工艺的采用，编织带材相比于单根带材机械强度更高，更不容易发生断裂、弯折等损坏。

3)编织后，可以通过裁剪、堆叠做成任意形状的悬浮模块，悬浮力分布更加均匀，使磁悬浮装置的设计与应用过程大大简化。

4)超导块材的捕获磁场会受到块材尺寸的影响，但编织或堆叠带材的捕获磁场能力可通过改变厚度而任意调节。

5)编织或堆叠带材的捕获磁场波形相比于超导块材更加均匀且可调。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本实用新型高温超导带材装置超导带材网状编织形式结构示意图；

图2为本实用新型高温超导带材装置超导带材堆叠形式结构示意图；

图3为本实用新型高温超导带材装置内部结构示意图。

图中：

1-超导带材 2-超导单元 3-超导机构

4-壳体

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型通过将高温超导带材1以网状编织或堆叠的形式，经过场冷后实现在永磁上的悬浮，其悬浮原理及其悬浮效果与高温超导块材悬浮类似，但克服了传统高温超导块材悬浮的缺点。

如图1～图3所示，高温超导带材装置的制作方法包括：首先，将高温超导带材1裁成若干段后进行网状编织，形成扁平的超导带材1织面形成超导单元2，或仅将超导带材1平铺成平面后进行堆叠形成超导单元2。

其次，将编织或堆叠好的超导单元2在背景磁场下由常导态冷却至超导态，此时由于超导带材1内部存在很多钉扎中心，超导带材1中的磁场将以磁通量子的形式被冻结在超导带材1内。尽管此时超导带材1内部的磁场分布与冷却前略有不同，但是它基本不影响超导带材1外部的磁场分布。

最后，将网状编织形式或平铺堆叠形式的超导单元2进行重叠以增加厚度形成超导机构3，使得其捕获磁场能力得到加强以提供更大的悬浮力。同时用焊锡或低温灌封胶对超导机构3进行封装，形成包裹在其外侧的壳体4，提高其机械性能。

高温超导带材装置采用上述的高温超导带材装置的制作方法制作。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (5)

1.一种高温超导带材装置，其特征在于，包括超导机构以及包裹在所述超导机构外侧的壳体；其中

超导机构包括多个超导单元；

超导单元包括多条超导带材。

2.根据权利要求1的所述高温超导带材装置，其特征在于，超导单元由多条超导带材编织形成网状结构。

3.根据权利要求1的所述高温超导带材装置，其特征在于，超导单元由多条超导带材堆叠而成。

4.根据权利要求1、2或3所述的高温超导带材装置，其特征在于，超导机构由多个超导单元堆叠而成。

5.根据权利要求1所述的高温超导带材装置，其特征在于，壳体的材质为焊锡或低温灌封胶。