CN214377845U - 一种基于rebco的超导储能磁体 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于REBCO的超导储能磁体，包括：超导片，所述超导片采用REBCO材料，所述超导片上设置有第一通孔，所述超导片至少设置有一个；绝缘片，所述绝缘片上设置有第二通孔，所述第二通孔在沿着超导储能磁体轴线方向上与第一通孔相对齐，所述绝缘片至少设置有两个，所述绝缘片与超导片相间叠加设置，所述绝缘片用于分隔相邻超导片；热开关，所述热开关包括第一加热及第二加热，所述第一加热及第二加热分别与超导片侧边及中心部相连接，所述热开关用于为超导片加热；磁通泵，所述磁通泵包括电源及螺管线圈，所述电源与螺管线圈电性连接，所述螺管线圈贯穿第一通孔及第二通孔设置，且所述螺管线圈与第一通孔及第二通孔的轴线相重合。

Description

一种基于REBCO的超导储能磁体

技术领域：

本申请涉及能量储存设备技术领域，尤其涉及一种基于REBCO的超导储能磁体。

背景技术：

目前的能源领域中，加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，推动新能源装机快速发展是明显趋势，但是随着新能源装机规模的不断增加，其输出的随机波动性给电力系统的功率平衡带来了巨大的调峰压力，也成为制约高比例新能源消纳的主要因素。故伴随着可再生能源的迅猛发展也给电网的安全性和稳定性带来越来越严重的挑战，而储能系统是提高电网安全性和稳定性的有效途径，储能技术应用于可再生能源发电，可以通过能量的快速充放电来频繁的响应输出功率的波动，减轻对电网的负面影响；储能技术的最大特点是可以通过储能系统帮助新能源输出稳定的电力。可通过削峰填谷不仅可以平滑新能源电力的输出，提升电网运行效率，这对保证电网的正常工作及安全性具有重要意义。在目前的REBCO超导储能领域中，REBCO超导储能材料采用带状结构，通过绕制带材成双饼式或螺管式结构来制备超导磁体，但是由于REBCO超导储能材料焊接工艺不成熟，无法实现无阻焊接，不能实现有效的超导闭环运行。

因此，本领域亟需一种基于REBCO的超导储能磁体。

有鉴于此，提出本申请。

实用新型内容：

本申请的目的在于提供一种能够减少焊点且能够实现超导闭环的基于REBCO的超导储能磁体，以解决现有技术中的至少一项技术问题。

具体的，本申请提供了一种基于REBCO的超导储能磁体，所述超导储能磁体包括：

超导片，所述超导片采用REBCO材料，所述超导片上设置有第一通孔，所述超导片至少设置有一个；

绝缘片，所述绝缘片上设置有第二通孔，所述第二通孔在沿着超导储能磁体轴线方向上与第一通孔相对齐，所述绝缘片至少设置有两个，所述绝缘片与超导片相间叠加设置，所述绝缘片用于分隔相邻超导片；

热开关，所述热开关包括第一加热及第二加热，所述第一加热及第二加热分别与超导片侧边及中心部相连接，所述热开关用于为超导片加热；

磁通泵，所述磁通泵包括电源及螺管线圈，所述电源与螺管线圈电性连接，所述螺管线圈贯穿第一通孔及第二通孔设置，且所述螺管线圈与第一通孔及第二通孔的轴线相重合。

采用上述结构，首先，能够充分利用REBCO材料的特性，实现超导储能，其次，超导片与绝缘片交互堆叠的结构，优化了制备工艺，去除了绕制环节，且无需焊接，其三，采用热开关技术配合磁通泵实现励磁，无需电源和电流引线，可以实现无阻闭环运行，使本申请整体具有制造方便，结构简单、紧凑，储能密度大，励磁效率高的优点。

优选地，所述第一通孔设置在超导片的较长方向上的轴线上，所述第二通孔设置在绝缘片的较长方向上的轴线上。

进一步地，所述超导片上第一通孔设置有多个，所述绝缘片上第二通孔设置有多个，所述第一通孔与第二通孔的数量相同。

进一步地，所述第二加热穿过第二通孔与第一通孔侧壁相连接，且所述第一加热将所有绝缘片的对应侧边串联连接，所述第二加热将所有绝缘片上对应的中心部串联连接。

进一步地，所述螺管线圈贯穿设置在第一加热及第二加热与超导片连接位置间的第一通孔及对应第二通孔中。

采用上述结构，本申请能够充分利用开关技术控制励磁通路的通断，进而使超导磁体实现磁通泵励磁，无需电流引线和焊接，超导储能磁体的结构更加紧凑，没有漏热，降低功率损耗和运行成本。

优选地，所述超导片上第一通孔设置有两个，且两个第一通孔离超导片较短方向上轴线的距离相等，所述绝缘片上第二通孔设置有两个。

进一步地，所述第一加热与绝缘片的侧边相连接，所述第二加热与靠近第一加热连接侧边的第一通孔内壁上，远离第一加热连接侧边的一侧相连接，且所述第一加热将所有绝缘片的对应侧边串联连接，所述第二加热将所有绝缘片的对应第一通孔内壁串联连接。

进一步地，所述螺管线圈贯穿设置在第二加热连接的第一通孔及对应的第二通孔中。

采用上述结构，能够实现对超导储能磁体的励磁，实际工作时，首先给距离超导磁体宽度方向中轴线较远的热开关通入高电平，距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关通入低电平，再由脉冲电源给磁通泵线圈通入上升沿电流，待磁通泵线圈中电流稳定后，保持磁通泵线圈中电流大小不变，将距离超导磁体宽度方向中轴线较远的热开关切换为低电平，并将距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关切换为高电平，再由脉冲电源给磁通泵线圈通入下降沿电流直至磁通泵线圈中电流降为0。最后将距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关切换为低电平，实现励磁工作。

优选地，所述超导储能磁体还包括法兰，所述法兰设置在超导储能磁体上下两侧，且所述法兰上设置有第三通孔，所述第三通孔与第一通孔及第二通孔相配合，所述螺管线圈贯穿设置在第一通孔、第二通孔及第三通孔中，且螺管线圈两端继续向超导储能磁铁上下两侧延伸，所述第三通孔也用于容纳热开关与超导片连接的导线。

进一步地，所述法兰还包括连接拉杆，所述连接拉杆连接超导储能磁体上下两侧的法兰。

进一步地，所述超导片及绝缘片在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影，落入法兰在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影内。

采用上述结构，能够稳定超导片与绝缘片间叠加的稳定性，且便于超导储能磁体与外界相连接，还能够保证超导片及绝缘片能够置于法兰内，提升超导储能磁体的使用安全性。

优选地，所述螺管线圈能够贯穿至超导储能磁体两侧。

进一步地，所述螺管线圈为采用空心螺管结构的线圈。

进一步地，所述磁通泵的电源采用脉冲电源。

采用上述结构，能够便于脉冲电源与螺管线圈相连接。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.本申请能够充分利用REBCO材料的特性，实现超导储能；

2.本申请的超导片与绝缘片交互堆叠的结构，优化了制备工艺，去除了绕制环节，且无需焊接；

3.本申请采用热开关技术配合磁通泵实现励磁，无需电源和电流引线，可以实现无阻闭环运行，使本申请整体具有制造方便，结构简单、紧凑，储能密度大，励磁效率高的优点；

4.本申请能够充分利用开关技术控制励磁通路的通断，进而使超导磁体实现磁通泵励磁，无需电流引线和焊接，超导储能磁体的结构更加紧凑，没有漏热，降低功率损耗和运行成本。

附图说明：

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，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为本申请基于REBCO的超导储能磁体一种实施方式的立体图；

图2为本申请的超导片一种实施方式的立体图；

图3为本申请的绝缘片及超导片一种实施方式的立体图。

附图标记说明：

通过上述附图标记说明，结合本申请的实施例，可以更加清楚的理解和说明本申请的技术方案。

1、超导片；11、第一通孔；2、绝缘片；21、第二通孔；31、第一加热；32、第二加热；4、磁通泵；41、电源；42、螺管线圈；5、法兰；51、第三通孔；52、连接拉杆。

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本申请进行详细描述。

如图1-图3所示，本申请提供了一种基于REBCO的超导储能磁体，所述基于REBCO的超导储能磁体包括：超导片1，所述超导片1采用REBCO材料，所述超导片1上设置有第一通孔11，所述超导片1至少设置有一个；绝缘片2，所述绝缘片2上设置有第二通孔21，所述第二通孔21在沿着超导储能磁体轴线方向上与第一通孔11相对齐，所述绝缘片2至少设置有两个，所述绝缘片2与超导片1相间叠加设置，所述绝缘片2用于分隔相邻超导片1；热开关，所述热开关包括第一加热31及第二加热32，所述第一加热31及第二加热32分别与超导片1侧边及中心部相连接，所述热开关用于为超导片1加热；磁通泵4，所述磁通泵 4包括电源41及螺管线圈42，所述电源41与螺管线圈42电性连接，所述螺管线圈42贯穿第一通孔11及第二通孔21设置，且所述螺管线圈42与第一通孔11及第二通孔21的轴线相重合。

采用上述结构，首先，能够充分利用REBCO材料的特性，实现超导储能，其次，超导片1与绝缘片2交互堆叠的结构，优化了制备工艺，去除了绕制环节，且无需焊接，其三，采用热开关技术配合磁通泵4实现励磁，无需电源41和电流引线，可以实现无阻闭环运行，使本申请整体具有制造方便，结构简单、紧凑，储能密度大，励磁效率高的优点。

在本申请的一些优选实施方式中，所述绝缘片2采用PPLP绝缘材料、有机绝缘薄膜、牛皮纸、环氧薄片中的一种或几种。

在本申请的一些优选实施方式中，所述热开关包括独立电源41。

如图1-图3所示，所述第一通孔11设置在超导片1的较长方向上的轴线上，所述第二通孔21设置在绝缘片2的较长方向上的轴线上，所述超导片1上第一通孔11设置有多个，所述绝缘片2上第二通孔21设置有多个，所述第一通孔11与第二通孔21的数量相同，所述第二加热32穿过第二通孔21与第一通孔11侧壁相连接，且所述第一加热31将所有绝缘片2的对应侧边串联连接，所述第二加热32将所有绝缘片2的对应中心部串联连接，所述螺管线圈42贯穿设置在第一加热31及第二加热32与超导片1连接位置间的第一通孔11 及对应第二通孔21中。

采用上述结构，本申请能够充分利用开关技术控制励磁通路的通断，进而使超导磁体实现磁通泵4励磁，无需电流引线和焊接，超导储能磁体的结构更加紧凑，没有漏热，降低功率损耗和运行成本。

在本申请的一些优选实施方式中，所述第一加热31及第二加热32通过贴片电阻或者锰铜丝与超导片1电性连接。

在本申请的一些优选实施方式中，如图1-图3所示，所述超导片1上第一通孔11设置有两个，且两个第一通孔11离超导片1较短方向上轴线的距离相等，所述绝缘片2上第二通孔21设置有两个，所述第一加热31与绝缘片2的侧边相连接，所述第二加热32与靠近第一加热31连接侧边的第一通孔11内壁上，远离第一加热31连接侧边的一侧相连接，且所述第一加热31将所有绝缘片2的对应侧边串联连接，所述第二加热32将所有绝缘片2 的对应第一通孔11内壁串联连接，所述螺管线圈42贯穿设置在第二加热32连接的的第一通孔11及对应的第二通孔21中。

采用上述结构，能够实现对超导储能磁体的励磁，实际工作时，首先给距离超导磁体宽度方向中轴线较远的热开关通入高电平，距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关通入低电平，再由脉冲电源41给磁通泵4线圈通入上升沿电流，待磁通泵4线圈中电流稳定后，保持磁通泵4线圈中电流大小不变，将距离超导磁体宽度方向中轴线较远的热开关切换为低电平，并将距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关切换为高电平，再由脉冲电源41给磁通泵4线圈通入下降沿电流直至磁通泵4线圈中电流降为0。最后将距离超导磁体宽度方向中轴线较近的热开关切换为低电平，实现励磁工作。

如图1-图3所示，所述基于REBCO的超导储能磁体还包括法兰5，所述法兰5设置在超导储能磁体上下两侧，且所述法兰5上设置有第三通孔51，所述第三通孔51与第一通孔11及第二通孔21相配合，所述螺管线圈42贯穿设置在第一通孔11、第二通孔21及第三通孔51中，且螺管线圈42两端继续向超导储能磁铁上下两侧延伸，所述第三通孔51也用于容纳热开关与超导片1的连接导线，所述法兰5还包括连接拉杆52，所述连接拉杆52连接超导储能磁体上下两侧的法兰5，所述超导片1及绝缘片2在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影，落入法兰5在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影内。采用上述结构，能够稳定超导片1与绝缘片2间叠加的稳定性，且便于超导储能磁体与外界相连接，还能够保证超导片1及绝缘片2能够置于法兰5内，提升超导储能磁体的使用安全性。

如图3所示，所述螺管线圈42能够贯穿至超导储能磁体两侧，所述螺管线圈42为采用空心螺管结构的线圈，所述磁通泵4的电源41采用脉冲电源41。采用上述结构，能够便于脉冲电源41与螺管线圈42相连接。

在本申请的一些优选实施方式中，所述第一通孔11、第二通孔21、第三通孔51采用圆形、椭圆形、半圆形、正八边形、正方形的一种或几种。

综上所述，本申请能够充分利用REBCO材料的特性，实现超导储能；本申请的超导片1 与绝缘片2交互堆叠的结构，优化了制备工艺，去除了绕制环节，且无需焊接；本申请采用热开关技术配合磁通泵4实现励磁，无需电源41和电流引线，可以实现无阻闭环运行，使本申请整体具有制造方便，结构简单、紧凑，储能密度大，励磁效率高的优点；本申请能够充分利用开关技术控制励磁通路的通断，进而使超导磁体实现磁通泵4励磁，无需电流引线和焊接，超导储能磁体的结构更加紧凑，没有漏热，降低功率损耗和运行成本。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述超导储能磁体包括：

超导片(1)，所述超导片(1)采用REBCO材料，所述超导片(1)上设置有第一通孔(11)，所述超导片(1)至少设置有一个；

绝缘片(2)，所述绝缘片(2)上设置有第二通孔(21)，所述第二通孔(21)在沿着超导储能磁体轴线方向上与第一通孔(11)相对齐，所述绝缘片(2)至少设置有两个，所述绝缘片(2)与超导片(1)相间叠加设置，所述绝缘片(2)用于分隔相邻超导片(1)；

热开关，所述热开关包括第一加热(31)及第二加热(32)，所述第一加热(31)及第二加热(32)分别与超导片(1)侧边及中心部相连接，所述热开关用于为超导片(1)加热；

磁通泵(4)，所述磁通泵(4)包括电源(41)及螺管线圈(42)，所述电源(41)与螺管线圈(42)电性连接，所述螺管线圈(42)贯穿第一通孔(11)及第二通孔(21)设置，且所述螺管线圈(42)与第一通孔(11)及第二通孔(21)的轴线相重合。

2.根据权利要求1所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述第一通孔(11)设置在超导片(1)的较长方向上的轴线上，所述第二通孔(21)设置在绝缘片(2)的较长方向上的轴线上。

3.根据权利要求2所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述超导片(1)上第一通孔(11)设置有多个，所述绝缘片(2)上第二通孔(21)设置有多个，所述第一通孔(11)与第二通孔(21)的数量相同。

4.根据权利要求3所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述第二加热(32)穿过第二通孔(21)与第一通孔(11)侧壁相连接，且所述第一加热(31)将所有绝缘片(2)的对应侧边串联连接，所述第二加热(32)将所有绝缘片(2)上对应的中心部串联连接。

5.根据权利要求4所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述螺管线圈(42)贯穿设置在第一加热(31)及第二加热(32)与超导片(1)连接位置间的第一通孔(11)及对应第二通孔(21)中。

6.根据权利要求5所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述超导片(1)上第一通孔(11)设置有两个，且两个第一通孔(11)离超导片(1)较短方向上轴线的距离相等，所述绝缘片(2)上第二通孔(21)设置有两个。

7.根据权利要求6所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述第一加热(31)与绝缘片(2)的侧边相连接，所述第二加热(32)与靠近第一加热(31)连接侧边的第一通孔(11)内壁上，远离第一加热(31)连接侧边的一侧相连接，且所述第一加热(31)将所有绝缘片(2)的对应侧边串联连接，所述第二加热(32)将所有绝缘片(2)的对应第一通孔(11)内壁串联连接。

8.根据权利要求7所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述螺管线圈(42)贯穿设置在第二加热(32)连接的第一通孔(11)及对应的第二通孔(21)中。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述超导储能磁体还包括法兰(5)，所述法兰(5)设置在超导储能磁体上下两侧，且所述法兰(5)上设置有第三通孔(51)，所述第三通孔(51)与第一通孔(11)及第二通孔(21)相配合，所述螺管线圈(42)贯穿设置在第一通孔(11)、第二通孔(21)及第三通孔(51)中，且螺管线圈(42)两端继续向超导储能磁铁上下两侧延伸。

10.根据权利要求9所述的基于REBCO的超导储能磁体，其特征在于，所述超导片(1)及绝缘片(2)在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影，落入法兰(5)在垂直于超导储能磁体轴线平面上的投影内。

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