CN216793408U - 一种高温超导磁体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温超导磁体，包括真空杜瓦、插入真空杜瓦的制冷机、设置于真空杜瓦内的导冷组件和设置在导冷组件上的高温超导线圈，制冷机通过导冷组件对高温超导线圈进行冷却，导冷组件包括均为刚性的一级导冷件和二级导冷件；一级导冷件的一端与制冷机固定连接，另一端与二级导冷件部分重叠连接；高温超导线圈设置于二级导冷件上。本实用新型保温容器为真空杜瓦，保温容器结构简单，安装便捷；且导冷组件均为片状刚性，安装和运行结构稳固，导冷效率高，制冷机通过导冷组件导冷至高温超导线圈，无需液氮导冷，降低了维护成本；另外高温超导线圈与其他部件间彼此绝缘，保证高温超导磁体工作安全稳定。

Description

一种高温超导磁体

技术领域

本实用新型涉及超导磁体领域，尤其涉及一种高温超导磁体。

背景技术

超导磁体，主要特点是无导线电阻产生的电损耗，也没有因铁芯存在而产生的磁损耗，在医疗设备和高能物理领域具有很强的实用价值。目前高温超导磁体已逐渐成为热门，其具有较高的临界温度和电流传输能力，应用前景广阔，但其需要在低温环境下才能运行工作。

根据公开号为CN213519428U的实用新型专利公开了一种超导磁体，其在制冷机条件下对超导线圈冷却降温，除冷却目标件、导冷组件和制冷机外，其导冷组件包括刚性的第一导冷件和柔性的第二导冷件，另外容器还需要冷屏、冷屏导冷件、外真空容器、防辐射漏热屏和防辐射漏热罩，其结构较为复杂，容器成本较高。

发明内容

为了克服上述装置的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高温超导磁体，制冷机通过导冷组件对放置在其中的绝缘处理高温超导线圈进行冷却，高温超导线圈处于稳定的低温状态且始终与导冷件绝缘，结构更简洁，同时降低高温超导磁体整体运行成本。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种高温超导磁体，包括真空杜瓦(1)、插入所述真空杜瓦(1)的制冷机(2)、设置于真空杜瓦(1)内的导冷组件(3)和设置在所述导冷组件(3)上的高温超导线圈(4)，所述制冷机(2)通过所述导冷组件(3)对所述高温超导线圈(4)进行冷却，所述导冷组件(3)包括均为刚性的一级导冷件(31)和二级导冷件(32)；所述一级导冷件(31)的一端与所述制冷机(2)固定连接，另一端与所述二级导冷件(32)部分重叠连接；所述高温超导线圈(4)与所述二级导冷件(32)接触。

进一步，所述二级导冷件(32)包括两个相同结构的单元件，两个单元件平行相对连接于所述一级导冷件(31)上，所述高温超导线圈(4)位于两个二级导冷单元之间，并与两个二级导冷单元分别贴合；所述高温超导线圈(4)通过穿过两个单元件的固定件(5)固定。

进一步，所述固定件(5)上设置有垫片(6)，所述垫片(6)位于两个所述二级导冷件(32)之间；所述垫片(6)的厚度等于所述高温超导线圈(4)的厚度。

进一步，所述固定件(5)为螺栓结构；所述垫片(6)是聚酯垫片。

进一步，所述二级导冷件(32)的两个单元件表面依次覆盖有导热硅脂层和聚酰亚胺层；所述高温超导线圈(4)的线圈表面覆盖导热硅脂层。

进一步，所述高温超导线圈(4)由超导带材围绕而成，其首尾两端覆盖有聚酰亚胺层，并通过金属压片(7)固定于所述二级导冷件(32)上。

进一步，所述一级导冷件(31)和二级导冷件(32)重叠连接处设有导冷材料填充层。

进一步，所述制冷机(2)是G-M循环型制冷机(2)。

进一步，所述一级导冷件(31)与二级导冷件(32)部分重叠处设有若干通孔，所述二级导冷件(32)通过若干螺栓对应穿过所述通孔，固定于所述一级导冷件(31)上。

进一步，所述二级导冷件(32)与所述一级导冷件(31)均为方形片状，所述二级导冷件(32)与所述一级导冷件(31)垂直。

相比于现有技术，本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型与现有技术相比，其一级导冷件和二级导冷件均为刚性片状材质，在导冷件连接处设置导冷填充材料层，既可以保证导冷件间充分接触，促进导冷，其结构稳定，还可以降低对导冷件的要求，并且无需液氮等制冷剂创造低温环境，可长时间不间断稳定工作，提高了高温超导磁体的可靠性。

进一步，其中的高温超导线圈表面设置了避免其与导冷件短路的绝缘层，且保温容器为真空杜瓦，保温容器数量减少为1个，体积更小，结构更简单，组装更便捷，使得高温超导磁体整体工作更安全稳定，同时降低整体制造成本和组装成本。

本实用新型在制冷机作用下通过导冷组件向绝缘处理的高温超导线圈导冷，真空杜瓦内无需液氮，可提供稳定的低温环境，成本较低，适用于更多高温超导磁体的应用领域，同时也促进低温设备在医疗设备和高能物理等工程应用领域的更加深入的应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种高温超导磁体的一实施方案的整体剖面示意图。

图2为本实用新型提供的一种高温超导磁体的一实施方案的局部示意图。

图3为图2的正视图。

图4为图2的二级导热件局部示意图

图5为图4的右视图。

附图中标号为：

1、真空杜瓦；2、制冷机；3、导冷组件；4、高温超导线圈；31、一级导冷件；32、二级导冷件；5、固定件；6、垫片；7、金属压片。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本实用新型进行示例性的描述，而并不能对本实用新型的保护范围构成任何限制。所有包含在本实用新型的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”，“后”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。

如图1所示一实施例，高温超导磁体包括真空杜瓦1和制冷机2。图中制冷机2带有两级冷头，即一级冷头和位于一级冷头下方的二级冷头，一级冷头与二级冷头的制冷温度不同，一级冷头的制冷温度为35K，二级冷头的制冷温度为4K，制冷机2的一级冷头与二级冷头均插入在真空杜瓦1内；高温超导磁体还包括导冷组件3和设置在导冷组件3上的高温超导线圈4，制冷机2通过导冷组件3对高温超导线圈4进行冷却，导冷组件包括一级导冷件31和二级导冷件32，一级导冷件31和二级导冷件32均为刚性，一级导冷件31可选择的与制冷机2的一级冷头或二级冷头连接，图中一级导冷件31一端与制冷机2的一级冷头连接，另一端和二级导冷件32部分重叠连接，高温超导线圈4设置于二级导冷件32上，并与二级导冷件32接触。在此实施例中，真空杜瓦1作为保温容器可防止漏磁，保持容器内部温度稳定，制冷机2可通过的导冷组件3对高温超导线圈4进行持续稳定冷却；均为刚性的一级导冷件31和二级导冷件32部件之间结构将更加稳定，使用期间维护成本更低。

进一步，如图2～5所示一实施例，二级导冷件32包括两个结构相同的单元件，其平行对向连接于一级导冷件31上；高温超导线圈4设置在二级导冷件32的两个单元件之间，并与二级导冷件32的两个单元件贴合；高温超导线圈4通过穿过二级导冷件32的两个单元件的固定件5，固定于二级导冷件32的两个单元件之间。其中，高温超导线圈4紧密贴合在二级导冷件32的两个单元件上的设置，增加了导冷组件3与高温超导线圈4的导冷接触面积，提高了导冷工作效率，有利于持续维持导冷效果以及部件结构更加稳定，不再需要液氮等制冷剂创造低温环境，高温超导磁体可长时间不间断稳定工作。

根据一些较佳的实施例，固定件5上设置有垫片6，垫片6位于二级导冷件32的两个单元件之间，垫片6的厚度优选等于高温超导线圈4的厚度，垫片6保护高温超导线圈4不被压迫，避免高温超导线圈4损坏。

进一步，固定件5为螺栓结构，如图5所示，若干固定件5穿过二级导冷件32的两个单元件，并分布在高温超导线圈4的外围以及高温超导线圈4围绕的中部空白空间内；垫片6为穿置于固定件5上的聚酯垫片，并位于二级导冷件32的两个单元件之间。聚酯垫片具有绝热和绝缘作用，保护高温超导线圈4不被压迫，让高温超导线圈4安全、高效地稳定持续运行。

根据一些较佳的实施例，二级导冷件32表面上依次覆盖有导热硅脂层和聚酰亚胺层；高温超导线圈4的表面覆盖有导热硅脂层。导热硅脂层具有良好的导热性能，聚酰亚胺层具有良好的绝缘性能。在该实施方式下，二级导冷件32和高温超导线圈4之间进行了良好的绝缘保护，让高温超导线圈4即使在超导大电流状态下，不短路漏电，持续保持正常工作。二级导热件32的两个单元件与高温导热线圈4之间的空隙内填充有导热硅脂层，更进一步增加导冷效果。

更进一步，高温超导线圈4由超导带材围绕而成，形成中间有空白空间的圆环状，其首尾两端覆盖有聚酰亚胺层，并通过金属压片7固定于所述二级导冷件32上。超导带材可为YBCO高温超导线材，其宽度优选为4mm。

根据一些较佳的实施例，一级导冷件31和二级导冷件32至少部分重叠连接，重叠连接之间还设有导冷材料填充层，一级导冷件31和二级导冷件32之间存在缝隙，在缝隙中填充导冷材料，如导冷硅脂、导冷金属等导冷材料，构成导冷材料填充层，以减小部件装配误差，增强一级导冷件31和二级导冷件32的导冷性能。

根据一些较佳的实施例，制冷机2是G-M循环型制冷机。G-M循环制冷机G-M循环制冷机将压缩机和膨胀机分开，前者作为气源，后者产生制冷效应，中间用阀门控制膨胀机的工作，主要优点在于压缩机的机械振动传不到冷头，其可使高温超导线圈4温度降至40K，并持续长时间维持此温度。

根据一些较佳的实施例，一级导冷件31与二级导冷件32部分重叠处设有若干通孔，所述二级导冷件(32)通过若干螺栓对应穿过若干所述通孔，固定于所述一级导冷件(31)上。高温超导磁体的部件装配简洁稳固。

根据一些较佳的实施例，方形片状的二级导冷件32与一级导冷件31部分重叠连接后，二级导冷件32朝与一级导冷件31垂直的方向延伸，高温超导线圈4位于二级导冷件32与一级导冷件31垂直的部分上。这样既能满足导冷性能，导冷组件3的整体结构也更紧凑，充分利用真空杜瓦1内部空间，高温超导磁体的整体体积更小。

根据一些较佳的实施例，一级导冷件、二级导冷件和金属压片采用铜材质，铜材质具有良好的导热系数且成本较低，容易获得，能发挥出良好的导冷性能。

以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温超导磁体，包括真空杜瓦(1)、插入所述真空杜瓦(1)的制冷机(2)、设置于真空杜瓦(1)内的导冷组件(3)和设置在所述导冷组件(3)上的高温超导线圈(4)，所述制冷机(2)通过所述导冷组件(3)对所述高温超导线圈(4)进行冷却，其特征在于：

所述导冷组件(3)包括均为刚性的一级导冷件(31)和二级导冷件(32)；所述一级导冷件(31)的一端与所述制冷机(2)固定连接，另一端与所述二级导冷件(32)部分重叠连接；所述高温超导线圈(4)与所述二级导冷件(32)接触。

2.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述二级导冷件(32)包括两个相同结构的单元件，两个单元件平行相对连接于所述一级导冷件(31)上，所述高温超导线圈(4)位于两个二级导冷单元之间，并与两个二级导冷单元分别贴合；所述高温超导线圈(4)通过穿过两个单元件的固定件(5)固定。

3.根据权利要求2所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述固定件(5)上设置有垫片(6)，所述垫片(6)位于两个所述二级导冷件(32)之间；所述垫片(6)的厚度等于所述高温超导线圈(4)的厚度。

4.根据权利要求3所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述固定件(5)为螺栓结构；所述垫片(6)为聚酯垫片。

5.根据权利要求2所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述二级导冷件(32)的两个单元件表面依次覆盖有导热硅脂层和聚酰亚胺层；所述高温超导线圈(4)的线圈表面覆盖导热硅脂层。

6.根据权利要求5所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述高温超导线圈(4)由超导带材围绕而成，其首尾两端覆盖有聚酰亚胺层，并通过金属压片(7)固定于所述二级导冷件(32)上。

7.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述一级导冷件(31)和二级导冷件(32)重叠连接处设有导冷材料填充层。

8.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述制冷机(2)是G-M循环型制冷机(2)。

9.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于：所述一级导冷件(31)与二级导冷件(32)部分重叠处设有若干通孔。

10.根据权利要求1～9所述的任意一种高温超导磁体，其特征在于：所述二级导冷件(32)与所述一级导冷件(31)均为方形片状，所述二级导冷件(32)与所述一级导冷件(31)垂直。

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