CN218038739U - 超导电流引线和超导磁体 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种超导电流引线和超导磁体。超导电流引线包括：支撑板，其包括高温超导区域和低温超导区域；高温超导部，其位于支撑板上的高温超导区域处；以及低温超导部，其位于支撑板上的低温超导区域处，其中，支撑板与高温超导部集成为一体。通过将支撑板与高温超导材料集成为一体，可以提高超导电流引线的可靠性。

Description

超导电流引线和超导磁体

技术领域

本公开涉及超导领域，具体地涉及超导电流引线和超导磁体。

背景技术

这个部分提供了与本公开有关的背景信息，这不一定是现有技术。

超导电流引线用于磁体升降场，这是超导磁体的关键部件。超导电流引线通常由支撑板、高温超导(HTS)部分和低温超导(LTS)部分组成。通过支撑板将高温超导部分和低温超导部分集成在一起的制造过程很复杂。

此外，由于高温超导材料较脆，高温超导带材(高温超导部分的一个组成部分)的性能在与支撑板焊接在一起的过程中很容易削弱，从而影响超导电流引线的性能。

实用新型内容

这个部分提供了本公开的一般概要，而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

本公开的目的在于提供一种改进的超导电流引线和超导磁体。

根据本公开的一方面，提供了一种超导电流引线，包括：支撑板，其包括高温超导区域和低温超导区域；高温超导部，其位于支撑板上的高温超导区域处；以及低温超导部，其位于支撑板上的低温超导区域处，其特征在于，支撑板与高温超导部集成为一体。

优选地，在上述超导电流引线中，高温超导部可以依次包括种子层、高温超导层、保护层和稳定层。

优选地，在上述超导电流引线中，种子层与支撑板的高温超导区域可以直接接触。

优选地，在上述超导电流引线中，支撑板的厚度可以在0.5mm至5mm之间。

优选地，在上述超导电流引线中，低温超导部可以包括低温超导线。

优选地，在上述超导电流引线中，高温超导区域可以被形成为支撑板上的第一凹槽，并且低温超导区域可以被形成为支撑板上的第二凹槽。

优选地，在上述超导电流引线中，第一凹槽与第二凹槽可以沿着超导电流引线的电流流向并列布置，并且第二凹槽在支撑板的端部用于低温超导线焊接。

优选地，在上述超导电流引线中，稳定层可以从支撑板的高温超导区域延伸到支撑板的除了高温超导区域和低温超导区域之外的区域。

根据本公开的另一方面，提供了一种超导磁体，其特征在于包括上述超导电流引线。

本申请可以通过将支撑板与高温超导材料集成为一体来提高超导电流引线的可靠性。

从在此提供的描述中，进一步的适用性区域将会变得明显。这个概要中的描述和特定例子只是为了示意的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图只是为了所选实施例的示意的目的而非全部可能的实施，并且不旨在限制本公开的范围。附图仅作为示例，不一定按比例绘制。在附图中：

图1a、图1b和图1c为图示根据现有技术的超导电流引线的结构和原理的示意图；

图2为图示高温超导带材的结构的示意图；

图3、图4和图5为图示根据本公开的实施例的超导电流引线的结构的制作过程的示意图；

图6为图示根据本公开的另一实施例的超导电流引线的结构的示意图；以及

图7为图示根据本公开的实施例的超导磁体的原理框图。

虽然本公开容易经受各种修改和替换形式，但是其特定实施例已作为例子在附图中示出，并且在此详细描述。然而应当理解的是，在此对特定实施例的描述并不打算将本公开限制到公开的具体形式，而是相反地，本公开目的是要覆盖落在本公开的精神和范围之内的所有修改、等效和替换。要注意的是，贯穿几个附图，相应的标号指示相应的部件。

具体实施方式

现在参考附图来更加充分地描述本公开的例子。以下描述实质上只是示例性的，而不旨在限制本公开、应用或用途。

提供了示例实施例，以便本公开将会变得详尽，并且将会向本领域技术人员充分地传达其范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员而言将会明显的是，不需要使用特定的细节，示例实施例可以用许多不同的形式来实施，它们都不应当被解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的结构和众所周知的技术。

现有的超导电流引线由高温超导带材、支撑板和低温超导线组成。为了制造电流引线，首先，如图1a和图1b所示，用高熔点焊料将高温超导带材(具体结构在图2中示出)焊接到支撑板上(第一次焊接过程)。然后，如图1c所示，用低熔点焊料焊接低温超导线(第二次焊接过程)。

在上述制作过程中存在几个难点：

1.高温超导带材的表面通常不适合焊接，需要完整的清洁过程，整个第一次焊接过程需要非常小心，以防止污染。

2.高温超导材料很脆，并且高温超导带材很薄。高温超导带材需要非常小心地处理。即使是很小的弯曲也可能会削弱其超导性能。

3.在第二次焊接过程中，必须准确控制整个元件的温度。否则，第一个焊点会熔化，电流引线需要刮掉或返工。

目前，上述高温超导带材作为成品购买，然后焊接到支撑板上。图2为图示高温超导带材的结构的示意图，它由不锈钢(St.St.)/铜基层、种子层、高温超导HTS层、保护层和稳定层组成。在高温超导带材的制造过程中，种子层首先通过特殊方法涂覆/生长在st.st./Cu带(称为基材)上，如通过物理气相沉积、化学气相沉积等。然后依次涂覆HTS层、保护层和稳定层。如上所述，通过焊接将高温超导带材焊接到支撑板上存在很多问题。

针对上面存在的一系列问题，在本申请中，将支撑板与高温超导带材集成在一起以避免高温超导带材处理和焊接工艺。下面结合图3至图6来描述根据本公开的超导电流引线的结构。

图3至图5为图示根据本公开的实施例的超导电流引线的结构和制作过程的示意图。

如图5所示，超导电流引线100包括：支撑板110，其包括高温超导区域A和低温超导区域B；高温超导部120，其位于支撑板110上的高温超导区域A处；以及低温超导部130，其位于支撑板110上的低温超导区域B处。在本申请中，支撑板110与高温超导部120集成为一体。

下面结合图3至图5来描述超导电流引线100的详细制作过程。

首先，如图3所示，准备支撑板110。在本申请中，支撑板110被视为基材。然而，与图2中的高温超导带材的基材相比，基材厚度大大增加。优选地，支撑板110在区域A和B的厚度在0.5mm至十数毫米之间，但是不限于此。此外，支撑板110可以是单一材料(如不锈钢)，也可以是几种材料(如铜、不锈钢)焊接到一起，如通过钎焊，摩擦焊等。

支撑板110可以包括高温超导区域A和低温超导区域B。高温超导区域A用于涂覆高温超导部120，并且低温超导区域B用于焊接低温超导部130，例如低温超导线。

在图3中，高温超导区域A被形成为支撑板110上的第一凹槽1101，并且低温超导区域B被形成为支撑板110上的第二凹槽1102。

第一凹槽1101与第二凹槽1102沿着超导电流引线的电流流向并列布置，并且第二凹槽1102在支撑板110的端部敞开，以用于低温超导线的焊接。

进一步，如图4所示，可以通过物理气相沉积、化学气相沉积或其他等同方法直接将种子层1201、高温超导(HTS)层1202、保护层1203和稳定层1204涂敷在支撑板110的高温超导区域A上。因此，如图4所示，高温超导部120依次包括种子层1201、HTS层1202、保护层1203和稳定层1204。其中，种子层1201与支撑板110的高温超导区域A直接接触。需要注意的是，在本申请中，种子层、高温超导层等直接生长、沉积在支撑板上，而不是通过锡焊、铟焊等焊接方式与支撑板结合。

进一步，如图5所示，可以将低温超导部130如低温超导线焊接在集成了高温超导材料的支撑板110的低温超导区域B处。如图5所示，140为焊料。

由此，可以制作出超导电流引线100。

由上可见，在本申请中，可以消除支撑板与高温超导带材之间的焊接工艺。由于基材是刚性的，因此在处理过程中没有弯曲的风险。

图6为图示根据本公开的另一实施例的超导电流引线的结构。在图6的示例中，稳定层1204从支撑板110的高温超导区域延伸到支撑板110的除了高温超导区域A和低温超导区域B之外的区域。除此之外，图4的超导电流引线200与图5中的超导电流引线100结构相同。

由于稳定层1204可以延伸到支撑板上的更大区域，因此可以增强超导电流引线的导电性。

使用根据本申请的超导电流引线的优点在于以下项中的一个或更多个：1)焊接工艺大大简化，仅一个处理和一个类型的焊接，不需要精确控制整个部件的温度；2)工艺鲁棒性将增加。HTS材料与刚性支承板直接集成。在处理期间将没有弯曲的风险；3)HTS材料和支承板集成在一起，电连接非常牢固。

根据本公开的超导电流引线可以应用于超导磁体。

图7为图示根据本公开的实施例的超导磁体的原理框图。

如图7所示，超导电流引线用于向超导磁体供电。当通过超导电流引线向超导磁体供电时，电流从电源通过超导电流引线传送给超导线圈。电源一般都在室温下，而超导磁体却处于极低温下。在图7中，图5或图6所示的超导电流引线的高温超导部及支撑板的相应部分连接到超导磁体与外部环境的接口处，并与室温电流引线进行电气连接，而超导电流引线的低温超导部及支撑板的相应部分与超导开关和超导线圈连接。由此，包括根据本公开的超导电流引线的超导磁体可以获得上面关于超导电流引线描述的优点中的一个或更多个。

以上虽然结合附图详细描述了本公开的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本公开，而并不构成对本公开的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本公开的实质和范围。因此，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims (9)

1.一种超导电流引线，包括：

支撑板，其包括高温超导区域和低温超导区域；

高温超导部，其位于所述支撑板上的高温超导区域处；以及

低温超导部，其位于所述支撑板上的低温超导区域处，

其特征在于，所述支撑板与所述高温超导部集成为一体。

2.根据权利要求1所述的超导电流引线，其特征在于，所述高温超导部依次包括种子层、高温超导层、保护层和稳定层。

3.根据权利要求2所述的超导电流引线，其特征在于，所述种子层与所述支撑板的高温超导区域直接接触。

4.根据权利要求1所述的超导电流引线，其特征在于，所述支撑板的厚度在0.5mm至十数毫米之间。

5.根据权利要求1所述的超导电流引线，其特征在于，所述低温超导部包括低温超导线。

6.根据权利要求5所述的超导电流引线，其特征在于，所述高温超导区域被形成为所述支撑板上的第一凹槽，并且所述低温超导区域被形成为所述支撑板上的第二凹槽。

7.根据权利要求6所述的超导电流引线，其特征在于，所述第一凹槽与所述第二凹槽沿着所述超导电流引线的电流流向并列布置，并且所述第二凹槽在所述支撑板的端部用于低温超导线焊接。

8.根据权利要求2所述的超导电流引线，其特征在于，所述稳定层从所述支撑板的高温超导区域延伸到所述支撑板的除了所述高温超导区域和所述低温超导区域之外的区域。

9.一种超导磁体，其特征在于包括根据权利要求1至8中任一项所述的超导电流引线。

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