EP3176795B1 - Système de bobines magnétiques comprenant un supraconducteur anisotrope - Google Patents

Système de bobines magnétiques comprenant un supraconducteur anisotrope Download PDF

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EP3176795B1
EP3176795B1 EP16200176.2A EP16200176A EP3176795B1 EP 3176795 B1 EP3176795 B1 EP 3176795B1 EP 16200176 A EP16200176 A EP 16200176A EP 3176795 B1 EP3176795 B1 EP 3176795B1
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axis
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superconductor
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    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/048—Superconductive coils

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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Claims (11)

  1. Agencement de bobine magnétique étagée supraconductrice comportant une bobine creuse de rayon intérieur constant conçue pour générer un champ magnétique de fonctionnement dans un volume de travail autour d'un axe de symétrie (z), la bobine comprenant des enroulements constitués d'un supraconducteur anisotrope dont la capacité de transport de courant supraconducteur dans un champ magnétique perpendiculaire à la direction du courant dans le conducteur dépend à la fois de l'amplitude du champ et de la direction du champ dans un plan perpendiculaire à la direction du courant, dans lequel le nombre additionné radialement des spires le long de l'axe de symétrie (z) est réduit vers le bord par pas discrets ou de façon quasi-continue,
    caractérisé en ce
    que la bobine est enroulée en plusieurs couches de manière cylindriquement symétrique par rapport à l'axe de symétrie (z), dans lequel une partie continue d'une couche d'enroulement intérieure s'étendant seulement à partir d'une extrémité de bobine axiale est enroulée avec un matériau non supraconducteur.
  2. Agencement de bobine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première zone de bobine rectangulaire délimitée radialement (1 ; 1′ ; 1ʺ ; 1‴) qui recouvre complètement la section transversale de bobine dans la direction de l'axe de symétrie et ne comprend pas de couche complètement enroulée dans la direction axiale, et les enroulements dans la première zone de bobine rectangulaire délimitée radialement (1 ; 1' ; 1" ; 1‴) sont enroulés à partir d'une seule pièce supraconductrice ininterrompue.
  3. Agencement de bobine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième zone de bobine rectangulaire délimitée radialement (2 ; 2' ; 2" ; 2‴) à l'intérieur de la première zone de bobine (1 ; 1′ ; 1ʺ ; 1‴), laquelle recouvre la première zone de bobine (1 ; 1′ ; 1ʺ ; 1‴) complètement radialement et à 10 % dans la direction de l'axe de symétrie et entoure le premier ou le deuxième bord de bobine dans la direction axiale, et la deuxième zone de bobine (2 ; 2′ ; 2ʺ ; 2‴) est enroulée avec au moins 20 % de spires de conducteur en moins qu'une zone de bobine axialement adjacente de même géométrie.
  4. Agencement de bobine selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième zone de bobine (2 ; 2′ ; 2ʺ ; 2‴) est enroulée avec 40 % à 60 % de spires de conducteur en moins qu'une zone de bobine axialement adjacente de même géométrie.
  5. Agencement de bobines selon la revendication 4, caractérisé en ce que la deuxième zone de bobine (2 ; 2′ ; 2ʺ ; 2‴) est enroulée avec environ 50 % de spires de conducteur en moins qu'une zone de bobine axialement adjacente de même géométrie.
  6. Agencement de bobine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'intérieur de la section transversale de bobine, une quatrième et une cinquième zone rectangulaire de bobine (respectivement 4, 5), qui recouvrent la section transversale de bobine complètement radialement et à 10 % chacune dans la direction de l'axe de symétrie et qui entourent le premier et le deuxième bord de bobine dans la direction axiale avec un premier et un deuxième nombre de spires de bord de bobine, donnés par le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la quatrième et la cinquième zone de bobine (respectivement 4, 5), et avec un nombre maximal de spires de bord de bobine, donné par le quotient de la surface de section transversale de la quatrième ou de la cinquième zone de bobine (respectivement 4, 5) et de la surface de section transversale du supraconducteur anisotrope, et le champ magnétique généré par la bobine présente une composante de champ Br perpendiculaire à la direction du courant et à l'axe de symétrie (z), dont le maximum dans le volume de bobine est inférieur d'au moins 10 % à ce qu'il serait si - pour un même champ de fonctionnement de la bobine au centre du volume de travail - les étendues des quatrième et cinquième zones de bobine (respectivement 4, 5) étaient raccourcies dans la direction de l'axe de symétrie vers le centre de bobine, le raccourcissement relatif des étendues correspondant au rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires de bord de bobine et le nombre maximal de spires de bord de bobine, le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la bobine restant constant.
  7. Agencement de bobine selon la revendication 6, caractérisé en ce que le champ magnétique généré par la bobine présente une composante de champ Br perpendiculaire à la direction du courant et à l'axe de symétrie (z), dont le maximum dans le volume de bobine est inférieur de jusqu'à 50 % à ce qu'il serait si - pour un même champ de fonctionnement de la bobine au centre du volume de travail - les étendues des quatrième et cinquième zones de bobine (respectivement 4, 5) étaient raccourcies dans la direction de l'axe de symétrie vers le centre de bobine, le raccourcissement relatif des étendues correspondant au rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires de bord de bobine et le nombre maximal de spires de bord de bobine, le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la bobine restant constant.
  8. Agencement de bobine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le minimum de la capacité de transport de courant supraconducteur du supraconducteur anisotrope le long de la trajectoire du conducteur dans la bobine est plus élevé d'au moins 5 % que si - pour un même champ de fonctionnement de la bobine au centre du volume de travail - les étendues des quatrième et cinquième zones de bobine (respectivement 4, 5) étaient raccourcies dans la direction de l'axe de symétrie vers le centre de bobine, le raccourcissement relatif des étendues correspondant au rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires de bord de bobine et le nombre maximal de spires de bord de bobine, le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la bobine restant constant.
  9. Agencement de bobine selon la revendication 8, caractérisé en ce que le minimum de la capacité de transport de courant supraconducteur du supraconducteur anisotrope le long de la trajectoire du conducteur dans la bobine est plus élevé de jusqu'à 30 % que si - pour un même champ de fonctionnement de la bobine au centre du volume de travail - les étendues des quatrième et cinquième zones de bobine (respectivement 4, 5) étaient raccourcies dans la direction de l'axe de symétrie vers le centre de bobine, le raccourcissement relatif des étendues correspondant au rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires de bord de bobine et le nombre maximal de spires de bord de bobine, le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la bobine restant constant.
  10. Agencement de bobine selon la revendication 9, caractérisé en ce que le minimum de la capacité de transport de courant supraconducteur du supraconducteur anisotrope le long de la trajectoire du conducteur dans la bobine est plus élevé de jusqu'à 50 % que si - pour un même champ de fonctionnement de la bobine au centre du volume de travail - les étendues des quatrième et cinquième zones de bobine (respectivement 4, 5) étaient raccourcies dans la direction de l'axe de symétrie vers le centre de bobine, le raccourcissement relatif des étendues correspondant au rapport entre le premier et le deuxième nombre de spires de bord de bobine et le nombre maximal de spires de bord de bobine, le nombre de spires du supraconducteur anisotrope dans la bobine restant constant.
  11. Procédé de conception d'un agencement de bobine magnétique supraconductrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en partant d'un agencement de bobine magnétique supraconductrice comportant une bobine enroulée en couches de manière cylindriquement symétrique par rapport à l'axe de symétrie (z) et constituée d'un supraconducteur anisotrope, dans laquelle, dans la première zone de bobine (1 ; 1′ ; 1ʺ ; 1‴) le long de l'axe de symétrie (z) vers le bord, un matériau non supraconducteur est également enroulé avec le matériau supraconducteur, la capacité de transport de courant de la bobine étant limitée aux extrémités axiales par la composante de champ magnétique radiale, en diminuant le nombre de spires dans les zones d'extrémité axiales de la bobine (= « zones d'optimisation »), on réduit la composante de champ magnétique radiale maximale, dans lequel, en faisant varier les paramètres suivants :
    - taille des zones d'optimisation dans lesquelles on diminue le nombre de spires,
    - nombre de spires dans les zones d'optimisation,
    - répartition des spires à l'intérieur des zones d'optimisation,
    on augmente la capacité de transport de courant supraconducteur de la bobine.
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