[发明专利]超导磁体骨架

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备超导磁体的磁体骨架，尤其涉及一种便于优化磁体性能的超导磁体骨架。

背景技术

超导材料在达到一定的低温环境下，电阻为零，利用超导材料的这种特性，超导故障限流器、超导变压器、超导储能等一系列超导电力设备的应用研究得到很大发展，而超导磁体作为重要组成部分，是其应用的一个关键。与普通线圈组成的磁体相比，利用超导线圈作为励磁磁体能够获得高强磁场，且具有功耗极小、体积紧凑等优点。

但是由于超导磁体要求的低温使用环境和超导线材自身的机械性能，对磁体骨架的制作提出了特殊要求。目前，无论是第一代Bi-2223/Ag铋系银包套带材还是第二代YBC0涂层高温超导带材，都是脆性氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯折会导致其通流性能变差。超导磁体一般在高电压、强磁场、温度变化大的场合中使用，磁体骨架的制作需要考虑到材料的抗机械电磁作用力、绝缘能力、低温下强度、大范围温度变化下强度变化和热膨胀系数、抗疲劳性能等一系列因素。例如，超导磁体在从常温过渡到液氮环境温度或者相反时，由于骨架和超导线圈的热膨胀系数不同，会导致超导带材绷得过紧或者过松，甚至会有超导带材绷断、磁体变形和损坏的严重后果。又如，在高电压等级限流器的应用中，超导磁体本身尺寸较大，如果电网发生短路故障，限流器对短路电流进行限制，此时限流器的漏磁场较大，超导磁体中的突变电流会在磁体上产生横向和幅向机械电动力，严重时可能会造成磁体分解断裂。此外，超导磁体和限流器的交流绕组共同作用在同一铁心上，还会存在感应过电压的问题，所以超导磁体的绝缘强度也需要保证。

公开号为CN1707706A的发明专利公开了一种高温超导双饼线圈骨架，克服了在线圈绕制过程中的预应力和磁体运行过程中的电磁力对过渡区超导带的破坏，但是并未考虑骨架和超导线圈的热膨胀系数不同对磁体抗热震性能的影响，且未考虑制作工艺及可行性，不适合大型超导磁体骨架的制作。

在大型或超大型磁体骨架制作过程中，常规的方法需要使用大型机械加工设备来进行环形骨架的加工，这增加了加工难度、原料消耗和制作成本。此外，常规大型骨架由于热膨胀系数大，造成整个超导磁体的抗热震能力较差，成为超导磁体的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导磁体骨架，其可解决因超导磁体特殊运行环境下的机械强度、绝缘强度、热膨胀性能不佳等一系列问题，同时可解决现有技术难以加工制作大型超导磁体骨架和特型超导骨架的难题。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种超导磁体骨架，其至少有一个分瓣组合式环体双饼骨架。

每个环体双饼骨架从上至下依次为：侧隔板、绕制层槽板、中隔板、绕制层槽板、侧隔板，且每一层均为分瓣式组合。

所述各上下层间的分瓣式组合板应错缝叠加。

在由所述一个或两个以上环体双饼骨架叠加构成的整体骨架的最上层和最下层压有保圈盖板，通过穿设的固定螺杆将其与中间夹置的各个分瓣组合式环体双饼骨架固紧。

所述的超导磁体骨架具有两个以上的分瓣组合式环体双饼骨架时，各邻接骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片。

所述的超导磁体骨架为圆形、椭圆环形、跑道形或圆角方形。

本发明的优点是：

1、本发明采用分瓣组合式环体双饼骨架为组合超导磁体骨架的单元结构，便于加工制作，更容易实现大型超导磁体骨架的制作，同时分瓣式构件可在材料板上逐块剪裁，避免了整体骨架加工过程中所产生的材料浪费的问题，有利于减少制作成本。

2、采用分瓣组合式结构，可将材料冷热变化时所产生的伸缩变化量分散缓解。由于可以经过计算确定每个单体扇型环瓣弧长，因而可以有效减小超导磁体骨架在低温环境下的热胀冷缩效应所带来的影响，使得骨架和超导线圈在热膨胀系数不同的情况下也不会造成对磁体和骨架工作强度的影响。

3、采用分体拼接、叠加组装的灵活方式，使得制作工艺可以根据骨架外形的特殊要求设计不同形状的分瓣体和组装结构，此种方法有利于简化骨架的制作，并易于制作特型骨架。比如：椭圆环形骨架、跑道形骨架、圆角方形骨架等等。

4、双饼骨架上下各层间错缝叠放，使得整体超导磁体骨架结构机械强度大，不易分解断裂。

5、当有两组或以上双饼骨架叠放时，可以根据单个双饼的性能，将其摆放在磁体中的适宜位置；也可以根据磁体性能的需要，绕制特殊性能的双饼，从而达到优化磁体整体性能的目的。

附图说明

图1  为本发明超导磁体骨架结构示意图(截面效果图)