[实用新型]高温超导磁通泵

说明书

技术领域

本实用新型属于超导电工领域，涉及一种具有高温超导磁通泵。

背景技术

自从1986年发现高温超导材料以来，二十多年间不断研制成功Y(钇)系、Bi(铋)系和MgB₂(二硼化镁)高温超导带材。随着技术的发展，这些材料的性能逐渐在接近实用化要求，临界电流、临界磁场等指标都在不断提高。通常，想获得磁场的高稳定必须要求超导体构成封闭的电流回路，使电流在超导体内无阻碍的持续流动而不衰减。但是高温超导材料的n指数(n-Index)始终比较低。这一缺陷成为高温超导材料在闭环高稳定超导磁体系统中应用的最大障碍。另外，高温超导材料的超导接头技术始终不尽人意，接头电阻也是闭环磁体系统中难以克服的问题。高温超导闭环磁体系统中存在的微小电阻成为磁场连续衰减的根源。

弥补高温超导闭环磁体系统中磁场衰减问题的最佳技术途径就是使用磁通泵技术。磁通泵是针对闭环超导系统设计的一种特殊装置，它可以向闭环超导系统中泵浦磁通，以增强磁体系统的磁场。对于高温超导磁体系统可以达到补偿磁场衰减，维持磁场稳定的目的。

磁通泵利用机械开关、热超导开关，或者用复杂的方法在超导体上制造正常区，并使之定向移动，通过重复施加很小磁场，就可以实现对大磁体系统的充磁。利用机械开关、热超导开关制作的磁通泵，因为机械和热开关的工作速度比较低不能实现很高的工作频率。对于衰减得比较快的磁体系统如果以很低的频率补充能量，势必造成每个周期补充的能量过大，磁场的波动比较强烈，难以保持磁场的稳定。本实用新型采用的是最复杂的电子控制工作方式。类似的结构可以参见公开的报道：“Current Pumping Performance of Linear-Type MagneticFlux Pump With Use of Feedback Control Circuit System”，IEEE Trans Appl.Supercond.Vol.16(2)，(2006)，1638-1641。其设计的结构比较低效。绕组采用的是三相绕组7，控制采用的是变频调速器，另外还需要设置磁场偏置线圈6。控制方式很不灵活。所用的超导薄片仍为低温超导Nb(铌)片。尽管可以产生较低纹波但因为使用铌片，所以无法工作在高温超导环境。

采用电子系统仔细控制磁通泵每个绕组的工作状态，通过调节工作电流和工作频率，可以使磁通泵工作在20KHz以内。高工作频率和低工作电流可以使磁通泵每个工作周期的波动降至最小，达到低纹波的目的。对于通常使用的磁共振成像系统，一般磁场允许波动幅度在10^-6以下。只有低纹波的磁通泵才能满足实用要求。

在图2所示的公知磁通泵结构中，三相绕组2在变频调速器的驱动下，会在低温超导薄片8内部产生许多微小的磁场区域。这些小区域内部磁场很强，使区域内失去超导性能，失去超导材料所特有的抗磁性。随着变频调速器输出电流的相位变化，强磁场微区会逐渐向一侧运动，将磁通量带入超导回路中，增强超导磁体系统中的磁场强度。由于三相变频调速器产生的电流是交流，其产生的磁场方向有正、有负。导入超导磁体系统中的磁通量也有加、有减，交替变化。这样仍无法单方向增加或减小磁场，因此在磁回路中设置有磁场偏置线圈。由于使用变频调速器，导致这种结构比较复杂。由于使用铌片，使得这种磁通泵只能工作在液氦温度区。

实用新型内容

针对现有技术的不足之处，在本实用新型提供了一种高温超导磁通泵。

本实用新型采用的技术方案是：

一种高温超导磁通泵，包括铁轭、磁极、温度接头、加热器、独立绕组、电流接头和高温超导薄片，框型铁轭的上下两面分别设置有一行磁极，每个磁极的周围绕有独立绕组，两行磁极之间设有高温超导薄片，高温超导薄片上设有传感器，高温超薄片的两端分别接有电流接头，铁轭上接有温度接头，磁通泵中还设有加热器，对高温超导薄片进行加热。

所述的高温超导薄片采用10～100mm宽的4.2K以上工作温度的高温超导带材。

所述的磁极，每行磁极有至少五个，每个磁极截面在1×2～10×20mm²，磁极间距在0.5～5mm，铁轭的上下两面磁极采取正对或者交错排列。

所述的独立绕组，工作的过程中对每个绕组单独供电。

所述的独立绕组采用铜导线，工作电流峰值在30A以内。

所述的铁轭采用高磁感取向硅钢片、磁性非晶片或纳米晶薄片通过叠片方式制造铁轭，工作频率在20KHz以内。