[发明专利]一种热控超导开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导开关，特别涉及一种热控式超导开关。

背景技术

随着铌钛(NbTi)、铌三锡(Nb₃Sn)等实用超导材料的出现，超导磁体的应用得到迅速发展。超导磁体的运行有两种基本模式，即电源供电模式和闭环运行模式。在电源供电模式中，超导磁体的供电电源是低压大电流的稳压或稳流电源，为保证超导磁体稳定地工作，一般要求电源的纹波比要小，可以缓慢而均匀地调节，尤其是不应有明显的抖动，这种模式适用于运行时间较短，对磁场稳定度要求不高，励磁和退磁操作较频繁的工况。闭环运行模式(也叫持续电流运行模式)是在超导磁体的两端并联一个超导开关，在磁体励磁结束后，由超导开关和超导磁体绕组组成闭环回路，使磁体在无损耗或磁场衰减很慢的状态下运行，从而与外部电源脱离，这种模式适用于运行时间较长，对磁场稳定度要求较高，励磁和退磁操作较少的工况。与电源供电模式相比，闭环运行模式的超导磁体具有很多优点，例如，可以获得极高稳定度的磁场；在持续电流运行期间与外部电源脱离，节约了电能并减少了液氦的消耗，从而降低了运行费用；还可以降低外界噪声对超导磁体系统的影响，提高磁体运行的可靠性等。

超导开关是实现超导磁体闭环运行的一个重要部件，具有断开和导通两种工作状态，分别对应于超导开关由超导态转变为正常态和由正常态转变为超导态，通过控制超导开关的导通和断开，可以实现磁体的闭环运行。通常超导开关的状态转变可以通过改变超导材料的温度或磁场来实现，分别称为热控式和磁控式超导开关。其中，热控式超导开关由于结构相对简单，应用最广泛。

热控式超导开关一般由开关线圈和加热丝线圈组成，开关线圈由超导线绕制，通过给加热丝通入电流产生一定的热量，使得超导线的温度高于临界温度，实现超导开关由超导态-正常态的转变；切断加热丝的供电电源后，超导开关由冷却液体使温度降到临界温度之下，从而由正常态恢复到超导态。为了消除超导开关对电路和环境的感抗影响，开关线圈和加热丝线圈均需绕成无感线圈，为了使加热均匀，常常使开关的超导线圈和加热丝线圈间隔绕制，这时就需要副骨架，用来暂时存放尚未绕完的超导线，以便在线圈的中间部分绕制加热丝，并在绕加热丝时使副骨架上的待绕导线一起转动，中国专利CN 1095591C给出了详细的绕制装置和方法。

传统的热控式超导开关的加热丝线圈不能做到完全的无感绕制，对电路和开关线圈总是存在感抗干扰影响；开关绕制过程较为复杂，交替绕制开关线圈和加热丝线圈，且交换绕制时需要副骨架用来暂存待绕的导线，装置复杂，操作繁琐。

发明内容

本发明的目的是针对传统热控式超导开关绕制过程复杂的缺点，提出了一种新的热控式超导开关。

本发明的热控式超导开关包括开关骨架、超导线圈、加热器以及绝热层，其中超导线圈是隔层无感绕制在开关骨架上的，加热器分布在每层超导线圈的内外侧，绝热层位于最外层加热器的外侧。开关骨架是采用低导热的绝缘材料制成的空心圆筒，开关骨架的两端带有法兰，绕制时无需做特别的绝缘处理。超导线圈采用以高电阻率合金，如铜镍合金为基体的超导线或超导绞缆无感绕制而成。

所述的超导线圈和加热器间隔排列，每层超导线圈的外表面均粘贴加热器，为了使加热效果更好，可以紧贴着开关骨架先粘贴一层加热器，然后在粘有加热器的骨架上绕制一层超导线圈，再在超导线圈上粘贴一层加热器，以此类推。

本发明的超导开关的加热器为粘有聚酰亚胺薄膜的齿状不锈钢薄片，薄片厚度在10-100μm左右，薄片的长度与超导线圈轴向方向的长度相等，薄片的宽度为每层超导线圈的周长。加热器是一块沿着其宽度方向开缝的齿状结构的薄片，在薄片的上下两个表面分别粘有一层聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜起到使加热器与超导线圈绝缘的作用。每层加热器串联连接起来，接入加热器电源两端，通电后加热器产生一定的加热功率，可以实现超导开关的均匀受热。

本发明超导开关在最外层的加热器外侧绕制玻璃丝布和环氧树脂作为绝热层，环氧树脂与玻璃丝布固化在一起。

本发明的超导开关受热均匀，具有快速导通和关断的优点。

附图说明

图1是本发明实施例的超导开关整体剖面示意图，图中：1超导开关骨架，2开关线圈，3加热器，4绝热层；

图2是本发明实施例的超导开关加热器示意图；

图3是本发明实施例的超导开关绝热层剖面示意图，图中：41玻璃丝布，42环氧树脂。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。