[发明专利]包封的非绝缘超导线圈及其包封方法

说明书

本发明提供了一种包封的非绝缘超导线圈，包括：导线线圈本体(1)和填充包封结构(2)。填充包封结构(2)局部或整体包封导线线圈本体的外部，局部或整体填充导线线圈本体(1)的匝间空隙。填充包封结构使用的材料为一种或任意多种非绝缘材料。同时还提供了非绝缘超导线圈包封的方法。本发明能使超导线圈在应用时，保证力学、电学、热学各方面情况稳定可靠，超导导线匝间径向电阻一致不变，充放电特性一致不变，从而大大拓宽了超导线圈的应用范围。

技术领域

本发明涉及超导线圈技术领域，并且更具体地，涉及包封的非绝缘超导线圈及其包封方法。能够有效的避免超导线圈的失超情况，保持线圈在力学、电学、热学性能上的稳定。

背景技术

1911年荷兰莱顿(Leiden)大学的卡末林·昂纳斯教授在实验室首次发现超导现象以来，超导材料及其应用一直是当代科学技术最活跃的前沿研究领域之一。在过去的十几年间，以高温超导为主的超导电力设备的研究飞速发展，在超导储能、超导电机、超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导磁悬浮、核磁共振等领域取得显著成果。

超导线圈的实际应用需要考虑线圈力学、电学、热学各方面情况。

超导导体的材料属性决定了其本身比较脆弱，材料受到一定的弯折、拉伸、扭曲等应力后，十分容易损坏超导导体本身，使其临界电流大幅下降。超导线圈正常工作时，超导导体在磁场的作用下常会受到较大的电磁应力。此外超导线圈受到的外部机械振动，会传导给超导导体。尤其在超导电机、超导磁悬浮的这样的应用环境下，共振、抖动不可避免。无论是受到电磁应力还是振动的传播，如果超导线圈中某段超导导体有细微的振动，时间一长会造成材料的疲劳使其性能下降，从而影响整个超导线圈的性能。

目前常规超导线圈在应用时通常会用石蜡或者环氧树脂对其进行真空浸渍，但这种工艺会带来的一个严重的问题在于，工艺本身有可能会对导体本身具有破坏作用。其破坏的机理在于石蜡或者环氧树脂和超导导体组成的材料，在低温下热胀冷缩系数不同，超导导体两侧的石蜡或者环氧树脂极易在冷却期间垂直沿剥离方向对超导导线施加剥离应力。尤其钇系超导导体是一种多层镀层材料，层间结合力弱于剥离应力时，导体性能将发生巨大的折损。即使一开始真空浸渍后没有出现此问题，但在超导线圈应用时多次冷热循环以后，此问题也将会出现。超导线圈力学方面的不良影响如果得不到很好解决的话会制约超导线圈的应用。

超导导体的电学性能是超导导体最重要的指标，其关系到超导线圈的应用。超导导体电学性能最重要的指标是临界电流，超导导体中承载的电流超过临界电流，超导导体就会失去超导性能，表现为这段导体拥有一定的电阻。超导导体的临界电流和温度及磁场有很大的关系，随着温度的升高，超导导体的临界电流会降低，随着磁场的升高，超导导体的临界电流会也会降低。超导线圈中超导带材的失超往往从一个最薄弱的点开始，其失超后拥有一定电阻，在电流作用下产生了热量，形成了热斑。而热斑会使此段超导导体临界电流降低，经过这样的正反馈过程，如果过程得不到有效抑制，这一点的失超还会沿着超导导体方向传播开来，最终导致超导导体局部或整体的烧毁。正因为如此超导线圈在应用中，失超的探测和保护显得十分重要。然而尤其是高温超导导体，其导体本身是陶瓷氧化物，通常运行在相对较高的温度区间30～77K，热量的传播比起低温超导导体的金属要慢的多，无法通过监测线圈电压等传统的方法及时监测到失超信号，因此很难进行探测和保护。失超保护是当前困扰高温超导线圈技术发展的关键问题之一，这也是超导线圈在一些安全要求较高的工程中应用的制约因素。