[發(fā)明專利]一種超導(dǎo)組合繞組

無效

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• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103943301A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張治宇;張敏;任毅;楊燁;蔣煜東;況明偉;吳建東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 張新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體組合線圈，特別涉及一種采用MgB₂線材和YBCO帶材繞制的超導(dǎo)組合繞組。

背景技術(shù)

采用不同種類超導(dǎo)材料繞制超導(dǎo)組合繞組在強磁場低溫超導(dǎo)磁體領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。磁場在超導(dǎo)磁體上分布從內(nèi)徑中心到外徑中心逐漸減小。超導(dǎo)組合繞組主要采用兩種設(shè)計方案，一是在超導(dǎo)磁體靠近內(nèi)徑部分采用臨界磁場更高的超導(dǎo)材料，磁體靠近外部采用臨界磁場較低的超導(dǎo)材料，常見的是Nb₃Sn和NbTi的組合繞組；另一種是在超導(dǎo)磁體靠近內(nèi)徑部分采用截面積較大的超導(dǎo)線材，磁體靠近外部采用截面積較小的超導(dǎo)線材，常見的是NbTi分層組合繞組。超導(dǎo)組合繞組的目的是通過最大化利用超導(dǎo)材料的載流能力來降低磁體成本。

YBCO高溫超導(dǎo)帶材和MgB₂超導(dǎo)線材都可以應(yīng)用在4.2K的液氦溫區(qū)之上，適合于工作溫區(qū)在10-25K的制冷機傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體。利用MgB₂超導(dǎo)線材和YBCO高溫超導(dǎo)帶材可以繞制的應(yīng)用于制冷機制冷的超導(dǎo)組合繞組。當(dāng)前YBCO超導(dǎo)帶材已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在許多實際工程項目中得到一定的應(yīng)用，商業(yè)YBCO超導(dǎo)帶材采用真空沉積法制備，成本高，且只能加工成帶材規(guī)格。采用粉末裝管法制備MgB₂新型超導(dǎo)材料，價格便宜，導(dǎo)線易于加工成各種形狀規(guī)格。目前MgB₂新型超導(dǎo)材料主要有線材和帶材兩種形狀規(guī)格。帶材適合繞制餅式線圈，而線材則適合繞制圓筒式線圈。MgB₂超導(dǎo)線材的臨界電流密度高于MgB₂超導(dǎo)帶材，所以采用MgB₂超導(dǎo)線材繞制的線圈體積更小。

發(fā)明內(nèi)容

為了有效地降低采用單一YBCO導(dǎo)體的超導(dǎo)繞組成本，本發(fā)明提出一種MgB₂超導(dǎo)線材和YBCO超導(dǎo)帶材繞制的組合繞組。組合繞組內(nèi)部磁場較高，采用YBCO超導(dǎo)帶材繞制；外部磁場較低，采用MgB₂超導(dǎo)線材。MgB₂新型超導(dǎo)材料產(chǎn)品主要有線材和帶材兩種形狀規(guī)格，MgB₂超導(dǎo)線材的臨界電流密度高于MgB₂超導(dǎo)帶材，采用MgB₂超導(dǎo)線材和YBCO高溫超導(dǎo)帶材繞制的組合繞組能增加MgB₂超導(dǎo)材料的占比，進一步減小超導(dǎo)磁體成本和體積。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種超導(dǎo)組合繞組，包括YBCO超導(dǎo)線圈、YBCO超導(dǎo)線圈骨架、MgB₂超導(dǎo)線圈、MgB₂超導(dǎo)線圈骨架、線圈上支撐板、線圈下支撐板及線圈層間導(dǎo)冷板；YBCO超導(dǎo)線圈繞制在YBCO超導(dǎo)線圈骨架上；MgB₂超導(dǎo)線圈繞制在MgB₂超導(dǎo)線圈骨架上，線圈上支撐板和線圈下支撐板分別裝在YBCO超導(dǎo)線圈上部和下部，所述YBCO超導(dǎo)線圈由YBCO帶材繞制而成，位于組合繞組內(nèi)部，所述MgB₂超導(dǎo)線圈由MgB₂線材繞制而成，位于組合繞組外部，YBCO超導(dǎo)線圈和MgB₂超導(dǎo)線圈分別繞制在各自骨架上，MgB₂超導(dǎo)線圈骨架裝在YBCO超導(dǎo)線圈骨架外部，在MgB₂超導(dǎo)線圈骨架下板開一斜槽，所述斜槽對應(yīng)YBCO超導(dǎo)線圈最底層YBCO帶材引出位置，YBCO超導(dǎo)線圈通過上述斜槽與MgB₂超導(dǎo)線圈連接。

在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，所述斜槽寬度為1~20毫米，可使YBCO帶材通過，槽向與MgB₂超導(dǎo)線圈骨架內(nèi)徑切線之間角度為銳角，并與YBCO帶材繞線方向相同，使YBCO帶材盡量平滑走線到MgB₂超導(dǎo)線圈骨架（4）。

在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中，YBCO超導(dǎo)線圈形狀為圓形或跑道形線圈，繞制結(jié)構(gòu)為餅式結(jié)構(gòu)或筒式結(jié)構(gòu)。

在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，進一步的，MgB₂超導(dǎo)線圈（3）形狀為圓形或跑道形線圈，MgB₂超導(dǎo)線圈（3）繞制結(jié)構(gòu)為圓線材或方線材繞制的筒式結(jié)構(gòu)。

YBCO超導(dǎo)線圈為餅式結(jié)構(gòu)時，YBCO超導(dǎo)線圈之間采用串聯(lián)方式，各YBCO超導(dǎo)線圈骨架同軸疊裝。

進一步的，YBCO帶材與MgB₂線材可采用焊接連接。

所述組合繞組采用制冷機傳導(dǎo)冷卻、液氦浸泡冷卻或冷氦氣冷卻，工作溫度在20K以下。