[發明專利]超導電流泵

有效

• 申請號: 201580053604.5
• 申請日: 2015-08-11
• 公開（公告）號: CN107077944B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: R·M·沃爾什;C·W·本比;R·A·巴德科克;R·A·斯萊德;姜哲男;K·A·漢密爾頓;M·G·菲
• 申請（專利權）人: 維多利亞聯結有限公司;R·M·沃爾什;C·W·本比;R·A·巴德科克;R·A·斯萊德;姜哲男;K·A·漢密爾頓;M·G·菲
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

一種超導電流泵被布置為使DC電流流過容納在低溫恒溫器的低溫外殼內的超導電路，包括在低溫外殼外的轉子和在低溫外殼內的定子，轉子和定子由低溫外殼的熱絕緣壁穿過的間隙分隔開，轉子和定子至少部分地包括鐵磁材料，以將磁通量集中在跨轉子和定子之間的間隙并且穿過所述壁的磁路中，使得低溫外殼外的轉子的相對于低溫外殼內的定子的運動感生出DC傳輸電流流過低溫外殼內的超導電路。在低溫外殼外的驅動電動機與內部轉子之間沒有耦合部，該耦合部可以引入到低溫恒溫器中的熱泄漏路徑，從而增加熱負荷，從而增加將低溫外殼內的冷卻組件保持在所需的低工作溫度所需的冷卻功率。

技術領域

本發明涉及一種用于激勵超導電路的超導電流泵。

背景技術

高溫超導(HTS)線的商業化生產和應用已經得到公認。高溫超導體材料是具有高超導轉變溫度(T_c)的Ⅱ型超導體，典型地使得T_c77K。由 HTS線纏繞的電磁線圈可以實現高磁場，這是由于當在低于T_c的溫度下操作時在高電流密度下極低水平的熱耗散。為了將溫度保持在T_c以下，必須將超導線圈容納在耦合到冷卻源的低溫恒溫器內。電流通常經由包括由普通導電金屬制成的電流引線的電路供應到HTS超導電路。這些電流引線穿過低溫恒溫器壁，以將超導電路連接到位于低溫恒溫器外殼外部的電流源。這種電流引線是在低溫環境下的熱負荷的重要來源，這是由于沿著在高電流下操作的電流引線的熱傳導和在電流引線內的電阻損耗。此外，附隨的電流源和高電流電纜具有大的占用面積，不便于攜帶，并且昂貴。

低溫超導(LTS)線(例如NbTi)通常用于形成電磁線圈。LTS線可以與超導接頭連接，允許制造完全超導電路。完全超導電路可以用外部電流源激勵，以便在去除外部電流源之后在電路周圍保持持續的超導電流。目前，在制造情況下在HTS導體之間實現超導接頭是不切實際的。因此， HTS電路不能在持續電流模式下操作，并且必須維持外部電流源始終連接以平衡超導電路中的電阻性接頭中的損耗。

已經使用電磁感應來在沒有到電路的物理連接的情況下在超導電路內生成電流。采用這種方案的裝置先前被稱為“超導DC發電機”或“超導磁通泵”。術語“磁通泵”用于指代在體超導材料內引入持久體磁化或產生圍繞超導電路流動的凈電流的范圍廣泛的設備。在本說明書中，術語“超導電流泵”指的是感生出圍繞超導電路流動的凈電流的設備。術語“旋轉磁通泵”和“電流泵”在本說明書中可互換使用。

超導磁通泵可以大致分為開關型磁通泵或旋轉型磁通泵。開關磁通泵沒有移動部分，并且通過操作電路中的開關來實現磁通泵送。例如，國際專利申請公開WO2010/070319報告了一種通過使用可轉換的磁性材料來磁化大塊高溫超導體(HTS)材料的磁通泵。旋轉磁通泵具有包括轉子的移動部分，轉子相對于包含待激勵的超導電路的部分的定子移動。轉子承載磁通量源，例如一個或多個永磁體。轉子位于定子附近，從而使來自源的磁通量穿透超導電路的一部分并且橫貫超導體以在超導電路中感生出電流。旋轉磁通泵需要轉子和定子之間的間隙小于幾毫米，以在定子處的超導電路元件中生成足夠的磁通密度，以使得電流泵送能夠發生。旋轉部分位于低溫恒溫器內部，并且機械耦合部穿過低溫恒溫器壁以將轉子連接到旋轉運動源，例如電動機。旋轉磁通泵已經與具有范圍從NbTi(T_c＝9.2K)到YBCO(T_c≈95K)的各種轉變溫度的I型或II型超導材料一起使用。轉子和定子可以方便地布置成徑向通量幾何形狀或軸向通量幾何形狀或其組合。徑向通量幾何形狀表示轉子和定子件圍繞共同的同心軸線布置，以使得磁通鏈路跨越定子和轉子之間的徑向間隙。軸向通量幾何形狀表示定子和轉子件沿著公共軸線線性移位，以使得通量鏈路跨越形成在定子和轉子之間的軸向間隙。例如，在國際專利申請公開WO2012/018265中報告的磁通泵布置具有承載一系列永磁體的轉子，所述永磁體在HTS定子線附近旋轉以在超導電路中感生出電流。

本發明的目的是改進已知的超導磁通泵及其在包括電磁線圈的超導電路中的應用或至少為公眾提供有用的選擇。