[發明專利]包封的非絕緣超導線圈及其包封方法

有效

• 申請號: 201710298939.4
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107248444B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 朱佳敏;李柱永;陳思侃;吳蔚;洪智勇
• 申請（專利權）人: 上海超導科技股份有限公司
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01F41/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明提供了一種包封的非絕緣超導線圈，包括：導線線圈本體(1)和填充包封結構(2)。填充包封結構(2)局部或整體包封導線線圈本體的外部，局部或整體填充導線線圈本體(1)的匝間空隙。填充包封結構使用的材料為一種或任意多種非絕緣材料。同時還提供了非絕緣超導線圈包封的方法。本發明能使超導線圈在應用時，保證力學、電學、熱學各方面情況穩定可靠，超導導線匝間徑向電阻一致不變，充放電特性一致不變，從而大大拓寬了超導線圈的應用范圍。

技術領域

本發明涉及超導線圈技術領域，并且更具體地，涉及包封的非絕緣超導線圈及其包封方法。能夠有效的避免超導線圈的失超情況，保持線圈在力學、電學、熱學性能上的穩定。

背景技術

1911年荷蘭萊頓(Leiden)大學的卡末林·昂納斯教授在實驗室首次發現超導現象以來，超導材料及其應用一直是當代科學技術最活躍的前沿研究領域之一。在過去的十幾年間，以高溫超導為主的超導電力設備的研究飛速發展，在超導儲能、超導電機、超導電纜、超導限流器、超導變壓器、超導磁懸浮、核磁共振等領域取得顯著成果。

超導線圈的實際應用需要考慮線圈力學、電學、熱學各方面情況。

超導導體的材料屬性決定了其本身比較脆弱，材料受到一定的彎折、拉伸、扭曲等應力后，十分容易損壞超導導體本身，使其臨界電流大幅下降。超導線圈正常工作時，超導導體在磁場的作用下常會受到較大的電磁應力。此外超導線圈受到的外部機械振動，會傳導給超導導體。尤其在超導電機、超導磁懸浮的這樣的應用環境下，共振、抖動不可避免。無論是受到電磁應力還是振動的傳播，如果超導線圈中某段超導導體有細微的振動，時間一長會造成材料的疲勞使其性能下降，從而影響整個超導線圈的性能。

目前常規超導線圈在應用時通常會用石蠟或者環氧樹脂對其進行真空浸漬，但這種工藝會帶來的一個嚴重的問題在于，工藝本身有可能會對導體本身具有破壞作用。其破壞的機理在于石蠟或者環氧樹脂和超導導體組成的材料，在低溫下熱脹冷縮系數不同，超導導體兩側的石蠟或者環氧樹脂極易在冷卻期間垂直沿剝離方向對超導導線施加剝離應力。尤其釔系超導導體是一種多層鍍層材料，層間結合力弱于剝離應力時，導體性能將發生巨大的折損。即使一開始真空浸漬后沒有出現此問題，但在超導線圈應用時多次冷熱循環以后，此問題也將會出現。超導線圈力學方面的不良影響如果得不到很好解決的話會制約超導線圈的應用。

超導導體的電學性能是超導導體最重要的指標，其關系到超導線圈的應用。超導導體電學性能最重要的指標是臨界電流，超導導體中承載的電流超過臨界電流，超導導體就會失去超導性能，表現為這段導體擁有一定的電阻。超導導體的臨界電流和溫度及磁場有很大的關系，隨著溫度的升高，超導導體的臨界電流會降低，隨著磁場的升高，超導導體的臨界電流會也會降低。超導線圈中超導帶材的失超往往從一個最薄弱的點開始，其失超后擁有一定電阻，在電流作用下產生了熱量，形成了熱斑。而熱斑會使此段超導導體臨界電流降低，經過這樣的正反饋過程，如果過程得不到有效抑制，這一點的失超還會沿著超導導體方向傳播開來，最終導致超導導體局部或整體的燒毀。正因為如此超導線圈在應用中，失超的探測和保護顯得十分重要。然而尤其是高溫超導導體，其導體本身是陶瓷氧化物，通常運行在相對較高的溫度區間30～77K，熱量的傳播比起低溫超導導體的金屬要慢的多，無法通過監測線圈電壓等傳統的方法及時監測到失超信號，因此很難進行探測和保護。失超保護是當前困擾高溫超導線圈技術發展的關鍵問題之一，這也是超導線圈在一些安全要求較高的工程中應用的制約因素。