一种基于环形超导片的导冷式超导磁体制造技术

本发明专利技术公开了属于超导磁体应用领域的一种基于环形超导片的导冷式超导磁体。该超导磁体由环形超导片和绝缘Cu薄片由下至上交互堆叠构成，上下各加一片法兰，并通过绝缘拉杆连接固定而成。环形超导片和绝缘Cu薄片上设有定位孔，定位孔中放入磁通泵，超导磁体通过磁通泵励磁，无需电流引线和焊接电阻。绝缘Cu薄片两面涂有绝缘漆，其直径与环形超导片相同，且有径向切口。绝缘Cu片带有接头，直接与制冷机相连，采用导冷式冷却结构，具有更高的热稳定性。该超导磁体具有结构简单、稳定性高、可拆卸、绝缘处理容易的优点，能够实现超导磁体的闭环运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环形超导片的导冷式超导磁体
本专利技术属于超导磁体应用领域，特别涉及一种基于环形超导片的导冷式超导磁体。
技术介绍
超导磁体技术在商业化应用方面日趋成熟，在医用领域MRI和强磁场领域获得了广泛应用。目前第二代高温超导带材的生产速度达到了200m/h，长度达到km量级。超导磁体可以通过绕制带材成双饼式或螺管式结构来制备，大型磁体需要的带材长度更长，随着长度的增加，带材成品率大幅降低，限制了高温超导磁体的广泛应用。采用超导带搭接方式可以实现足够长度的超导带材，但是无法实现无阻焊接，也无法实现超导磁体的闭环运行。超导磁体一般采用处于常温的电源来励磁，电源通过电流引线通入超导磁体，引线和超导线之间的焊接电阻在通电时会产生功率损耗，产生的热量也提高了冷却成本，不利于磁体稳定性。此外，内部励磁法励磁完成后需取出磁通泵线圈，下一次励磁时需再放入线圈，操作繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，其特征在于，所述超导磁体是由绝缘Cu薄片和环形超导片交互堆叠而成，上下各加一片法兰片，通过绝缘拉杆无磁螺栓固定。本专利技术基于超导片的不同形状分为两种实施方案，每一种实施方案基于定位孔与超导片内环的的位置关系分为三种结构，不同结构的超导磁体的组装方法相同，如下所述：定位杆穿过定位孔，首先放置好第一片绝缘Cu薄片，将第一片环形超导片对齐堆叠在第一片绝缘Cu薄片上面，定位孔位置对齐穿过定位杆。接着将第二片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第一片环形超导片上面，将第二片环形超导片对齐堆叠在第二片绝缘Cu薄片上面。然后将第三片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第二片环形超导片上面，像这样由下至上依次堆叠，堆叠完成后上下各加一片法兰片，法兰片上有尺寸和位置与环形超导片相同的定位孔，法兰片的内半径与环形超导片内半径相同，外半径大于环形超导片外半径，在大于超导片的区域对称开四个螺丝孔，通过绝缘拉杆和螺栓进行固定。固定好磁体后取出定位杆，在定位孔处插入磁通泵线圈，磁通泵线圈的引出线与外部电源的接头连接，形成完整的基于环形超导片的导冷式超导磁体。磁体运行时，铜片上的接头接制冷机的冷头，制冷机制冷提供超高运行的温度环境。所述超导磁体采用导冷式冷却。所述环形超导片上有定位孔，与绝缘Cu薄片堆叠成超导磁体后，在定位孔放入励磁磁通泵的线圈，磁通泵的线圈与外部脉冲电流源连接，实现磁体的超导闭环运行。所述环形超导片上的定位孔尺寸远小于超导片尺寸，可以忽略定位孔对磁场均匀性的影响。所述绝缘Cu薄片尺寸与环形超导片相同，其上分布有位置和大小与环形超导片相同的定位孔；绝缘Cu薄片有径向切口，双面涂绝缘漆，外接制冷机。所述超导磁体基于超导片形状的不同分为两种结构，每种结构根据定位孔的位置又分为相交、相切、相离三种形式。本专利技术的有益效果为：提供了一种基于环形超导片的导冷式超导磁体结构该超导磁体稳定性高、制造方便、结构简单、无弯曲半径限制，采用磁通泵励磁，无需电源和电流引线，且磁通泵线圈部分不用拆卸，操作简便，有助于实现超导磁体的闭环运行高场应用。附图说明图1为实施方案一中三种环形超导片示意图；图2为实施方案二中三种环形超导片示意图；图3为实施方案一中有径向切口的绝缘Cu薄片示意图；图4为实施方案二中有径向切口的绝缘Cu薄片示意图；图5为实施方案一中采用磁通泵励磁的导冷式超导磁体(相交型)模型示意图；图6为实施方案二中采用磁通泵励磁的导冷式超导磁体(相交型)模型示意图；图7为泵入磁通泵脉冲交流电源的交变电流波形示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，下面结合附图和具体实施方案对本专利技术做进一步的说明。实施方案一：当需要的超导磁体内径尺寸较大，环形超导片的内外半径相差较小时，环形超导片制作时一侧要更宽一些，保证切出定位孔后环形超导片的整体宽度一致，具体方法如下：首先按照环形超导片要求的径向宽度尺寸，在环形超导片的一侧留出凸出的宽度裕度，这一侧用于切割出放置磁通泵线圈的定位孔，定位孔的尺寸略大于线圈的外径尺寸。再根据定位孔位置将超导片分为三种结构，即相交型、相切型、相离型，相离型结构切孔与超导片的内部要划开以保证连通。最后在超导片上镀一层Cu，避免切面分层和超导层的氧化。磁体采用导冷式冷却，组成磁体的绝缘Cu薄片截面尺寸和形状与环形超导片相同，只是一侧留有接头，接头直接接制冷机冷头，便于控制温度，使得磁体稳定性更好。绝缘Cu薄片上有径向切口，避免形成电流可流通的闭环，绝缘Cu片双面涂有绝缘漆，用于间隔超导片。实施方案二：当需要的超导磁体内径尺寸较小，环形超导片的内外半径相差较大时，在超导环片的内径一侧切出定位孔，具体方法如下：首先按照环形超导片要求的尺寸，采用成熟的现有切割工艺在环形超导片内径一侧切出固定用的定位孔，定位孔的尺寸略大于线圈部分的外径尺寸。再根据定位孔的位置将超导片分为相交型、相切型、相离型，然后将相离型超导片定位孔中心和超导环圆心之间连线上的部分切开，使其切孔与超导片的内部连通。最后在超导片上镀一层Cu，避免切面分层和超导层的氧化。由于环形超导片的宽度很大，且切孔的尺寸远小于超导片的尺寸，可以近似认为切孔对超导片没有影响。组成磁体的绝缘Cu薄片截面尺寸和形状与环形超导片相同，采用导冷式冷却，绝缘Cu薄片上有径向切口，双面涂有绝缘漆，用于间隔超导片。绝缘Cu薄片在一侧留有接头，接头直接接制冷机冷头，便于控制温度，磁体稳定性更好。采用超导磁通泵技术向超导磁体供电，磁通泵由脉冲电源和螺管线圈组成。磁通泵线圈采用空心线圈，线圈的外尺寸略小于环形超导片定位孔的尺寸，线圈高度大于超导磁体高度。磁通泵螺管线圈插入到超导磁体相应的定位孔，并被固定在磁体上。线圈可以双层绕制(注意线圈绕制方向，保证为有感线圈)，并从一端引出两个接头用以接入外部电源，控制线圈绕制方向，保证为有感线圈。磁通泵外部电流源采用脉冲电流，电流波形要求上升沿时间远小于下降沿时间。励磁进行过程中，每个电流脉冲周期的励磁都能使超导磁体的磁场增加，当超导磁体的磁场达到要求时，只需断开外部电源，无需撤去磁通泵。超导状态电流保持恒定，维持一个稳定的磁场。超导磁体结构的组装方法如下所述：构成超导磁体的环形超导片可近似看作为圆环形，同一磁体绝缘Cu薄片的形状、尺寸与环形超导片相同，且含有位置、大小与超导环片相同的定位孔，且绝缘Cu薄片一侧同一位置有制冷接头，组装时要对齐。定位杆穿过定位孔，首先放置好第一片绝缘Cu薄片，将第一片环形超导片对齐堆叠在第一片绝缘Cu薄片上面，定位孔位置对齐穿过定位杆。接着将第二片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第一片环形超导片上面，将第二片环形超导片对齐堆叠在第二片绝缘Cu薄片上面。然后将第三片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第二片环形超导片上面，像这样由下至上依次堆叠。堆叠完成后上下各加一片法兰片，法兰片上有尺寸和位置与环形超导片相同的定位孔，法兰片的内半径与环形超导片内半径相同，外半径大于环形超导片外半径，在大于超导片的区域对称开四个螺丝孔，通过绝缘拉杆和螺栓进行固定。固定好磁体后取出定位杆，在定位孔处插入磁通泵线圈，磁通泵线圈引出线与外部电源的接头连接，形成完整的基于环形超导片的导冷式超导磁体。磁体运行时，铜片上的接头接制冷机的冷头，制冷机制冷提供超高运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，其特征在于，所述超导磁体的组装方式为：将定位杆穿过定位孔，放置好第一片绝缘Cu薄片，将第一片环形超导片定位孔穿过定位杆堆叠在第一片绝缘Cu薄片上面；将第二片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第一片环形超导片上面，将第二片环形超导片对齐堆叠在第二片绝缘Cu薄片上面；将第三片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第二片环形超导片上面，依次类推，由下至上依次完成环形超导片和绝缘Cu薄片的交互堆叠后上下各加一片法兰片，通过绝缘拉杆和螺栓进行固定。

【技术特征摘要】
1.一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，其特征在于，所述超导磁体的组装方式为：将定位杆穿过定位孔，放置好第一片绝缘Cu薄片，将第一片环形超导片定位孔穿过定位杆堆叠在第一片绝缘Cu薄片上面；将第二片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第一片环形超导片上面，将第二片环形超导片对齐堆叠在第二片绝缘Cu薄片上面；将第三片绝缘Cu薄片对齐堆叠在第二片环形超导片上面，依次类推，由下至上依次完成环形超导片和绝缘Cu薄片的交互堆叠后上下各加一片法兰片，通过绝缘拉杆和螺栓进行固定。2.根据权利要求1所述的一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，其特征在于，所述超导磁体采用导冷式冷却。3.根据权利要求1所述的一种基于环形超导片的导冷式超导磁体，其特征在于，所述环形超导片上有定...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡一丹，王银顺，陈浩，刘明闯，皮伟，李继春，夏芳敏，
申请(专利权)人：华北电力大学，富通集团天津超导技术应用有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11