一种高温超导储能磁体装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温超导储能磁体装置，包括高温超导线圈、支撑内环、多层过渡超导带、支撑圆环、多层过渡不锈钢带、支撑外环、导热侧板、过渡冷桥、密封侧板、拉杆和电流引线；本发明专利技术采用玻璃纤维增强树脂基复合材料的支撑内环，可以降低涡流损耗，防止超导线圈出现机械损伤，采用多层过渡超导带和多层不锈钢带可以有效缓解不同材料部件之间的间隙，采用玻璃纤维增强树脂基复合材料编织而成的支撑圆环套确保支撑圆环具有足够的机械强度，采用无氧铜材料的导热侧板，降低工作时的涡流损耗，采用不锈钢拉杆增加装置的整体机械强度。

A High Temperature Superconducting Energy Storage Magnets Device

The invention discloses a high temperature superconducting energy storage magnet device, which comprises a high temperature superconducting coil, a supporting inner ring, a multi-layer transition superconducting belt, a supporting ring, a multi-layer transition stainless steel belt, a supporting outer ring, a heat conducting side plate, a transition cold bridge, a sealing side plate, a tie rod and a current lead; the supporting inner ring of the glass fiber reinforced resin matrix composite material is adopted to reduce eddy current losses. In order to prevent the mechanical damage of superconducting coils, the multi-layer transition superconducting tape and multi-layer stainless steel tape can effectively alleviate the gap between different material components. The supporting ring sleeve woven with glass fiber reinforced resin matrix composites ensures that the supporting ring has sufficient mechanical strength. The thermal conducting side plate made of oxygen-free copper material is used to reduce the eddy current loss while working, and stainless steel is used. Steel tie rods increase the overall mechanical strength of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种高温超导储能磁体装置
本专利技术属于高温超导应用技术和新型磁储能技术等领域，具体涉及一种高温超导储能磁体装置，作为储能元件用于高温超导储能系统中，特别适用于基于传导冷却方式的高温超导储能系统，应用于电力系统。
技术介绍
随着高温超导线材技术的进步以及由此而发展起来的超导应用技术的研究热潮，超导磁储能系统（SMES）电力装置技术发展迅速，正逐步由试验阶段转入实际工程应用阶段。超导储能技术是利用高温超导线圈将能量以电磁能的形式储存起来，在需要时再将电磁能释放给电力装置。由于超导体的零电阻特性，其线圈载流密度能够达到很高，进而可以降低储能系统的体积和重量，具有高能量密度、高功率密度、快速响应和使用寿命长等特点。这些优势使得SMES在提高电力系统动态特性、作为重要设备的紧急备用电源或UPS电源，以及在新概念高能武器脉冲功率技术等多种领域和用途上具有明显的优越性。超导储能磁体作为能量存储单元，是整个超导储能系统最为核心的部件，承担着电磁能的快速存储和释放功能。超导储能系统在实际应用中，超导储能磁体往往需要工作在30K左右的超低温环境和强磁场环境中，将使其承受较大的冷收缩应力和强电磁力的共同作用，进而导致超导磁体内部产生较大的应变，当应变达到一定程度时，一方面会使超导磁体线圈的临界电流密度退化，另一方面会导致磁体内部的复合材料破裂，进而影响超导磁体结构的稳定性。根据日本超导和低温工程协会对世界超导磁体系统的调查研究结果，超导磁体工作电流难以达到其设计要求的大部分原因来源于机械损伤。因此，在高温超导储能磁体装置的设计过程中，应根据磁体结构所受应变分布特征，采取相应的加强措施以确保超导磁体具有足够的机械强度。另外，在传导冷却方式的高温超导储能磁体系统中，磁体的导冷必须借助金属件完成。然而，高温超导储能磁体在实际工作中会产生交变电流，进而产生交变磁场，使得超导磁体内部的金属结构件中产生较大的涡流损耗。这种涡流损耗产生的热量一方面会引起超导磁体线圈的温度增加，使其实际温度超过设计的工作温度，将导致磁体线圈载流能力降低，同时可能会导致超导磁体线圈局部失超，严重情况下甚至损毁磁体线圈；另一方面，会引起制冷系统的制冷负荷增加，若不能将涡流损耗产生的热量及时带走，将影响整个储能系统的热稳定性，最终将到导致系统无法正常工作。因此，在保证超导储能磁体具有足够导冷效果的前提下，应尽量减少磁体内部的金属结构件和降低金属结构件的涡流损耗，这是超导储能磁体结构设计的关键环节，也是技术难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对大容量高温超导储能系统的应用场景，提供一种高温超导储能磁体装置，作为储能元件用于高温超导储能系统中，以解决现有高温超导储能磁体装置中超低温和强磁场带来的机械强度问题，以及磁体内部金属件在交变磁场下产生较大涡流损耗带来的超导磁体局部失超风险和影响系统热稳定性等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导储能磁体装置，包括支撑内环以及绕制在支撑内环上的高温超导线圈，所述的高温超导线圈外侧套有支撑圆环,高温超导线圈和支撑圆环之间填充有多层过渡超导带，所述的支撑圆环外侧套有支撑外环，支撑圆环和支撑外环之间填充有多层过渡不锈钢带，所述高温超导线圈的前后两侧设置有导热侧板，导热侧板采用螺栓分别与支撑内环和支撑外环进行连接固定，导热侧板的端部连接有过渡冷桥，过度冷桥采用无氧铜材料加工而成，用于将冷源冷量传递到导热侧板上，导热侧板外固定有密封侧板，所述的密封侧板外设有沿周向均匀分布的多个拉杆，拉杆的两端分别与支撑内环和支撑外环连接，所述高温超导线圈引出的电流引线穿出支撑圆环后固定在支撑外环的环氧块上，所有部件组装完成后再利用低温环氧胶进行常温真空浸渍浇注，将所有部件进行固化。所述的一种高温超导储能磁体装置，其高温超导线圈通过高温超导带材绕制而成，采用截面为圆形或D形的双饼结构，线圈两端的电流引线同侧引出进行衔接固定。所述的一种高温超导储能磁体装置，其支撑内环通过玻璃纤维增强树脂基复合材料编织而成，采用阶梯式圆环结构，用于高温超导线圈的内部支撑，以及导热侧板和拉杆的端部固定。所述的一种高温超导储能磁体装置，其多层过渡超导带采用n（n=3～6）根超导带拼接而成，用于缓解和减小高温超导线圈与支撑圆环由于不同收缩率导致的低温下两者收缩界面处的间隙，每根超导带保持断开，n根超导带构成n个具有断口的同心圆，断口采用聚酰亚胺胶带进行包扎，相邻两个圆断口所处位置在圆周方向保持间隔360/n度。所述的一种高温超导储能磁体装置，其支撑圆环采用玻璃纤维增强树脂基复合材料编织而成，其内径与多层过渡超导带外径一致，厚度与高温超导线圈的一致，圆环宽度为30～40mm；支撑圆环上分别沿着高温超导线圈两端电流引线的出线方向开设宽1mm深6mm的出线槽，用于电流引线的出线。所述的一种高温超导储能磁体装置，其多层过渡不锈钢带采用n（n=3～6）根厚度小于0.3mm的不锈钢带拼接而成，用于缓解和减小支撑圆环与支撑外环由于不同收缩率导致的低温下两者收缩界面处的间隙，每根不锈钢带保持断开，断口和不锈钢带本体均采用聚酰亚胺胶带进行包扎，相邻两匝的断口所处位置在圆周方向保持间隔360/n度。所述的一种高温超导储能磁体装置，其支撑外环和拉杆均采用不锈钢材料加工而成；支撑外环并采用内圆外方结构，其内径与支撑圆环的外径一致，且厚度与支撑圆环厚度一致，从内圆到外侧的最大宽度不超过20mm；拉杆沿圆周呈辐射状分布，且分布在左右两侧的拉杆数量相对分布在上下侧数量较多，用于进一步增加装置的整体机械强度，同时并未带来较多的涡流损耗，拉杆厚度为5～10mm，宽度为15～25mm，长度尺寸根据超导线圈的径向长度进行确定。所述的一种高温超导储能磁体装置，其导热侧板采用无氧铜材料按照特殊结构形式加工而成，并采用内圆外方结构，用于超导线圈的导冷，其厚度为3mm～6mm，板面开设一系列1mm～3mm宽的直槽，其径向长度需确保槽口超出超导线圈所在径向区域，槽口沿圆周呈辐射状分布，槽之间的最大距离为15～20mm，四周外部和内圆附近未开槽区域的宽度为15～20mm。同时，沿水平方向中部区域的槽口朝圆心方向全部切断，以使内圆附近的未开槽区域分断，失去连续性。所述的一种高温超导储能磁体装置，其密封侧板采用环氧酚醛层压玻璃布板加工而成，并采用内圆外方结构，用于整体结构的封装，其内圆直径与支撑内环的内径一致，外侧尺寸与支撑外环的外侧尺寸一致，厚度为3～5mm。所述的一种高温超导储能磁体装置，其电流引线采用无氧铜带与超导带拼接而成，其中无氧铜带的宽度和厚度分别与超导带的宽度和厚度一致，两者之间通过焊接方式进行连接。本专利技术通过采取以上技术方案，具有以下优势：1、采用玻璃纤维增强树脂基复合材料的支撑内环，既可以显著降低磁体装置工作时的涡流损耗，同时可以为防止超导线圈出现机械损伤提供有效保障；2、采用多层过渡超导带和多层不锈钢带可以有效缓解不同材料部件之间由于不同收缩率导致的低温下收缩界面处的间隙；3、采用玻璃纤维增强树脂基复合材料编织而成的支撑圆环套在高温超导线圈外侧，且开设呈八字形分布的宽1mm，深6mm的出线槽，确保支撑圆环具有足够的机械强度，进而提高了超导线圈的抗变形能力；4、采用无氧铜材料按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温超导储能磁体装置，其特征在于：包括支撑内环（2）以及绕制在支撑内环（2）上的高温超导线圈（1），所述的高温超导线圈（1）外侧套有支撑圆环（4）, 高温超导线圈（1）和支撑圆环（4）之间填充有多层过渡超导带（3），所述的支撑圆环（4）外侧套有支撑外环（6），支撑圆环（4）和支撑外环（6）之间填充有多层过渡不锈钢带（5），所述高温超导线圈（1）的两侧设置有导热侧板（7），导热侧板（7）的端部连接有过渡冷桥（8），导热侧板（7）外固定有密封侧板（9），所述的密封侧板（9）外设有沿周向均匀分布的多个拉杆（10），拉杆（10）的两端分别与支撑内环（2）和支撑外环（6）连接，所述高温超导线圈（1）的电流引线（11）穿出支撑圆环（4）后固定在支撑外环（6）的环氧块上。

【技术特征摘要】
1.一种高温超导储能磁体装置，其特征在于：包括支撑内环（2）以及绕制在支撑内环（2）上的高温超导线圈（1），所述的高温超导线圈（1）外侧套有支撑圆环（4）,高温超导线圈（1）和支撑圆环（4）之间填充有多层过渡超导带（3），所述的支撑圆环（4）外侧套有支撑外环（6），支撑圆环（4）和支撑外环（6）之间填充有多层过渡不锈钢带（5），所述高温超导线圈（1）的两侧设置有导热侧板（7），导热侧板（7）的端部连接有过渡冷桥（8），导热侧板（7）外固定有密封侧板（9），所述的密封侧板（9）外设有沿周向均匀分布的多个拉杆（10），拉杆（10）的两端分别与支撑内环（2）和支撑外环（6）连接，所述高温超导线圈（1）的电流引线（11）穿出支撑圆环（4）后固定在支撑外环（6）的环氧块上。2.根据权利要求1所述的一种高温超导储能磁体装置，其特征在于，所述的高温超导线圈（1）通过高温超导带材绕制而成，采用截面为圆形或D形的双饼结构，两端的电流引线（11）同侧引出。3.根据权利要求1所述的一种高温超导储能磁体装置，其特征在于，所述的支撑内环（2）通过玻璃纤维增强树脂基复合材料编织而成，采用阶梯式圆环结构，用于高温超导线圈（1）的内部支撑，以及导热侧板（7）和拉杆（10）的端部固定。4.根据权利要求1所述的一种高温超导储能磁体装置，其特征在于，所述的多层过渡超导带（3）采用n（n=3～6）根超导带拼接而...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭思思，李位勇，郑军，代义军，郭祥华，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42