一种高温超导磁体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高温超导磁体，由磁体下底板、磁体上盖板以及超导线圈和M个隔块组成，M≥1，磁体下底板由下底板本体和下底板凸台构成，磁体上盖板由上盖板本体和上盖板凸台构成，隔块为带缺口的环形结构，分别与磁体上盖板和磁体下底板连接在一起，超导线圈由一个或两个子超导线圈组成，子超导线圈由N个单饼线圈组成，N≥2，相邻两个单饼线圈之间设置一个隔块，由超导带材串联成一体；还公开了其制备方法，本发明专利技术在降低磁体内部温差、降低超导线圈整体的热应力以及充分利用每匝超导带材的强度，实现超导线圈等应力设计等方面均有较大程度的创新，特别适合在高温超导电机中使用。特别适合在高温超导电机中使用。特别适合在高温超导电机中使用。

【技术实现步骤摘要】
一种高温超导磁体及其制备方法


[0001]本专利技术属于超导应用领域，具体涉及一种高温超导磁体及其绕制方法。

技术介绍

[0002]高温超导电机指的是用高温超导线圈取代常规铜线圈的新型同步电机，由于现有高温超导材料在磁场下交流损耗较大，高温超导电机通常采用超导励磁转子和常规定子铜绕组的拓扑结构。
[0003]高温超导磁体作为高温超导电机实现机电能量转换的主要部件，由支撑部件和超导线圈组成，超导线圈采用扁平而细长的高温超导带材按跑道形状绕制而成，支撑部件通常采用无氧铜、铝合金或不锈钢等不导磁或弱导磁金属材料机加工而成，起到安装固定超导线圈的作用。
[0004]现有技术中，有多种高温超导磁体的结构。大部分高温超导磁体由多个单饼或多个双饼组装而成，采用传导冷却的方式，其安装固定于转子低温容器上，工作温度为深低温（27K
‑
35K）。在运行工况下，一方面由于材料导热系数和界面接触热阻的差异，在磁体内部不可避免地存在温度梯度，若温度梯度较大，则超导磁体在低温环境中会产生较大的热应力；另一方面当超导线圈匝数较多时，低温环境致使超导线圈冷收缩，进而导致内匝超导带材热应力与外匝超导带材热应力存在较大的差异，引起超导线圈内部热应力分布极不均匀，进而不能充分利用每匝超导带材的强度。
[0005]基于此，提出一种高温超导磁体，既能减小磁体内部温差，又能充分利用每匝超导带材的强度，实现超导磁体等应力设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于克服现有技术的不足，从超导磁体拓扑结构优化入手，考虑制备方法，提供一种性能更优的高温超导磁体。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导磁体，由磁体下底板、磁体上盖板以及安装在磁体下底板和磁体上盖板之间的超导线圈和M个隔块组成，M≥1，所述的磁体下底板由中央开孔的下底板本体和设置在边缘处并与中央开孔同心的下底板凸台构成，所述的磁体上盖板由中央开孔的上盖板本体和设置在边缘处并与中央开孔同心的上盖板凸台构成，所述的隔块为带缺口的环形结构，通过螺钉和销分别与磁体上盖板和磁体下底板连接在一起，所述的缺口内填充绝缘材料，所述的超导线圈由一个或两个子超导线圈组成，所述的子超导线圈由N个单饼线圈组成，N≥2，相邻两个单饼线圈之间设置一个隔块，并由穿过所述缺口的超导带材串联成一体。
[0008]所述的一种高温超导磁体，其磁体上盖板和磁体下底板结构形式为L形截面的环形跑道形板或圆形板，由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。
[0009]所述的一种高温超导磁体，其隔块结构形式为环形跑道形板或圆形板，由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。
[0010]本专利技术的目的之二是提供一种高温超导磁体的制备方法，超导线圈由一个子超导线圈组成，而每个子超导线圈含M+1个单饼线圈时，其制备方法步骤为：步骤1，机加工完成磁体上盖板、磁体下底板以及M个不同内径的隔块，清洗干净各部件表面油污及灰尘等；步骤2，将M个隔块安装于磁体下底板上，配钻销孔，做好标记；步骤3，将磁体上盖板安装固定于装配有隔块的磁体下底板上，配钻销孔，做好标记；步骤4，拆除磁体上盖板、磁体下底板以及M个隔块，再次清洗干净各部件表面油污及灰尘等；步骤5，依据设计调节好缠绕张力值及由内层至外层逐层递减的加载方式，于下底板凸台上绕制超导线圈的第一个单饼线圈，绕制完成后，将第一个隔块通过螺钉和销安装固定于磁体下底板上；步骤6，将超导线圈的第一个单饼线圈的超导带材穿过第一个隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤5中一致，然后于第一个隔块上绕制第二个单饼线圈；步骤7，安装固定第二个隔块，将第二个单饼线圈的超导带材穿过第二个隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤5中一致，然后于第二个隔块上绕制第三个单饼线圈，依次共安装M个隔块，并共绕制M+1个单饼线圈，进而完成超导线圈的绕制；步骤8，于M个隔块的缺口内填充玻璃纤维或无纺布等绝缘材料，注意不要损坏超导带材；步骤9，将磁体上盖板通过螺钉和销安装固定于绕制有超导线圈的磁体下底板上，真空浸渍或石蜡封装后即为超导磁体。
[0011]本专利技术的目的之三是提供一种高温超导磁体的制备方法，超导线圈由两个子超导线圈组成，而每个子超导线圈含M+1个单饼线圈时，其制备方法步骤为：步骤1，机加工完成磁体上盖板、磁体下底板以及2M个不同内径的隔块，清洗干净各部件表面油污及灰尘等；步骤2，将M个隔块安装于磁体下底板上，配钻销孔，做好标记；步骤3，将剩余M个隔块通过螺钉和销安装固定于步骤2中的M个隔块上，并将缺口错位布置；步骤4，将磁体上盖板安装固定于装配有2M个隔块的磁体下底板上，配钻销孔，做好标记；步骤5，拆除磁体上盖板、磁体下底板以及2M个隔块，再次清洗干净各部件表面油污及灰尘等；步骤6，依据设计调节好缠绕张力值及由内层至外层逐层递减的加载方式，于下底板凸台上绕制第一个子超导线圈的第一个单饼线圈，绕制完成后，将第一个隔块通过螺钉和销安装固定于磁体下底板上；步骤7，将第一个子超导线圈的第一个单饼线圈的超导带材穿过第一个隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤6中一致，然后于第一个隔块上绕制第二个单饼线圈；步骤8，安装固定第二个隔块，将第二个单饼线圈的超导带材穿过第二个隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤6中一致，然后于第二个隔块上绕制第三个单饼线圈，
依次共安装M个隔块，并共绕制M+1个单饼线圈，进而完成第一个子超导线圈的绕制；步骤9，于M个隔块的缺口内填充玻璃纤维或无纺布等绝缘材料，注意不要损坏超导带材；步骤10，调节缠绕张力及加载方式与步骤6中一致，于下底板凸台上绕制第二个子超导线圈的第一个单饼线圈，绕制完成后，将第M+1个隔块通过螺钉和销安装固定于第一个隔块上，其中第M+1个隔块的缺口与第一个隔块的缺口错位布置；步骤11，将第二个子超导线圈的第一个单饼线圈的超导带材穿过第M+1隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤6中一致，然后于第M+1隔块上绕制第二个子超导线圈的第二个单饼线圈；步骤12，安装固定第M+2个隔块，将第二个单饼线圈的超导带材穿过第M+2个隔块的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤6中一致，然后于第M+2个隔块上绕制第三个单饼线圈，依次共安装M个隔块，并共绕制M+1个单饼线圈，进而完成第二个子超导线圈的绕制；步骤13，于M个隔块的缺口内填充玻璃纤维或无纺布等绝缘材料，注意不要损坏超导带材；步骤14，将磁体上盖板通过螺钉和销安装固定于绕制有超导线圈的磁体下底板上，真空浸渍或石蜡封装后即为超导磁体。
[0012]本专利技术的技术效果为：首先，本专利技术子超导线圈的单饼线圈被隔块隔开，作为一个独立单元在结构上与其它超导磁体是分开的。对于采用传导冷却的高温超导磁体而言，制冷机的冷量首先冷却磁体下底板和磁体上盖板，然后传导冷却整个超导线圈，当子超导线圈M个单饼线圈直接相连时，由于匝数较多，制冷机冷量主要通过超导带材窄边传导冷却整个超导线圈，此外由于材料导热系数和界面接触热阻的差异而在超导线圈内部存在较大温度梯度。与子超导线圈M个单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温超导磁体，其特征在于：由磁体下底板（1）、磁体上盖板（4）以及安装在磁体下底板（1）和磁体上盖板（4）之间的超导线圈（3）和M个隔块（2）组成，M≥1，所述的磁体下底板（1）由中央开孔的下底板本体（11）和设置在边缘处并与中央开孔同心的下底板凸台（12）构成，所述的磁体上盖板（4）由中央开孔的上盖板本体（41）和设置在边缘处并与中央开孔同心的上盖板凸台（42）构成，所述的隔块（2）为带缺口的环形结构，分别与磁体上盖板（4）和磁体下底板（1）连接在一起，所述的缺口内填充绝缘材料，所述的超导线圈（3）由一个或两个子超导线圈组成，所述的子超导线圈由N个单饼线圈组成，N≥2，相邻两个单饼线圈之间设置一个隔块（2），由穿过所述缺口的超导带材串联成一体。2.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于，所述的磁体上盖板（4）和磁体下底板（1）由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。3.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体，其特征在于，所述的隔块（2）由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。4.一种如权利要求1所述高温超导磁体的制备方法，其特征在于，步骤为：步骤1，机加工完成磁体上盖板（4）、磁体下底板（1）以及M个隔块（2），清洗干净各部件表面油污及灰尘；步骤2，将M个隔块（2）安装于磁体下底板（1）上，配钻销孔，做好标记；步骤3，将磁体上盖板（4）安装固定于磁体下底板（1）上，配钻销孔，做好标记；步骤4，拆除磁体上盖板（4）、磁体下底板（1）以及隔块（2），再次清洗干净各部件表面油污及灰尘；步骤5，调节好缠绕张力值，按照由内层至外层逐层递减的方式，于下底板凸台（12）上绕制超导线圈的第一个单饼线圈，将第一个隔块（2）通过螺钉和销安装固定于磁体下底板（1）上；步骤6，将超导线圈的第一个单饼线圈的超导带材穿过第一个隔块（2）的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤5中一致，然后于第一个隔块（2）上绕制第二个单饼线圈；步骤7，安装固定第二个隔块（2），将第二个单饼线圈的超导带材穿过第二个隔块（2）的缺口，调节缠绕张力及加载方式与步骤5中一致，然后于第二个隔块（2）上绕制第三个单饼线圈，依次共安装M个隔块（2），并共绕制M+1个单饼线圈，进而完成超导线圈的绕制；步骤8，于M个隔块（2）的缺口内填充玻璃纤维或无纺布；步骤9，将磁体上盖板（4）通过螺钉和销安装固定于绕制有超导线圈（3）的磁体下底板（1）上...

【专利技术属性】
技术研发人员：周勇，熊琪，徐鸿，李位勇，
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：