一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计制造技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，属于高温超导技术领域，包括骨架本体，辅助支撑部，线圈接头。由于本发明专利技术中骨架本体采用奥氏体不锈钢或钛合金材质，能够承受一定机械强度并且具有高导热率的金属材料加工制造，能够同时满足强场磁体低温大电流下的热学和力学需求，零部件加工难度低，装配简单方便且能与线圈绕制相配合。辅助支撑部能够对带材均匀施加预紧力，能适用于特殊形状的磁体。接头处通过Z字型绝缘部件，实现了对称化条块状设计，能够在磁体运输组装的过程中均匀受力，且保护带材不受外力影响，同时具备紧凑的接头设计和辅助支撑，能够将空间最大化利用并解决直线段受电磁力影响问题。直线段受电磁力影响问题。直线段受电磁力影响问题。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计


[0001]本专利技术属于高温超导
，具体的说涉及一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计。

技术介绍

[0002]超导的发现是人类科学史上的重大发现之一。随着高温超导技术的不断发展和成熟，高温超导技术的应用领域不断扩展。近年来，二代高温超导材料(REBCO涂层导体)超导材料因由于其较高的上临界磁场和工程电流密度，成为制备强场磁体的方案之一，在托卡马克磁体、加速器磁体、核磁共振医疗(NMR)磁体等大科学装置和医疗磁体中有巨大应用潜力。
[0003]双饼线圈(double pancake coil)是由超导带材直接绕制或夹绝缘层绕制而成，在最内匝或最外匝通过特殊的结构设计使带材跨越两个线饼，这样设计的优点在于线圈内部没有接头，减少了传输电阻；同时可以将电流引线接头全部放于内侧或全部放于外侧，在空间要求较高的磁体如托卡马克磁体中具有优势。但是，由于超导双饼线圈目前商业应用规模较小，在少数实验研究应用中采用定制化、小型化设计。目前有些研究团队采用尼龙或塑料等材料进行3D打印，而有的则采用环氧树脂板(G10)进行机械加工，这种方式仅适用于以原理研究为目标的小型超导线圈，而应用于米级以上的大尺寸线圈时加工制造较为困难，尼龙、塑料、环氧树脂等材料可能会在热学和力学上产生问题。
[0004]基于此，现有技术存在有如下技术问题：
[0005]采用尼龙、塑料、环氧树脂等材料并不能满足强场磁体应用中对力学、热学的需求标准，并且在面对米级以上的大尺寸线圈时加工制造较为困难，目前大部分研究团队都只针对圆形或跑道形超导线圈进行研究，然而在托卡马克磁体和加速器磁体中更多的则是不规则形状的磁体，线圈骨架设计难度更大。因此超导双饼线圈的骨架设计没有统一的标准，在未来大规模商业应用中存在困难。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，用以实现满足线圈的骨架设计在极低的温度和极高的电磁力下运行，并且方便在大尺寸规模下完成加工制造，满足装置的紧凑化的结构。
[0007]本专利技术公开了一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，包括：骨架本体、辅助支撑装置；所述辅助支撑装置设置在所述骨架本体直线部分；
[0008]所述骨架本体包括线圈骨架、挡线部、分隔部；所述挡线部包括第一挡线部、第二挡线部；所述线圈骨架与所述第一挡线部相连接；所述分隔部与所述线圈骨架相连接且与所述线圈骨架垂直；所述第二挡线部与所述线圈骨架相连接；所述分隔部设置在所述第一挡线部和所述第二挡线部之间，构成第一线槽和第二线槽；
[0009]所述辅助支撑装置包括辅助支撑部、通孔；所述辅助支撑部与所述挡线部相适配；
所述辅助支撑部上开设有通孔；所述通孔至少设置有两个，分别与所述第一线槽和所述第二线槽对应设置；预紧件穿过所述通孔，所述通孔与所述预紧件配合。
[0010]优选的，所述骨架本体具体采用奥氏体不锈钢或钛合金。
[0011]优选的，所述骨架本体还包括连接孔、固定孔，所述线圈骨架上设置有所述连接孔，所述连接孔用于所述挡线部与所述线圈骨架的连接，还用于所述分隔部与所述线圈骨架的连接；所述固定孔通过连接件连接外部绕线设备。
[0012]优选的，所述通孔设置有预紧件，通过控制所述预紧件调节所述骨架本体的预紧力
[0013]优选的，所述辅助支撑部上还开设有辅助支撑固定孔；所述辅助支撑固定孔用于将辅助支撑部与骨架本体进行固定。
[0014]优选的，还包括线圈接头；
[0015]所述线圈接头包括正极铜端子、Z字型绝缘部件、负极铜端子；所述正极铜端子与Z字型绝缘部件通过尼龙螺栓固定连接；所述负极铜端子与Z字型绝缘部件通过尼龙螺栓固定连接。
[0016]优选的，所述Z字型绝缘部件具体为特氟龙或环氧树脂。
[0017]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0018]1)由于本专利技术中骨架本体采用奥氏体不锈钢或钛合金材质，能够承受一定机械强度并且具有高导热率的金属材料加工制造，能够同时满足强场磁体低温大电流下的热学和力学需求，零部件加工难度低，装配简单方便且能与线圈绕制相配合。
[0019]2)辅助支撑部能够对带材均匀施加预紧力，能适用于特殊形状的磁体。
[0020]3)接头处通过Z字型绝缘部件，实现了对称化条块状设计，能够在磁体运输组装的过程中均匀受力，且保护带材不受外力影响。
[0021]4)大尺寸超导双饼线圈的骨架设计具有统一的标准，适于应用到在未来大规模商业中。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中的整体结构示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例中骨架的装配方式示意图。
[0024]图3为本专利技术实施例中骨架的辅助支撑部示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例中线圈骨架的接头设计示意图。
[0026]图1中，1为线圈骨架，2为挡线部，3为分隔部，4为连接孔， 5为固定孔，6为辅助支撑部，7为通孔，8为辅助支撑固定孔，9为正极铜端子，10为绝缘部件，11为负极铜端子。
[0027]具体实施方法
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]为了解决现有技术中不能满足强场磁体应用中对力学、热学的需求标准，并且在面对米级以上的大尺寸线圈时加工制造较为困难的技术问题，本专利技术提供了一种大尺寸超
导双饼线圈骨架设计。
[0030]参见图1，本专利技术实施例公开了一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，包括：骨架本体、辅助支撑装置；
[0031]所述骨架本体包括线圈骨架、挡线部、分隔部；所述挡线部包括第一挡线部、第二挡线部，作为绕制过程中，整个骨架结构最外侧的挡板；所述线圈骨架与所述第一挡线部相连接；所述分隔部与所述线圈骨架相连接且与所述线圈骨架垂直；所述第二挡线部与所述线圈骨架相连接；所述分隔部设置在所述第一挡线部和所述第二挡线部之间，构成第一线槽和第二线槽；第一线槽用于第一个线圈饼的绕制，第二线槽用于第二个线圈饼的绕制，整个骨架本体采用奥氏体不锈钢、钛合金等材料，能够承受一定机械强度并具有高导热率的金属材料加工制造，使线圈的骨架结构满足力学、热学的需求。
[0032]在上述实施例的基础上，由于特殊形状线圈(如托卡马克磁体、加速器磁体等)中的直线部分没有有效的力学支撑，会出现张力降低，带材无法很好与骨架贴合的问题，本专利技术还设置有辅助支撑装置，见附图3。
[0033]所述辅助支撑装置包括辅助支撑部、通孔；所述辅助支撑部与所述挡线部相适配；所述辅助支撑部上开设有通孔；所述通孔至少设置有两个，分别与所述第一线槽和所述第二线槽对应设置；预紧件穿过所述通孔，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，其特征在于，包括：骨架本体、辅助支撑装置；所述辅助支撑装置设置在所述骨架本体直线部分；所述骨架本体包括线圈骨架(1)、挡线部(2)、分隔部(3)；所述挡线部(2)包括第一挡线部、第二挡线部；所述线圈骨架(1)与所述第一挡线部相连接；所述分隔部(3)与所述线圈骨架(1)相连接且与所述线圈骨架(1)垂直；所述第二挡线部与所述线圈骨架(1)相连接；所述分隔部(3)设置在所述第一挡线部和所述第二挡线部之间，构成第一线槽和第二线槽；所述辅助支撑装置包括辅助支撑部(6)、通孔(7)；所述辅助支撑部(6)与所述挡线部(2)相适配；所述辅助支撑部(6)上开设有通孔(7)；所述通孔(7)至少设置有两个，分别与所述第一线槽和所述第二线槽对应设置；预紧件穿过所述通孔(7)，所述通孔(7)与所述预紧件配合。2.根据权利要求1所述的一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，其特征在于，所述骨架本体具体采用奥氏体不锈钢或钛合金。3.根据权利要求1所述的一种大尺寸超导双饼线圈骨架设计，其特征在于，所述骨架本体还包括连接孔(4)、固定孔(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛杰，王雪亮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：