可插拔式的固氮冷却高温超导磁体制造技术

本技术涉及高温超导磁体技术领域，公开了一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体。其中，该超导磁体包括制冷机冷头、第一导冷带、固氮腔、外杜瓦、第二导冷带、超导线圈和导冷层，所述固氮腔和所述超导线圈设置在所述外杜瓦内，所述外杜瓦内为真空环境，所述制冷机冷头通过所述第一导冷带与所述固氮腔连接，所述固氮腔通过所述第二导冷带与所述超导线圈连接，所述导冷层设置在所述超导线圈外侧。由此，在制冷机与超导磁体分离后，可以较长时间维持超导线圈的低温状态以及更好地实现超导磁体在动态环境下的使用，减少了制冷机在运动环境下的重量增加以及可靠性降低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及高温超导磁体，尤其涉及一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体。

技术介绍

1、由高温超导材料绕制的高温超导磁体可以应用于超导电动磁悬浮列车、高温超导飞轮储能、核磁共振成像等领域，具有常导磁体和传统磁体装备不具有的优点，例如更小的占用空间、更高的磁场强度和电流密度等。

2、高温超导带材存在三个临界指标，分别是临界电流、临界温度以及临界磁场，当三个指标均足超导态的要求时，高温超导带材会由电阻态变成超导态。高温超导磁体在实际应用时通常选择液氮(77k)作为制冷剂来冷却高温超导磁体使其迅速进入超导态，但要发挥出高温超导磁体的最佳性能，就需要进一步降低低温系统的温度。例如高温超导带材在77k下的临界电流为200a，那么当温度下降至20k时其临界电流可以达到300a甚至更高，随着温度的降低，高温超导带材的通流能力也不断提高，相对应地，高温超导磁体产生的磁场和安全裕度也得到了提高。

3、为了给高温超导磁体提供一个更低的温度环境，目前有两种技术方案，一种是利用制冷机作为冷源冷却超导磁体，另外一种是直接利用液氦来冷却超导磁体。但这两种方案在实际使用中均存在一定的缺点。

4、采用制冷机冷却高温超导磁体有如下缺点：

5、1、在超导电动磁悬浮列车、高温超导飞轮储能以及大功率电磁推进等应用领域，高温超导磁体需要作为运动部件来使用；同样地，制冷机也需要随高温超导磁体一起运动，在运动环境下制冷机的可靠性以及制冷性能均会受到影响。

6、2、制冷机一直处于工作状态无疑增加了超导磁体系统的整体重量，一旦撤掉制冷机，没有冷源之后高温超导磁体的温度会迅速上升，使用时间以及安全性会大打折扣。

7、3、制冷机冷头体积有限，目前现有技术方案大都采用铜导冷带传导冷却的方式冷却超导磁体，受限于冷头的体积有限，导致冷却不均匀，冷却效果较差，导致超导磁体局部局域容易发生失超。

8、采用液氦直接冷却也有如下缺点：

9、1、液氦作为战略物资，其储量非常有限，供应无法得到保证，在一定程度上限制了液氦的使用场景。

10、2、液氦的价格非常昂贵，高温超导磁体采用液氦降温使用的液氦量较大，降温成本很高，且对液氦进行回收利用的回收系统也非常复杂和昂贵。

技术实现思路

1、本技术提供了一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体，能够解决现有技术中的技术问题。

2、本技术提供了一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体，其中，该超导磁体包括制冷机冷头、第一导冷带、固氮腔、外杜瓦、第二导冷带、超导线圈和导冷层，所述固氮腔和所述超导线圈设置在所述外杜瓦内，所述外杜瓦内为真空环境，所述制冷机冷头通过所述第一导冷带与所述固氮腔连接，所述固氮腔通过所述第二导冷带与所述超导线圈连接，所述导冷层设置在所述超导线圈外侧。

3、优选地，所述第一导冷带采用金属编织带制成。

4、优选地，所述第二导冷带采用金属编织带制成。

5、优选地，所述金属为铜。

6、优选地，所述超导线圈采用高温超导带材绕制而成。

7、优选地，所述导冷层采用金属丝制成。

8、优选地，所述金属丝为铜丝。

9、通过上述技术方案，可以利用制冷机对固氮腔进行冷却，进一步降低固氮的温度，且在固氮腔与制冷机以及固氮腔与超导线圈之间通过对应的导冷带进行冷量传递。由此，在制冷机与超导磁体分离后，可以较长时间维持超导线圈的低温状态以及更好地实现超导磁体在动态环境下的使用，减少了制冷机在运动环境下的重量增加以及可靠性降低的问题。此外，通过设置导冷层，可以充分利用制冷机以及固氮腔的冷量，且对超导线圈的冷却更加均匀，可以有效防止超导线圈由于局部温度的上升而导致超导线圈失超。

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【技术保护点】

1.一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体，其特征在于，该超导磁体包括制冷机冷头(1)、第一导冷带(2)、固氮腔(3)、外杜瓦(4)、第二导冷带(5)、超导线圈(6)和导冷层(7)，所述固氮腔(3)和所述超导线圈(6)设置在所述外杜瓦(4)内，所述外杜瓦(4)内为真空环境，所述制冷机冷头(1)通过所述第一导冷带(2)与所述固氮腔(3)连接，所述固氮腔(3)通过所述第二导冷带(5)与所述超导线圈(6)连接，所述导冷层(7)设置在所述超导线圈(6)外侧。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述第一导冷带(2)采用金属编织带制成。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述第二导冷带(5)采用金属编织带制成。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述金属为铜。

5.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述超导线圈(6)采用高温超导带材绕制而成。

6.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述导冷层(7)采用金属丝制成。

7.根据权利要求6所述的超导磁体，其特征在于，所述金属丝为铜丝。

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【技术特征摘要】

1.一种可插拔式的固氮冷却高温超导磁体，其特征在于，该超导磁体包括制冷机冷头(1)、第一导冷带(2)、固氮腔(3)、外杜瓦(4)、第二导冷带(5)、超导线圈(6)和导冷层(7)，所述固氮腔(3)和所述超导线圈(6)设置在所述外杜瓦(4)内，所述外杜瓦(4)内为真空环境，所述制冷机冷头(1)通过所述第一导冷带(2)与所述固氮腔(3)连接，所述固氮腔(3)通过所述第二导冷带(5)与所述超导线圈(6)连接，所述导冷层(7)设置在所述超导线圈(6)外侧。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凯，王新文，周伟，张志华，张艳清，张意，刘旭洋，刘坤，梁思源，王雪晴，张睿哲，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，
类型：新型
国别省市：