超导磁体骨架

摘要

本发明公开了一种超导磁体骨架，其至少有一个分瓣组合式环体双饼骨架；每个环体双饼骨架从上至下依次为：侧隔板、绕制层槽板、中隔板、绕制层槽板、侧隔板，且每一层均为分瓣式组合；各上下层间的瓣式组合板应错缝叠加；在由所述一个或两个以上叠加构成的整体超导磁体骨架的最上层和最下层压有保圈盖板，通过穿设的固定螺杆将其与中间夹置的各组分瓣组合式环体双饼骨架固紧；所述的超导磁体骨架具有两个以上的分瓣组合式环体双饼骨架时，各邻接组骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片。本发明可解决因超导磁体特殊运行环境下的机械强度、绝缘强度、热膨胀性能不佳等一系列问题，同时解决现有技术难以加工制作大型超导磁体骨架的技术难关。

权利要求

1.一种超导磁体骨架，其特征在于：至少有一个分瓣组合式环体双饼骨架；该分瓣组合式环体双饼骨架是由三个以上的双饼骨架拼接成的一个环型，其中，每个双饼骨架呈扇形，由五层组装而成，为对称结构，从上至下依次为侧隔板、绕制层槽板、中隔板、绕制层槽板和侧隔板。

2.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：各上下层间的分瓣式组合板错缝叠加。

3.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述的各层分瓣式组合板间用低温胶粘接。

4.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述分瓣组合式环体双饼骨架的中隔板薄于侧隔板。

5.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述各层分瓣式组合板上开设用于穿入销杆/钉固定连接的穿孔。

6.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述绕制层槽板厚度不小于所绕制超导线材的宽度。

7.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述的超导磁体骨架选自圆形、椭圆环形或圆角方形。

8.根据权利要求7所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述的圆形超导磁体骨架直径小于500毫米时，各组环体双饼骨架为3-6瓣组合；超导磁体骨架直径大于500毫米且小于

1200毫米时，各组环体双饼骨架为6-12瓣组合；超导磁体骨架直径大于1200毫米时，各组环体双饼骨架为12瓣以上组合。

9.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述超导磁体骨架的最上层和最下层压有保圈盖板，通过穿设的固定螺杆将上、下保圈盖板及中间夹置的各组分瓣组合式环体双饼骨架固紧。

10.根据权利要求1所述的超导磁体骨架，其特征在于：所述的超导磁体骨架具有两个以上的分瓣组合式环体双饼骨架时，各邻接组骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片。

说明书

超导磁体骨架

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于制备超导磁体的磁体骨架，尤其涉及一种便于优化磁体性能的超导磁体骨架。

背景技术

[0002] 超导材料在达到一定的低温环境下，电阻为零，利用超导材料的这种特性，超导故障限流器、超导变压器、超导储能等一系列超导电力设备的应用研究得到很大发展，而超导磁体作为重要组成部分，是其应用的一个关键。与普通线圈组成的磁体相比，利用超导线圈作为励磁磁体能够获得高强磁场，且具有功耗极小、体积紧凑等优点。

[0003] 但是由于超导磁体要求的低温使用环境和超导线材自身的机械性能，对磁体骨架的制作提出了特殊要求。目前，无论是第一代Bi-2223/Ag铋系银包套带材还是第二代YBC0涂层高温超导带材，都是脆性氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯折会导致其通流性能变差。超导磁体一般在高电压、强磁场、温度变化大的场合中使用，磁体骨架的制作需要考虑到材料的抗机械电磁作用力、绝缘能力、低温下强度、大范围温度变化下强度变化和热膨胀系数、抗疲劳性能等一系列因素。例如，超导磁体在从常温过渡到液氮环境温度或者相反时，由于骨架和超导线圈的热膨胀系数不同，会导致超导带材绷得过紧或者过松，甚至会有超导带材绷断、磁体变形和损坏的严重后果。又如，在高电压等级限流器的应用中，超导磁体本身尺寸较大，如果电网发生短路故障，限流器对短路电流进行限制，此时限流器的漏磁场较大，超导磁体中的突变电流会在磁体上产生横向和幅向机械电动力，严重时可能会造成磁体分解断裂。此外，超导磁体和限流器的交流绕组共同作用在同一铁心上，还会存在感应过电压的问题，所以超导磁体的绝缘强度也需要保证。

[0004] 公开号为CN1707706A的发明专利公开了一种高温超导双饼线圈骨架，克服了在线圈绕制过程中的预应力和磁体运行过程中的电磁力对过渡区超导带的破坏，但是并未考虑骨架和超导线圈的热膨胀系数不同对磁体抗热震性能的影响，且未考虑制作工艺及可行性，不适合大型超导磁体骨架的制作。

[0005] 在大型或超大型磁体骨架制作过程中，常规的方法需要使用大型机械加工设备来进行环形骨架的加工，这增加了加工难度、原料消耗和制作成本。此外，常规大型骨架由于热膨胀系数大，造成整个超导磁体的抗热震能力较差，成为超导磁体的安全隐患。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种超导磁体骨架，其可解决因超导磁体特殊运行环境下的机械强度、绝缘强度、热膨胀性能不佳等一系列问题，同时可解决现有技术难以加工制作大型超导磁体骨架和特型超导骨架的难题。

[0007] 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

[0008] 一种超导磁体骨架，其至少有一个分瓣组合式环体双饼骨架。

[0009] 每个环体双饼骨架从上至下依次为：侧隔板、绕制层槽板、中隔板、绕制层槽板、侧隔板，且每一层均为分瓣式组合。

[0010] 所述各上下层间的分瓣式组合板应错缝叠加。

[0011] 在由所述一个或两个以上环体双饼骨架叠加构成的整体骨架的最上层和最下层压有保圈盖板，通过穿设的固定螺杆将其与中间夹置的各个分瓣组合式环体双饼骨架固紧。

[0012] 所述的超导磁体骨架具有两个以上的分瓣组合式环体双饼骨架时，各邻接骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片。

[0013] 所述的超导磁体骨架为圆形、椭圆环形、跑道形或圆角方形。

[0014] 本发明的优点是：

[0015] 1、本发明采用分瓣组合式环体双饼骨架为组合超导磁体骨架的单元结构，便于加工制作，更容易实现大型超导磁体骨架的制作，同时分瓣式构件可在材料板上逐块剪裁，避免了整体骨架加工过程中所产生的材料浪费的问题，有利于减少制作成本。

[0016] 2、采用分瓣组合式结构，可将材料冷热变化时所产生的伸缩变化量分散缓解。由于可以经过计算确定每个单体扇型环瓣弧长，因而可以有效减小超导磁体骨架在低温环境下的热胀冷缩效应所带来的影响，使得骨架和超导线圈在热膨胀系数不同的情况下也不会造成对磁体和骨架工作强度的影响。

[0017] 3、采用分体拼接、叠加组装的灵活方式，使得制作工艺可以根据骨架外形的特殊要求设计不同形状的分瓣体和组装结构，此种方法有利于简化骨架的制作，并易于制作特型骨架。比如：椭圆环形骨架、跑道形骨架、圆角方形骨架等等。

[0018] 4、双饼骨架上下各层间错缝叠放，使得整体超导磁体骨架结构机械强度大，不易分解断裂。

[0019] 5、当有两组或以上双饼骨架叠放时，可以根据单个双饼的性能，将其摆放在磁体中的适宜位置；也可以根据磁体性能的需要，绕制特殊性能的双饼，从而达到优化磁体整体性能的目的。

附图说明

[0020] 图1为本发明超导磁体骨架结构示意图(截面效果图)

[0021] 图2为单个分瓣组合式环体双饼骨架结构示意图(截面效果图)

[0022] 图3为绕制层槽板结构示意图

[0023] 图4为中隔板结构示意图

[0024] 图5为本发明一实施例单个分瓣组合式环体骨架单元结构示意图(主视)[0025] 图6为本发明另一实施例两个分瓣组合式环体骨架单元结构示意图(主视)具体实施方式

[0026] 如图1所示，本发明超导磁体骨架至少有一个分瓣组合式环体骨架(图1中超导磁体骨架由4个分瓣组合式环体骨架构成)。

[0027] 参见图1、图2，所述的单个分瓣组合式环体双饼骨架由瓣式组合中隔板1及依序分置其上下两侧瓣式组合绕制层槽板2、瓣式组合侧隔板3叠制而成。

[0028] 绕制层槽板2的结构可参见图3所示，其上开有用于穿入销钉(或螺钉)固定连接的穿孔201；所述绕制层槽板的厚度不小于所绕制超导线材的宽度。

[0029] 中隔板1的结构可参见图4所示，各隔板上开有用于穿入销钉(或螺钉)固定连接的穿孔101。

[0030] 侧隔板3与中隔板1的结构类同(结构亦如图4所示)，不同点在于两者的厚度不同，中隔板1薄于侧隔板3；以图5所示实施例为例，可设计为：中隔板选用0.5mm环氧树脂板；两侧隔板选用1mm环氧树脂板；而绕制层槽板，选用6mm环氧树脂板；此种叠加结构可拼造出带两个6mm隔槽的双饼骨架，方便超导磁体的超导线材绕制。

[0031] 所述的超导磁体骨架具有两个以上分瓣组合式环体双饼骨架时，各邻接骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片4，参见图1及图6所示。

[0032] 本发明中的环体双饼骨架的各层板可使用环氧树脂材料或其它一切非导磁材料制作。

[0033] 各上下层间的瓣式组合板错缝叠加，以提高整体超导磁体骨架结构的机械强度，避免分解断裂的发生。

[0034] 所述的各层瓣式组合板间同时用低温胶粘接。应针对特定的工艺制作加工不同弧度、不同长度、不同厚度的扇形环瓣，选择专用的低温胶对扇形环瓣进行组装粘接。

[0035] 本发明分瓣式结构可以根据磁体的大小、选材的不同，通过查阅该材料在低温环境下的热收缩系数计算出选用材料在低温环境下的尺寸变化量，根据此参数，结合磁体对骨架要求的强度大小计算出环形的均等分数量。本发明人经过大量试验，得出较佳的设计方案：在圆型分瓣组合式环体双饼骨架直径小于500毫米内建议将骨架环分为3-6瓣，分瓣组合式环体双饼骨架直径大于500毫米小于1200毫米时建议分为6-12瓣，分瓣组合式环体双饼骨架直径大于1200毫米时建议分为12瓣以上。由此设计的分瓣式骨架可将材料冷热变化所产生的尺寸变化量有效分散缓解，大大减少因为材料对骨架机械强度的影响，根据特定计算可以极大地增加骨架的机械强度。

[0036] 参见图1，所述各层瓣式组合板上开设用于穿入销杆/钉固定连接的穿孔，可以通过固紧销杆5由上至下将各部件固定连接。

[0037] 在由所述一个或两个以上环体双饼骨架叠加而成的超导磁体骨架的最上层和最下层压有保圈盖板6、7，通过穿设的固定螺杆将上、下保圈盖板及中间夹置的各组分瓣组合式环体双饼骨架固紧。

[0038] 当由两个以上的分瓣组合式环体双饼骨架组合构成一个整体的超导磁体骨架时，分两个步骤：(1)单个分瓣式组合环体双饼骨架制作。单个双饼由五层组装而成，为对称结构，从上至下依次为侧隔板、绕制层槽板、中隔板、绕制层隔板、侧隔板。先把每一层的扇型环瓣拼接成一个圆环，分别将五层圆环交接错缝叠加在一起，将各层部件的穿孔对齐，每间隔一个固定孔穿入一个固定销钉将五层部件穿入固紧，并用特殊的低温胶进行粘接，以加强连接强度及保证各层间不会错位移动。(2)整体骨架的组装。如图1所示：将加工的所有环体双饼骨架从下压保圈盖板6依次向上垒加，在每两个环体双饼骨架间的非导体绕制部位加入散热垫片4，组装完所有的双饼骨架后加盖上压保圈盖板7，在剩余的固定孔中穿入固定螺杆5固紧。

[0039] 本发明设计方案中，环体双饼骨架的单层环形结构可进行数目不定的分段分体(圆环型以均等分为佳)，并可根据整体超导磁体的直径参数要求设计单层扇型环瓣的弧长及数量。

[0040] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

[0041] 实施例：

[0042] 运用本发明的设计原理，设计加工本发明人的发明专利“超导饱和铁心故障限流器”(申请号：200310123539.8)中的超导磁体，磁体双饼骨架参数为：内径1246mm，绕制层槽板外径1286mm，隔板外径1326mm，压保圈外径1406mm，每层六等分(即每层都由相同的6个扇型环瓣组成)。 整体骨架参数为：高度900mm，外径1406mm。

[0043] 环体双饼骨架共有五层，其结构如图5所示：

[0044] 两侧隔板3选用1mm环氧树脂板；中隔板1选用0.5mm环氧树脂板，绕制层槽板2选用6mm环氧树脂板。

[0045] 为了使超导线材与液氮更好的进行热交换，单个双饼骨架制作完成以后，将超导带材正反绕制在骨架内，最后再将上、下压保圈和所有双饼骨架按照叠加的方法用非导磁不锈钢螺栓固定为一个环形的骨架筒。

[0046] 参见图6，叠加过程中分别在每两组双饼骨架之间加入两层1mm厚环氧树脂垫片，这样可以使每一个双饼骨架内的超导带材完全被液氮包围，可以使最内层的超导线材直接与液氮接触，增加热交换空间以进行更好的热交换。

[0047] 上述实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明的申请专利范围。