本實用新型涉及高溫超導應用技術(shù)領域，特別是涉及一種高溫超導磁體。

背景技術(shù)：

超導材料，又稱超導體，是指在某一溫度下，電阻為零的導體。在電流傳輸過程中，超導線圈具有低損耗、高效率及傳輸電流密度高等優(yōu)點，可以大幅度降低電網(wǎng)損耗。因此，超導材料在電力領域具有巨大的應用潛力，例如利用超導線圈制備的超導磁體。

超導磁體裝置的核心是超導線材或超導帶材繞制的超導線圈，超導線圈繞制在起支撐作用的骨架上。在實際制備過程中，通過選擇合適的繞制工藝與骨架，可提高超導磁體的穩(wěn)定性與安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中，當采用單根超導線或超導帶在骨架上繞制的超導線圈發(fā)生損害，則此超導磁體將不可繼續(xù)使用。目前，超導線圈具有較高的價格，因此，造成了超導線圈的浪費，也使超導磁體的使用成本較高，影響了超導磁體的廣泛使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例中提供了一種高溫超導磁體，以解決現(xiàn)有技術(shù)中超導線圈某部位發(fā)生損害，則此超導磁體將不可繼續(xù)使用，造成超導線圈的浪費、超導磁體的使用成本較高的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例公開了如下技術(shù)方案：

一種高溫超導磁體，包括液氮容器，所述液氮容器用于盛放液氮，所述液氮容器內(nèi)的底部固定一超導繞組；

所述超導繞組包括骨架及繞制在所述骨架上的超導線圈；

所述骨架包括數(shù)個相互嵌套設置的線圈架；每個所述線圈架包括一個用于繞制超導線圈的線圈架本體，所述線圈架本體的兩端分別設有上法蘭與下法蘭；所述上法蘭上設有引出槽，所述引出槽用于引出超導線圈的線圈接口；

所述骨架還包括絕緣板，所述絕緣板上固定電極，所述電極用于焊接超導線圈的線圈接口。

優(yōu)選地，所述高溫超導磁體還包括失超保護裝置，所述失超保護裝置包括液面?zhèn)鞲衅鳌囟葌鞲衅髋c電壓傳感器，所述液面?zhèn)鞲衅饔糜诒O(jiān)測所述液氮容器內(nèi)液氮的高度；所述溫度傳感器用于監(jiān)測線圈的溫度；所述電壓傳感器用于監(jiān)測超導線圈失超時產(chǎn)生的電壓。

優(yōu)選地，所述骨架包括三個線圈架，分別為由內(nèi)而外依次排列放置的第一線圈架、第二線圈架及第三線圈架。

優(yōu)選地，所述線圈架本體為跑道型。

優(yōu)選地，所述線圈架為耐低溫、無磁、絕緣玻璃鋼材料。

優(yōu)選地，所述線圈架上靠近上法蘭的一端設有數(shù)個上固定件，所述上固定件上設有三個平行排列的上卡槽，三個所述上卡槽分別用于卡固三個所述線圈架；

所述線圈架靠近下法蘭的一端設有數(shù)個下固定件，所述下固定件上設有三個依次用于卡固三個所述線圈架的下卡槽，所述下固定件上還設有用于與液氮容器固定連接的腰型孔。

優(yōu)選地，所述上固定件的數(shù)量為4個，4個所述上固定件在所述線圈架上端均勻分布；所述下固定件的數(shù)量為4個，所述下固定件與上固定件對應設置。

優(yōu)選地，所述絕緣板通過凹臺卡件固定在所述第三線圈架的線圈架本體的外側(cè)壁處。

由以上技術(shù)方案可見，本實用新型實施例提供的高溫超導磁體包括一超導繞組，超導繞組包括骨架與超導線圈，骨架包括數(shù)個相互嵌套設置的線圈架，每個線圈架包括用于繞制超導線圈的線圈架本體及用于引出線圈接口的引出槽。每個線圈架上各自繞制一根單獨的超導線圈，超導線圈的線圈接口從引出槽內(nèi)伸出，不同線圈架上的線圈接口可以進行連接，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。每個線圈架上的超導線圈相對獨立，若某個超導線圈發(fā)生損壞或故障，則短接此故障超導線圈，連接非故障超導線圈形成串聯(lián)回路，超導磁體可正常運行，避免了超導線圈的浪費，也降低了超導磁體的使用成本，有利于超導磁體的推廣使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種高溫超導磁體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種超導繞組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-3中的標號表示為：1-液氮容器，2-超導繞組，31-骨架，32-超導線圈，4-引出槽，5-絕緣板，6-電極，71-上層溫度傳感器，72-中層溫度傳感器，73-下層溫度傳感器,8-上固定件。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領域的人員更好地理解本實用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。

圖1為本實用新型實施例提供的一種高溫超導磁體的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種高溫超導磁體包括液氮容器1，液氮容器1內(nèi)盛放有用于制冷的液氮，本實施例中，液氮容器的形狀為跑道型。

液氮容器1內(nèi)的底部固定一超導繞組2，超導繞組利用液氮容器內(nèi)的液氮進行制冷。圖2為本實用新型實施例提供的一種超導繞組的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，超導繞組2包括骨架31與超導線圈32，超導線圈32繞制在骨架31上。骨架31包括數(shù)個相互嵌套設置的線圈架。為了節(jié)省空間，數(shù)個線圈架具有不同的內(nèi)徑尺寸，數(shù)個線圈架按照內(nèi)徑尺寸由小到大的順序、由內(nèi)而外依次嵌套設置。

多個線圈架上分別由單根超導線材或超導帶材各自纏繞獨立的線圈，相鄰線圈架上纏繞的超導線圈進行串聯(lián)連接。若某個線圈架上的超導線圈發(fā)生損壞或故障，則可將此線圈架上的超導線圈進行短路，將未損壞的線圈架上的超導線圈進行依次連接，則此超導磁體仍可正常工作，從而解決了超導線圈使用成本較高的問題。

此外，與僅設有一個線圈架相比，設置多個線圈架后，每個線圈架上纏繞的超導線圈的數(shù)量減少，因此，纏繞的層數(shù)較少，有利于內(nèi)層超導線圈的散熱，避免了超導線圈失超過程中產(chǎn)生的焦耳熱無法及時散出。此外，每個線圈架上纏繞的超導線圈的數(shù)量較少，也加快了超導線圈的冷卻速度。

本領域技術(shù)人員可根據(jù)實際情況設置線圈架的個數(shù)，例如3個、4個或5個等，其均屬于本領域的保護范圍。本實施例中，骨架包括三個線圈架，分別為第一線圈架、第二線圈架及第三線圈架，三個線圈架由內(nèi)而外依次嵌套放置。為了便于之后的固定件對線圈架的卡固，第一線圈架、第二線圈架及第三線圈架的內(nèi)徑依次成等差數(shù)列設置，即三個線圈架由內(nèi)而外依次排列放置后，使相鄰線圈架的間距一致。同時，為了便于線圈架與固定件的配合，本實施例中，三個線圈架的厚度保持一致。

本實施例中，線圈架為耐低溫、無磁、絕緣玻璃鋼材料，與傳統(tǒng)的不銹鋼材料制作的線圈架相比，耐低溫、無磁、絕緣玻璃鋼材料制作的線圈架可以消除超導線圈通電勵磁過程中的渦流損耗，避免焦耳熱的產(chǎn)生，從而減少了超導磁體運行中焦耳熱導致磁體失超的可能性。此外，耐低溫、無磁、絕緣玻璃鋼材料制備的線圈架具有適度的剛度，可在超導線圈繞制、固化的過程中保持原有形態(tài)不變。

每個線圈架均包括一個線圈架本體，線圈架本體用于繞制超導線圈。線圈架的形狀為類橢圓形。本實施例中，線圈架本體為跑道型，跑道型具體為，兩端為圓弧形，中部為兩條平行的直線。當然，線圈架本體還可為兩端具有較尖弧度的橄欖形，其均屬于本實用新型的保護范圍。與現(xiàn)有技術(shù)中圓形的線圈架本體相比，跑道型的線圈架本體占據(jù)更小的空間，因此，有利于超導磁體的小型化。

每個線圈架本體的兩端分別設有上法蘭與下法蘭；上法蘭上設有兩個引出槽4，分別為第一引出槽與第二引出槽，引出槽用于引出超導線圈的線圈接口。每個線圈架本體上分別繞制一超導線圈，一個超導線圈具有兩個線圈接口，其中一個線圈接口從第一引出槽伸出，另一個線圈接口從第二引出槽伸出。

從引線槽內(nèi)伸出的線圈接口可以與另兩個中任意一超導線圈的線圈接口進行連接，例如，三個超導線圈的線圈接口可以依次進行首尾連接，三個超導線圈形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)。當電流流過時，三個超導線圈在軸向發(fā)生大小、方向相同的磁場。當然，若其中一個超導線圈損壞，則可將另外兩個超導線圈的線圈接口進行直接連接，則超導線圈仍可正常工作，因此，延長了超導線圈的使用壽命，降低了超導線圈的使用成本。應當說明，線圈接口之間的連接方式有多種，例如焊接，其均屬于本實用新型的保護范圍。

骨架31還包括兩個絕緣板5，絕緣板5與線圈架的連接方式有多種，在本實施例中，絕緣板5通過凹臺卡件固定在第三線圈架的線圈架本體的外側(cè)壁處，從而將第三線圈架上繞制的線圈32與電極6進行絕緣隔離。

凹臺卡件為L型板材，L型板材包括相互垂直的第一平板與第二平板，第一平板上設有三個相互平行的卡槽，三個卡槽分別用于卡固三個線圈架。第二平板上設有螺孔，絕緣板5與其對應位置處設有相匹配的螺釘，通過螺釘與螺孔的配合，將絕緣板固定在第二平板上，從而實現(xiàn)將絕緣板在線圈架上的固定。本實施例中，絕緣板為環(huán)氧樹脂絕緣板，環(huán)氧樹脂絕緣板具有無磁、絕緣與耐低溫特性，因此，適合在超導磁體中應用。

每個絕緣板5上固定一個電極6，電極6與絕緣板5的固定連接方式有多種，本實施例中，通過螺釘與螺孔的方式，將電極6與絕緣板5固定連接。電極6用于焊接超導線圈的線圈接口，絕緣板5用于將超導線圈32與電極6之間絕緣。電極6將外電路與超導線圈32連接，其具體為，從引出槽4內(nèi)伸出的超導線圈32焊接在電極6上，同時，電極6通過銅編織帶(一種柔性導線)與電流引線(一種與外電路相連接的硬質(zhì)導線)電連接，即電極連接了外電路與超導線圈，形成了電流串聯(lián)通路。本實施例中，電極為銅板電極，銅板電極具有良好的導電與導熱性能。

線圈架上設有上法蘭的一端為線圈架上端，另一端為線圈架下端。線圈架上端設有數(shù)個上固定件8，上固定件8上設有三個平行排列的上卡槽，三個上卡槽分別用于卡固三個線圈架。應當說明，每個上卡槽的寬度應當與線圈架的厚度相匹配，相鄰上卡槽間的間距應當與相鄰線圈架的間距保持一致。

線圈架下端設有數(shù)個下固定件，下固定件上設有三個依次用于卡固三個線圈架的下卡槽。應當說明，下卡槽的寬度、間距與上卡槽相同，再此不做贅述。下固定件上還設有腰型孔，腰型孔用于與液氮容器1固定連接。本實施例中，腰型孔通過定位螺釘固定于液氮容器底部。下固定件的下卡槽與線圈架固定連接，下固定件的腰型孔通過定位螺釘液氮容器底部固定連接，從而實現(xiàn)了將超導繞組固定在液氮容器底部。同時，腰型孔允許骨架在降溫和回溫過程中由于熱脹熱縮產(chǎn)生位移。

應當說明，本領域技術(shù)人員可根據(jù)實際需要設定上固定件與下固定件的數(shù)量，其均屬于本實用新型的保護范圍。本實施例中，上固定件的數(shù)量為4個，4個上固定件在線圈架上端均勻分布；下固定件的數(shù)量為4個，下固定件與上固定件對應設置。

通過上、下固定件將三個線圈架裝配成一體，然后，采用真空壓力浸漬工藝將裝配完成的骨架注入環(huán)氧樹脂，在室溫條件下，骨架整體固化形成絕緣結(jié)構(gòu)，有效提高了超導線圈匝間與層間的絕緣等級。

高溫超導磁體還包括失超保護裝置，失超保護裝置包括液面?zhèn)鞲衅鳌囟葌鞲衅髋c電壓傳感器，液面?zhèn)鞲衅饔糜诒O(jiān)測液氮容器內(nèi)的液氮高度。

圖3為本實用新型實施例提供的一種溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，溫度傳感器用于監(jiān)測超導線圈的溫度。每個超導線圈上設有三個溫度傳感器，分別為上層溫度傳感器71、中層溫度傳感器72及下層溫度傳感器73，三個溫度傳感器分別位于超導線圈32的上、中、下三個位置，分別用于檢測超導線圈上、中、下三個位置的溫度。本實施例中，采用的溫度傳感器為pt100熱電阻溫度傳感器，其為一種鉑熱電阻溫度傳感器，其中，100即表示它在0℃時阻值為100歐姆。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，適用于中低溫區(qū)(-200℃～650℃)的溫度檢測。

電壓傳感器用于串聯(lián)超導磁體運行中超導線圈的電壓數(shù)據(jù)檢測，本實施例中電壓傳感器設置于兩個線圈接口的焊接處。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本實用新型的具體實施方式，使本領域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

以上所述僅是本實用新型的具體實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。