本實用新型屬于超導(dǎo)磁體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直接冷卻的超導(dǎo)線圈。

背景技術(shù)：

自1909年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以來，超導(dǎo)材料及其應(yīng)用技術(shù)有了較快的進(jìn)步。在科學(xué)研究（高場磁體，分析用的核磁共振磁體，加速器磁體，粒子探測器磁體，等等）、醫(yī)療/食品（醫(yī)用磁共振成像磁體，食品分離用磁體）、一般工業(yè)（Si單晶生長磁體，鋼連鑄用磁體，水處理用磁分離磁體）、交通/運(yùn)輸（磁懸浮列車，船舶推進(jìn)，彈射器）和電力（電力傳輸電纜，故障電流限制器，變壓器，發(fā)電機(jī)，馬達(dá)，儲能等）等領(lǐng)域有了很廣泛的應(yīng)用。

超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要載體為超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)磁體的運(yùn)行穩(wěn)定性直接決定了磁體設(shè)備的運(yùn)行可靠性。常見的超導(dǎo)材料有NbTi，Nb₃Sn，MgB₂等，該類超導(dǎo)磁體都需要在液氦溫區(qū)內(nèi)運(yùn)行，同時，隨著液氦資源的緊張，低溫制冷技術(shù)的發(fā)展，傳導(dǎo)冷卻（conduction-cooled，也稱制冷機(jī)冷卻、無液氦、Cryogen-Free）超導(dǎo)磁體技術(shù)的研究正在逐步走向?qū)嵱?。傳?dǎo)冷卻磁體要求整個繞組具有良好的熱傳導(dǎo)性能，骨架一般為熱導(dǎo)較好的材料，以順利實現(xiàn)快速降溫。因此，對于NbTi超導(dǎo)磁體，磁體繞組的骨架材料一般為銅或鋁。但對于Nb₃Sn磁體繞組，由于磁體需要在700℃高溫下進(jìn)行熱處理形成Nb₃Sn，一般不使用銅與鋁材料，常用材料為不銹鋼。但是，不銹鋼的熱導(dǎo)與銅或鋁相比較小，不利于磁體降溫，制備的磁體的穩(wěn)定性會受到溫度均勻性的影響。因此，如果能在超導(dǎo)線圈層間添加熱導(dǎo)率較好的材料實現(xiàn)對線圈的輔助冷卻，超導(dǎo)線圈的冷卻效果會有明顯改善，磁體的穩(wěn)定性將有顯著的增加，同時也會縮短降溫時間。

目前傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體繞組層間一般都不進(jìn)行特別處理，有時為了使用不同線徑的超導(dǎo)線還會采用層間鋪墊絕緣材料的處理方式，而絕緣材料的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)比金屬小，減小了超導(dǎo)線圈間的熱導(dǎo)能力。因此，獲得一種操作簡單、易于實現(xiàn)、適用性強(qiáng)的傳導(dǎo)冷卻方法實現(xiàn)降低磁體失超風(fēng)險、減小制冷機(jī)直接冷卻磁體的降溫時間的冷卻方法十分必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種直接冷卻的超導(dǎo)線圈，克服超導(dǎo)磁體冷卻技術(shù)的問題，冷卻結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，適用于超導(dǎo)磁體繞組的冷卻。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種直接冷卻的超導(dǎo)線圈，包括有骨架，骨架從內(nèi)到外依次繞制有：繞組一、細(xì)銅線一、冷卻層一、繞組二、細(xì)銅線二、冷卻層二、繞組三；冷卻層一和冷卻層二的接頭固定并與制冷機(jī)的二級冷頭相連接。

所述的骨架采用非磁性奧氏體不銹鋼制作。

所述的冷卻層一、冷卻層二矩形銅線繞制。

所述的冷卻層一采用矩形無氧銅線。

所述的骨架兩側(cè)設(shè)有槽口。

冷卻層二采用矩形無氧銅線。

所述的繞組三外浸漬環(huán)氧樹脂。

本實用新型應(yīng)用在制冷機(jī)直接冷卻磁體中，尤其是超導(dǎo)線圈厚度較厚時，可以使線圈分層冷卻，增強(qiáng)線圈導(dǎo)冷能力，降低線圈上的溫差，維持磁體的穩(wěn)定運(yùn)行。

超導(dǎo)線圈厚度較薄時，采用制冷機(jī)直接冷卻方式對線圈進(jìn)行冷卻，線圈骨架由非磁性奧氏體不銹鋼、鋁或鈦合金制作。

在線圈繞組層間繞制細(xì)銅線和無氧銅線，細(xì)銅線用于保護(hù)下層線圈并調(diào)節(jié)冷卻層位置。

本實用新型的有益效果是：

在線圈繞組層間繞制細(xì)銅線和無氧銅線，細(xì)銅線用于保護(hù)下層線圈并調(diào)節(jié)冷卻層位置；可以使磁體繞組的溫度降更加均勻，增強(qiáng)了磁體的冷卻效果，磁體的溫度均勻性將提高，從而降低了磁體失超風(fēng)險，特別是繞組較厚的磁體，由于使用了冷卻層，使磁體的降溫時間顯著減少，同時也縮短了磁體失超后再恢復(fù)的時間；用于對繞制在骨架上的超導(dǎo)磁體線圈進(jìn)行直接冷卻，通過運(yùn)用本實用新型提出的方法，改善線圈與線圈及骨架間的傳熱條件，降低線圈內(nèi)溫差和線圈的溫升。

附圖說明

圖1是本實用新型超導(dǎo)繞組結(jié)構(gòu)剖視圖。

圖2是本實用新型超導(dǎo)繞組結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

參見圖1、2，一種超導(dǎo)磁體的冷卻方法，線圈骨架由非磁性奧氏體不銹鋼制作，利用細(xì)銅線和矩形銅線在線圈層間鋪設(shè)冷卻層；包括有骨架8，骨架8從內(nèi)到外依次繞制有：繞組一1、細(xì)銅線一2、冷卻層一3、繞組二4、細(xì)銅線二5、冷卻層二6、繞組三7；冷卻層一3和冷卻層二6的接頭固定并與制冷機(jī)的二級冷頭相連接。

所述的骨架1采用非磁性奧氏體不銹鋼制作。

所述的冷卻層一3、冷卻層二6矩形銅線繞制。

所述的冷卻層一3采用矩形無氧銅線。

所述的骨架兩側(cè)設(shè)有槽口9。

冷卻層二6采用矩形無氧銅線。

所述的繞組三7外浸漬環(huán)氧樹脂。

超導(dǎo)線圈厚度較薄時，采用制冷機(jī)直接冷卻方式對線圈進(jìn)行冷卻，線圈骨架由非磁性奧氏體不銹鋼、鋁或鈦合金制作。

在線圈繞組層間繞制細(xì)銅線和無氧銅線，細(xì)銅線用于保護(hù)下層線圈并調(diào)節(jié)冷卻層位置。

本實用新型的制作步驟，對于不需要熱處理的超導(dǎo)繞組，如NbTi繞組，骨架上從內(nèi)到外依次設(shè)置有繞組一1、細(xì)銅線一2、冷卻層一3、繞組二4、細(xì)銅線二5、冷卻層二6、繞組三7，具體如下：

步驟1，繞組一1繞制

按照一般常規(guī)方法繞制繞組一1，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟2，細(xì)銅線一2繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)銅線的繞制，填滿繞組一1外側(cè)超導(dǎo)線之間的間隙，并保持細(xì)銅線一2外側(cè)的平整，繞制過程中細(xì)銅線一2的出入端錫焊在細(xì)銅線本體上；

步驟3，冷卻層一3繞制

將矩形無氧銅線按照一般常規(guī)方法繞制在細(xì)銅線一2上，繞制一層或兩層，保持外側(cè)平整，矩形銅線的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定在骨架上；

步驟4，繞組二4繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行繞組二4的繞制，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟5，細(xì)銅線二5繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)銅線二5的繞制，填滿繞組二4外側(cè)超導(dǎo)線之間的間隙，并保持細(xì)銅線二5外側(cè)的平整，繞制過程中細(xì)銅線二5的出入端可錫焊在細(xì)銅線本體上；

步驟6，冷卻層二6繞制

將矩形無氧銅線按照一般常規(guī)方法繞制在細(xì)銅線二5上，繞制一層或兩層，保持外側(cè)平整，矩形無氧銅線的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定在骨架上；

步驟7，繞組三7繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行繞組三7的繞制，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟8，繞組固化

采用一般常規(guī)的真空浸漬環(huán)氧樹脂對完成繞制的超導(dǎo)磁體繞組進(jìn)行固化處理，使繞組中超導(dǎo)線材形成一個整體；

步驟9，冷卻層一3、冷卻層二6與制冷機(jī)相連。

將冷卻層一3、冷卻層二6的接頭固定并與制冷機(jī)的二級冷頭相連接。

實施例2：

本繞組是使用不變線徑且線圈厚度較厚的NbTi繞組，

使用不變線徑且線圈厚度較厚的NbTi繞組，如Nb3Sn、Nb3Al繞組，在骨架上由內(nèi)至外依次設(shè)置繞組一1、細(xì)銅線一2、冷卻層一3、繞組二4、細(xì)銅線二5、冷卻層二6、繞組三7，制作步驟如下：

步驟1，繞組一1繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行繞組一1的繞制，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟2，細(xì)銅線一2繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)銅線一2的繞制，填滿繞組一1外側(cè)超導(dǎo)線之間的間隙，并保持細(xì)銅線一2外側(cè)的平整，繞制過程中細(xì)銅線一2的出入端可錫焊在細(xì)銅線一2本體上；

步驟3，冷卻層一3繞制

將矩形無氧銅線按照一般常規(guī)方法繞制在細(xì)銅線一2上，繞制一層或兩層，保持外側(cè)平整，矩形銅線的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定在骨架上；

步驟4，繞組二4繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行繞組二4的繞制，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟5，細(xì)銅線二5繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行細(xì)銅線二5的繞制，填滿繞組二4外側(cè)超導(dǎo)線之間的間隙，并保持細(xì)銅線二5外側(cè)的平整，繞制過程中細(xì)銅線二5的出入端可錫焊在細(xì)銅線本體上；

步驟6，冷卻層二6繞制

將矩形無氧銅線按照一般常規(guī)方法繞制在細(xì)銅線二5上，繞制一層或兩層，保持外側(cè)平整，矩形銅線的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定在骨架上；

步驟7，繞組三7繞制

按照一般常規(guī)方法進(jìn)行繞組三7的繞制，繞制過程中超導(dǎo)線材的出入端可從骨架兩側(cè)的槽口引出并固定；

步驟8，繞組熱處理

根據(jù)線材需要的熱處理要求，對已經(jīng)完成繞制的超導(dǎo)磁體繞組進(jìn)行熱處理；

步驟9，繞組固化

采用一般常規(guī)的真空浸漬環(huán)氧樹脂對繞組進(jìn)行固化處理，使繞組中超導(dǎo)線材形成一個整體；

步驟10，冷卻層一3、冷卻層二6與制冷機(jī)相連。

將冷卻層一3、冷卻層二6的接頭固定并與制冷機(jī)的二級冷頭相連接。

本次設(shè)計為制冷機(jī)直接冷卻磁體，采用不銹鋼作為骨架材料，對通過以上步驟完成的繞組進(jìn)行安裝，完成繞組的制造。通過以上步驟，增強(qiáng)了繞組間的導(dǎo)熱，繞組的溫度均勻性顯著提高，顯著減少了磁體的降溫時間。

對于不需要熱處理的超導(dǎo)繞組，只需減少上述步驟8即可。