一種高溫超導線圈骨架的製作方法
2023-05-27 07:13:01
本實用新型涉及高溫超導技術領域，特別是涉及一種高溫超導線圈骨架。
背景技術：
超導材料，又稱超導體，是指在某一溫度下，電阻為零的導體。超導材料的零電阻特性使其在電力領域具有巨大的應用潛力，例如利用超導材料製備的超導線圈，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點，因此，可以大幅度降低電網損耗。
超導磁體裝置包括液氮容器、冷卻裝置與超導線圈或帶材(以下簡稱為線圈)，液氮容器用於盛放液氮，同時也起到固定冷卻裝置與線圈的作用；冷卻裝置利用液氮容器內的液氮為線圈提供超導所需的低溫。線圈是超導磁體裝置的核心部件，超導線圈的繞制需要設計匹配的繞制骨架以及合適的繞制工藝，骨架的設計過程中需要著重解決層繞環形纏繞過程中內應力的控制、超導線圈繞制過程中的平行度和螺旋角度的控制。通過可調張力設備控制繞制過程中的張力和角度，從而優化層間絕緣尺度，滿足高溫超導性能需要。
現有技術中，採用單根超導線圈直接繞制在線圈骨架上，若超導線圈的某部分發生損害，則此超導線圈將不可繼續使用，造成了超導線圈的浪費，使超導線圈的使用成本較高，影響了超導磁體的廣泛使用。
技術實現要素：
本實用新型實施例中提供了一種高溫超導線圈骨架，以解決現有技術中超導線圈的某部分發生損害，導致此超導線圈不可使用，從而造成超導線圈使用成本較高的問題。
為了解決上述技術問題，本實用新型實施例公開了如下技術方案：
一種高溫超導線圈骨架，包括一個線圈架組，所述線圈架組包括數個線圈架，數個所述線圈架由內而外依次排列放置；每個所述線圈架包括一個用於繞制線圈的線圈架本體，所述線圈架本體的兩端分別設有上法蘭與下法蘭；所述上法蘭上設有兩個引出槽，所述引出槽用於引出線圈的接口；
所述高溫超導線圈骨架還包括兩個絕緣板，每個所述絕緣板上固定一電極，所述電極用於焊接線圈的接口。
優選地，所述線圈架組包括三個線圈架，分別為由內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。
優選地，所述線圈本體為跑道型。
優選地，所述線圈架為玻璃鋼無磁材料。
優選地，所述線圈架上靠近上法蘭的一端設有數個上固定件，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於卡固三個所述線圈架。
優選地，所述線圈架上靠近下法蘭的一端設有數個下固定件，所述下固定件上設有三個依次用於卡固三個所述線圈架的下卡槽，所述下固定件上還設有用於與液氮容器固定連接的腰型孔；
優選地，所述上固定件的數量為4個，4個所述上固定件在所述線圈架上端均勻分布；所述下固定件的數量為4個，所述下固定件與上固定件對應設置。
優選地，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壁處。
優選地，所述電極為銅板電極，所述絕緣板為環氧樹脂絕緣板。
由以上技術方案可見，本實用新型實施例提供的一種高溫超導線圈骨架，包括一線圈架組，線圈架組包括數個相互嵌套設置的線圈架，每個線圈架包括用於繞制超導線圈的線圈架本體及用於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伸出，不同線圈架上的線圈接口可以進行連接，形成串聯結構。每個線圈架上的超導線圈相對獨立，若某根線圈發生損壞或故障，短接此故障線圈，連接非故障線圈形成串聯迴路，則超導線圈可正常運行，避免了超導線圈的浪費，也降低了超導線圈的使用成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據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線圈骨架的結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的線圈架組結構的放大圖；
圖3為本實用新型實施例提供的一種線圈架的結構示意圖；
圖4為本實用新型實施例提供的上固定件的結構示意圖；
圖5為本實用新型實施例提供的下固定件的結構示意圖；
圖1-5中的標號表示為：1-線圈架組，11-第一線圈架，12-第二線圈架，13-第三線圈架，2-線圈架本體，31-上法蘭，32-下法蘭，4-引出槽，5-絕緣板，51-凹臺卡件，6-電極，71-上固定件,711-上卡槽，72-下固定件，721-下卡槽，722-腰型孔。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結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。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本實用新型保護的範圍。
圖1為本實用新型實施例提供的一種高溫超導線圈骨架的結構示意圖，如圖1所示，包括一個線圈架組1，線圈架組1包括數個線圈架。為了節省空間，數個線圈架具有不同的內徑尺寸，數個線圈架按照內徑尺寸由小到大的順序、由內而外依次嵌套設置。
數個線圈架上各自纏繞一根線圈，其中，某一線圈架上纏繞的線圈與其他任意一線圈架上的線圈連接。若某個線圈架上的線圈發生損壞或故障，則可將此線圈架上的線圈進行短路，將其線圈架上的線圈進行依次連接，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，設置多個線圈架後，每個線圈架上纏繞的線圈的數量減少，因此，纏繞的層數較少，有利於內層線圈的散熱，避免了因線圈運行中產生的焦耳熱無法及時散出、導致磁體失超現象的發生。
線圈架組包括數個線圈架，本領域技術人員可根據實際情況設置線圈架的個數，例如3個、4個或5個等，其均屬於本領域的保護範圍。圖2為本實用新型實施例提供的線圈架組結構的放大圖，如圖2所示，本實施例中，高溫超導線圈骨架包括三個線圈架，分別為第一線圈架11、第二線圈架12及第三線圈架13，三個線圈架由內而外依次嵌套放置。為了便於之後的固定件對線圈架的卡固，第一線圈架11、第二線圈架12及第三線圈架13的內徑依次成等差數列設置，即三個線圈架內而外依次排列放置後，使相鄰線圈架的間距一致。同時，為了方便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，線圈架為玻璃鋼無磁材料，與傳統的不鏽鋼材料製作的線圈架相比，玻璃鋼無磁材料的線圈架可以消除線圈在通電過程中產生的渦流損耗，避免焦耳熱的產生，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，玻璃鋼無磁材料製備的線圈架具有適度的剛度，可在線圈繞制、固化的過程中保持原有形態不變。
圖3為本實用新型實施例提供的一種線圈架的結構示意圖，如圖3所示，每個線圈架均包括一個線圈架本體2，線圈架本體2用於繞制線圈。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，其均屬於本實用新型的保護範圍。與現有技術中的圓形的線圈架本體相比，跑道型的線圈架本體佔據更小的空間，因此，有利於小型化超導磁體裝置的體積。
每個線圈架本體2的兩端分別設有上法蘭31與下法蘭32；上法蘭31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4用於引出線圈的接口。每個線圈架本體2上分別繞制一線圈，一根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。
從引線槽內伸出的線圈接口可以與另兩個中任意一線圈的線圈接口進行連接，例如，三個線圈的線圈接口可以依次進行首尾連接；當然，若其中一個線圈損壞，則可將另外兩個線圈的線圈接口進行直接連接，則線圈仍可正常工作，因此，延長了線圈的使用壽命，降低了線圈的使用成本。應當說明，線圈接口之間的連接方式有多種，例如焊接，其均屬於本實用新型的保護範圍。
高溫超導線圈骨架還包括兩個絕緣板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51固定在第三線圈架13的線圈架本體2的外側壁處，從而將第三線圈架13上繞制的線圈與電極6進行絕緣隔離。凹臺卡件51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凹臺卡槽，三個凹臺卡槽分別用於卡固三個線圈架；第二平板上設有螺孔，絕緣板5與其對應位置處設有設有相匹配的螺釘，通過螺釘與螺孔的配合，將絕緣板5固定在第二平板上，從而實現將絕緣板5在線圈架上的固定。本實施例中，絕緣板5為環氧樹脂絕緣板，環氧樹脂絕緣板具有無磁與低溫絕緣性，因此，適合應用在超導磁體應用中。
每個絕緣板5上固定一個電極6，電極6用於焊接線圈的接口，絕緣板5用於將線圈與電極6之間的絕緣。電極與絕緣板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，將電極與絕緣板固定連接。
電極6用於連接外電路與線圈，其具體為，從引出槽4內伸出的線圈焊接在電極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導線)電連接，即電極6連接了外電路與線圈，形成了電流串聯通路。本實施例中，電極6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31的一端為線圈架上端，另一端為線圈架下端，線圈架上端設有數個上固定件71。圖4為本實用新型實施例提供的上固定件的結構示意圖，如圖4所示，上固定件71上設有三個平行排列的上卡槽711，三個上卡槽711分別用於卡固三個線圈架。應當說明，每個上卡槽711的寬度應當與線圈架的厚度相匹配，相鄰上卡槽711間的間距應當與相鄰線圈架的間距保持一致。
線圈架下端設有數個下固定件72，圖5為本實用新型實施例提供的下固定件的結構示意圖，如圖5所示，下固定件72上設有三個依次用於卡固三個線圈架的下卡槽721。應當說明，下卡槽721的寬度與間距與上卡槽711相同，再此不做贅餘。下固定件72上還設有腰型孔722，腰型孔722用於與液氮容器固定連接。本實施例中，腰型孔722通過定位螺釘固定於液氮容器底部。下固定件72的下卡槽721與線圈架固定連接，下固定件72的腰型孔722通過定位螺釘液氮容器底部固定連接，從而實現了將高溫超導線圈骨架固定在液氮容器上。
應當說明，本領域技術人員可根據實際需要設定上固定件與下固定件的數量，其均屬於本實用新型的保護範圍。本實施例中，所述上固定件的數量為4個，4個所述上固定件在所述線圈架上端均勻分布；所述下固定件的數量為4個，所述下固定件與上固定件對應設置。
需要說明的是，在本文中，諸如「第一」和「第二」等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，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係或者順序。而且，術語「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，並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，使本領域技術人員能夠理解或實現本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的技術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範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於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範圍。
以上所述僅是本實用新型的具體實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，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範圍。