一种高温超导线圈骨架的制作方法

本发明涉及高温超导技术领域，特别是涉及一种高温超导线圈骨架。

背景技术：

超导材料，又称超导体，是指在某一温度下，电阻为零的导体。超导材料的零电阻特性使其在电力领域具有巨大的应用潜力，例如利用超导材料制备的超导线圈，在电流传输过程中，超导线圈具有低损耗、高效率及传输电流密度高等优点，因此，可以大幅度降低电网损耗。

超导磁体装置包括液氮容器、冷却装置与超导线圈或带材(以下简称为线圈)，液氮容器用于盛放液氮，同时也起到固定冷却装置与线圈的作用；冷却装置利用液氮容器内的液氮为线圈提供超导所需的低温。线圈是超导磁体装置的核心部件，超导线圈的绕制需要设计匹配的绕制骨架以及合适的绕制工艺，骨架的设计过程中需要着重解决层绕环形缠绕过程中内应力的控制、超导线圈绕制过程中的平行度和螺旋角度的控制。通过可调张力设备控制绕制过程中的张力和角度，从而优化层间绝缘尺度，满足高温超导性能需要。

现有技术中，采用单根超导线圈直接绕制在线圈骨架上，若超导线圈的某部分发生损害，则此超导线圈将不可继续使用，造成了超导线圈的浪费，使超导线圈的使用成本较高，影响了超导磁体的广泛使用。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种高温超导线圈骨架，以解决现有技术中超导线圈的某部分发生损害，导致此超导线圈不可使用，从而造成超导线圈使用成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种高温超导线圈骨架，包括一个线圈架组，所述线圈架组包括数个线圈架，数个所述线圈架由内而外依次排列放置；每个所述线圈架包括一个用于绕制线圈的线圈架本体，所述线圈架本体的两端分别设有上法兰与下法兰；所述上法兰上设有两个引出槽，所述引出槽用于引出线圈的接口；

所述高温超导线圈骨架还包括两个绝缘板，每个所述绝缘板上固定一电极，所述电极用于焊接线圈的接口。

优选地，所述线圈架组包括三个线圈架，分别为由内而外依次排列放置的第一线圈架、第二线圈架及第三线圈架。

优选地，所述线圈本体为跑道型。

优选地，所述线圈架为玻璃钢无磁材料。

优选地，所述线圈架上靠近上法兰的一端设有数个上固定件，所述上固定件上设有三个平行排列的上卡槽，三个所述上卡槽分别用于卡固三个所述线圈架。

优选地，所述线圈架上靠近下法兰的一端设有数个下固定件，所述下固定件上设有三个依次用于卡固三个所述线圈架的下卡槽，所述下固定件上还设有用于与液氮容器固定连接的腰型孔；

优选地，所述上固定件的数量为4个，4个所述上固定件在所述线圈架上端均匀分布；所述下固定件的数量为4个，所述下固定件与上固定件对应设置。

优选地，所述绝缘板通过凹台卡件固定在所述第三线圈架的线圈架本体的外侧壁处。

优选地，所述电极为铜板电极，所述绝缘板为环氧树脂绝缘板。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种高温超导线圈骨架，包括一线圈架组，线圈架组包括数个相互嵌套设置的线圈架，每个线圈架包括用于绕制超导线圈的线圈架本体及用于引出线圈接口的引出槽。每个线圈架上各自绕制一根单独的超导线圈，超导线圈的线圈接口从引出槽内伸出，不同线圈架上的线圈接口可以进行连接，形成串联结构。每个线圈架上的超导线圈相对独立，若某根线圈发生损坏或故障，短接此故障线圈，连接非故障线圈形成串联回路，则超导线圈可正常运行，避免了超导线圈的浪费，也降低了超导线圈的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种高温超导线圈骨架的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的线圈架组的放大图；

图3为本发明实施例提供的一种线圈架的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的上固定件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的下固定件的结构示意图；

图1-5中的标号表示为：1-线圈架组，11-第一线圈架，12-第二线圈架，13-第三线圈架，2-线圈架本体，31-上法兰，32-下法兰，4-引出槽，5-绝缘板，51-凹台卡件，6-电极，71-上固定件,711-上卡槽，72-下固定件，721-下卡槽，722-腰型孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种高温超导线圈骨架的结构示意图，如图1所示，包括一个线圈架组1，线圈架组1包括数个线圈架。为了节省空间，数个线圈架具有不同的内径尺寸，数个线圈架按照内径尺寸由小到大的顺序、由内而外依次嵌套设置。

数个线圈架上各自缠绕一根线圈，其中，某一线圈架上缠绕的线圈与其他任意一线圈架上的线圈连接。若某个线圈架上的线圈发生损坏或故障，则可将此线圈架上的线圈进行短路，将其线圈架上的线圈进行依次连接，则此超导磁体仍可正常工作，从而解决了线圈使用成本较高的问题。

此外，与仅设有一个线圈架相比，设置多个线圈架后，每个线圈架上缠绕的线圈的数量减少，因此，缠绕的层数较少，有利于内层线圈的散热，避免了因线圈运行中产生的焦耳热无法及时散出、导致磁体失超现象的发生。

线圈架组包括数个线圈架，本领域技术人员可根据实际情况设置线圈架的个数，例如3个、4个或5个等，其均属于本领域的保护范围。图2为本发明实施例提供的线圈架组的放大图，如图2所示，本实施例中，高温超导线圈骨架包括三个线圈架，分别为第一线圈架11、第二线圈架12及第三线圈架13，三个线圈架由内而外依次嵌套放置。为了便于之后的固定件对线圈架的卡固，第一线圈架11、第二线圈架12及第三线圈架13的内径依次成等差数列设置，即三个线圈架内而外依次排列放置后，使相邻线圈架的间距一致。同时，为了方便线圈架与固定件的配合，本实施例中，三个线圈架的厚度保持一致。

本实施例中，线圈架为玻璃钢无磁材料，与传统的不锈钢材料制作的线圈架相比，玻璃钢无磁材料的线圈架可以消除线圈在通电过程中产生的涡流损耗，避免焦耳热的产生，从而减少了超导磁体运行中焦耳热导致磁体失超的可能性。此外，玻璃钢无磁材料制备的线圈架具有适度的刚度，可在线圈绕制、固化的过程中保持原有形态不变。

图3为本发明实施例提供的一种线圈架的结构示意图，如图3所示，每个线圈架均包括一个线圈架本体2，线圈架本体2用于绕制线圈。线圈架的形状为类椭圆形，本实施例中，线圈架本体为跑道型，跑道型具体为，两端为圆弧形，中部为两条平行的直线。当然，线圈架本体还可为两端具有较尖弧度的橄榄形，其均属于本发明的保护范围。与现有技术中的圆形的线圈架本体相比，跑道型的线圈架本体占据更小的空间，因此，有利于小型化超导磁体装置的体积。

每个线圈架本体2的两端分别设有上法兰31与下法兰32；上法兰31上设有两个引出槽4，分别为第一引出槽与第二引出槽，引出槽4用于引出线圈的接口。每个线圈架本体2上分别绕制一线圈，一根线圈具有两个线圈接口，其中一个线圈接口从第一引出槽伸出，另一个线圈接口从第二引出槽伸出。

从引线槽内伸出的线圈接口可以与另两个中任意一线圈的线圈接口进行连接，例如，三个线圈的线圈接口可以依次进行首尾连接；当然，若其中一个线圈损坏，则可将另外两个线圈的线圈接口进行直接连接，则线圈仍可正常工作，因此，延长了线圈的使用寿命，降低了线圈的使用成本。应当说明，线圈接口之间的连接方式有多种，例如焊接，其均属于本发明的保护范围。

高温超导线圈骨架还包括两个绝缘板5，绝缘板5与线圈架的连接方式有多种，在本实施例中，绝缘板5通过凹台卡件51固定在第三线圈架13的线圈架本体2的外侧壁处，从而将第三线圈架13上绕制的线圈与电极6进行绝缘隔离。凹台卡件51为L型板材，L型板材包括相互垂直的第一平板与第二平板，第一平板上设有三个相互平行的凹台卡槽，三个凹台卡槽分别用于卡固三个线圈架；第二平板上设有螺孔，绝缘板5与其对应位置处设有设有相匹配的螺钉，通过螺钉与螺孔的配合，将绝缘板5固定在第二平板上，从而实现将绝缘板5在线圈架上的固定。本实施例中，绝缘板5为环氧树脂绝缘板，环氧树脂绝缘板具有无磁与低温绝缘性，因此，适合应用在超导磁体应用中。

每个绝缘板5上固定一个电极6，电极6用于焊接线圈的接口，绝缘板5用于将线圈与电极6之间的绝缘。电极与绝缘板的固定连接方式有多种，本实施例中，通过螺钉与螺孔的方式，将电极与绝缘板固定连接。

电极6用于连接外电路与线圈，其具体为，从引出槽4内伸出的线圈焊接在电极6上，同时，电极6通过铜编织带(一种柔性导线)与电流引线(一种与外电路相连接的硬质导线)电连接，即电极6连接了外电路与线圈，形成了电流串联通路。本实施例中，电极6为铜板电极，铜板电极具有良好的导电与导热性能。

线圈架上设有上法兰31的一端为线圈架上端，另一端为线圈架下端，线圈架上端设有数个上固定件71。图4为本发明实施例提供的上固定件的结构示意图，如图4所示，上固定件71上设有三个平行排列的上卡槽711，三个上卡槽711分别用于卡固三个线圈架。应当说明，每个上卡槽711的宽度应当与线圈架的厚度相匹配，相邻上卡槽711间的间距应当与相邻线圈架的间距保持一致。

线圈架下端设有数个下固定件72，图5为本发明实施例提供的下固定件的结构示意图，如图5所示，下固定件72上设有三个依次用于卡固三个线圈架的下卡槽721。应当说明，下卡槽721的宽度与间距与上卡槽711相同，再此不做赘余。下固定件72上还设有腰型孔722，腰型孔722用于与液氮容器固定连接。本实施例中，腰型孔722通过定位螺钉固定于液氮容器底部。下固定件72的下卡槽721与线圈架固定连接，下固定件72的腰型孔722通过定位螺钉液氮容器底部固定连接，从而实现了将高温超导线圈骨架固定在液氮容器上。

应当说明，本领域技术人员可根据实际需要设定上固定件与下固定件的数量，其均属于本发明的保护范围。本实施例中，所述上固定件的数量为4个，4个所述上固定件在所述线圈架上端均匀分布；所述下固定件的数量为4个，所述下固定件与上固定件对应设置。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。