一种超导磁体多分支传导冷却结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种冷却结构，尤其涉及一种超导磁体多分支传导冷却结构。
【背景技术】
[0002]处于超导状态的导体称为“超导体”。众所周知，具有应用价值的超导体一般都是一些合金类材料，这些合金材料在极低的温度下才能呈现超导态。然而低温并不太容易获得，需要一定的成本和代价。虽然如Bi2223和REBCO等HTS材料可以在较低成本的液氮温度下获得超导态，但是由于这些材料呈脆性，难以制成具有相当长度的超导线材，而且价格非常昂贵，限制了其推广应用。当前，能够满足大规模商业应用的超导线材仍然是一些LTS材料如NdT1、Sn3Nd等，这些材料一般需要液氦作为冷却剂以维持其超导态。可是氦气作为一种分离自石油气中的稀有气体，其资源量十分有限，而且价格也十分昂贵。另外近年来一些用于小型超导磁体的HTS带材也越来越获得人们的重视。使用这些材料的线材制造的超导磁体，越来越倾向于减少冷却剂的使用。G-M制冷机的广泛应用为这一需求提供了机会，它通过压缩空气致冷将冷量不断输入磁体内部给低温保持器内部降温，从而减少甚至取消了对冷却剂(液氦、液氮)的需求。一些中小型超导磁体已经使用G-M致冷机与冷却剂结合的致冷方式，或者只使用G-M致冷机传导致冷的无冷却剂冷却方式。这种方式无需频繁的灌注、抽取冷却剂，操作简便，而且可以反复使用不受液氦限制，更重要的是，它只消耗一些电能，相比之下，成本大大降低。但是由于G-M致冷机的制冷效率较低，一般只在千分之几，无冷却剂致冷的话通常需要较长的时间，尤其是如果内部布局不合理、热接触不稳定、热阻滞较大，会导致冷量分布不均衡，结果可能无法冷却到预定的温度，或者使磁体的某些部位无法在预期的、合理的时间内达到超导态。而对于超导线圈来说，任何一点如果没有达到超导态，整个线圈都无法通过较高的电流，不能称为超导线圈，冷却过程也就失败了。因此如何高效利用致冷机宝贵的冷量，使磁体可靠、均匀、快速的达到低温超导状态便成为人们关注的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型旨在提供一种超导磁体多分支传导冷却结构，能够可靠、均匀、快速的对超导磁体各部分进行传导冷却。
[0004]为达到上述目的，本实用新型是采用以下技术方案实现的:
[0005]本实用新型公开的超导磁体多分支传导冷却结构，包括冷头、磁体骨架，所述磁体骨架上设有骨架法兰，磁体骨架至少有两个绕线槽，所述绕线槽中盘绕有磁体线圈、所述磁体线圈与磁体骨架之间有骨架绝缘层、磁体线圈外层表面束缚设有线圈抱箍，所述线圈抱箍与磁体线圈之间设有线圈绝缘层，所述磁体线圈包括超导线圈，所述超导线圈包括超导线和匝间绝缘；还包括冷屏和与冷屏连接的骨架轴向支撑和骨架径向支撑，所述骨架轴向支撑和骨架径向支撑连接骨架法兰，还包括分别与骨架轴向支撑、骨架径向支撑、磁体抱箍、骨架法兰连接的轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支，所述轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支通过互联冷却分支相互连通并均连接冷头，所述冷屏包围磁体骨架、轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支、互联冷却分支。通过与骨架法兰连接的轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、骨架法兰冷却分支，及束缚超导线圈的线圈抱箍冷却分支，将冷头产生的冷量通过多个路径不断地送至骨架轴向支撑、骨架径向支撑、磁体骨架、线圈抱箍乃至磁体线圈。
[0006]进一步的，所述冷头有至少两个，并排布置，所述轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支，所述轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支均至少有两个，对称布置。
[0007]优选的，构成所述骨架绝缘层的为高导热率、高绝缘性能、低摩擦性的复合材料薄膜；线圈绝缘层由纤维布混合导热性树脂在磁体线圈上缠绕后固化形成。
[0008]优选的，所述磁体线圈为超导线圈，所述匝间绝缘为包含金属填料的树脂固化物。
[0009]优选的，所述线圈抱箍的材料为高导热率金属或合金。
[0010]优选的，所述线圈抱箍的材料为高纯铜材或铜基合金。
[0011]优选的，所述磁体骨架的材料为无磁性金属或合金。
[0012]优选的，所述磁体骨架的材料为高纯铜或铜合金。
[0013]优选的，所述磁体骨架的材料为不锈钢或铝合金。
[0014]优选的，所述轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支、线圈抱箍冷却分支、骨架法兰冷却分支、互联冷却分支均为铜或铜基合金材质的板材，线缆或柔性带。
[0015]本实用新型的有益效果是:整个结构通过多分支传导冷却，形成冷头与骨架、线圈的多点、多面可靠接触，及对称、互联相通，多路径高效利用冷头的冷量，并通过轴向支撑冷却分支、径向支撑冷却分支阻断冷屏向骨架的热量传导，使整个结构在任何工况下都更加可靠、更加均匀的冷却，从而在更短的时间内使线圈各个位置达到均衡的超导状态。除此之夕卜，线圈和其他部件之间、线圈内部超导线之间也具有较好的绝缘性、稳定性和整体性。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构示意图；
[0017]图2为超导线圈的横截面示意图；
[0018]图中:1-冷头、2-磁体骨架、3-磁体线圈、4-骨架绝缘层、5-线圈绝缘层、6-线圈抱箍、7-骨架轴向支撑、8-骨架径向支撑、9-轴向支撑冷却分支、10-径向支撑冷却分支、11-线圈抱箍冷却分支、12-骨架法兰冷却分支、13-互联分支、14-超导线、15-导线匝间绝缘、16-冷屏。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0020]如图1、图2所示，本实用新型公开的超导磁体多分支传导冷却结构，包括一个或数个冷头1，冷头I可选用4K冷头，具有不少于2个绕线槽的磁体骨架2，盘绕于骨架绕线槽的磁体线圈3，磁体骨架2与磁体线圈3之间的骨架绝缘层4，束缚于线圈外表面的线圈抱箍6，和磁体线圈3与线圈抱箍6之间的线圈绝缘层5，其中的超导线圈3由超导线14和匝间绝缘15组成；其次包括冷屏16和与冷屏16、磁体骨架2连接的骨架轴向支撑7和骨架径向支撑8，另外还包括与骨架轴向支撑7、骨架径向支撑8、磁体抱箍6、骨架2法兰连接的轴向支撑冷却分支9、径向支撑冷却分支10、线圈抱箍冷却分支11、骨架法兰冷却分支12，这些分支之间又通过互联分支13相互连通。
[0021]该超导磁体的传导