专利名称：自适应式超导磁体弹性骨架的制作方法
技术领域：
本实用新型属于超导磁体骨架制作过程中的结构工艺技术，尤其涉及一种自适应式超导磁体弹性骨架，主要用于优化骨架本身的低温机械性能、强化骨架对超导线圈的低温保护性能。
背景技术：
超导材料在达到一定的低温环境下，电阻为零。利用超导材料的这种特性，超导故障限流器、超导变压器、超导储能等一系列超导电力设备的应用研究得到很大发展，而超导磁体作为重要组成部分，是其应用的一个关键。与常规材料制作的磁体相比，利用超导线材绕制的超导线圈，其作为励磁磁体具有功耗极小、体积紧凑、稳定性高等优点。但是由于超导线材复杂的制作工艺以及其自身的特殊成分组成，使得超导磁体制作中对骨架的要求很高。目前，无论是第一代B1-2223/Ag铋系银包套带材还是第二代YBCO涂层高温超导带材，都是脆性氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯折会导致其通流性能变差。此外，超导磁体一般在电力网络、高强度磁场、温度变化幅度较大等场合应用，环境较为恶劣，因此超导磁体的制作需要考虑到制作材料的抗机械电磁作用力、绝缘能力、低温下强度、大范围温度变化下强度变化和热膨胀系数、抗疲劳性能等一系列因素。超导磁体在从常温过渡到液氮环境温度或者相反时，由于骨架和超导线圈的热膨胀系数不同，会导致超导带材绷得过紧或者过松，甚至会有超导带材绷断、磁体变形和损坏的严重后果。授权公告号为CN101499350B的实用新型专利公开了一种高温超导磁体骨架的结构形式，解决了超导线圈绕制过程中的预应力问题，并其在一定程度上提高了超导磁体机械强度，降低了磁体线圈工作过程中受到强电磁力冲击发生损伤的几率，但是在实用过程中发现，该种结构形式的超导磁体骨架却无法有效舒缓超导线圈与骨架之间因热膨胀系数不同所产生的内应力，严重时还会引发超导磁体线圈电流引线因内应力作用发生断裂，导致整个磁体断路无法正常工作，对大型超导磁体、超低温超导磁体的工程应用带来无法预估的安全隐患，制约了大型超导磁体、超低温超导磁体在工程领域中的发展。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种自适应式超导磁体弹性骨架，具有自适应的能力，可以解决因超导磁体特殊运行环境下的机械强度、热膨胀等一系列问题，同时优化了磁体加工工艺，消除现有结构形式中的技术缺陷，提高大型超导磁体、超低温超导磁体在工程应用过程中的稳定性与耐久性。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种自适应式超导磁体弹性骨架，由上、下压板夹置若干组相互叠加的圆环型分瓣组合式双饼骨架而成；每组圆环型分瓣组合式双饼骨架含有三瓣以上的单体双饼骨架，其中，每个单体双饼骨架呈扇形，由五层叠加，为对称结构，中心为中隔板，从中隔板向上、下两侧依次为绕制槽板和侧隔板层，各层间错缝拼接，在上、下压板及每组的圆环型分瓣组合式双饼骨架上都开设供非导磁拉杆穿入的固定孔，并配设电流引线铜排；在各绕制槽板层的拼接缝中，局部或全部加设弹性缓冲块，且对应加有弹性缓冲块的接缝位置处，同侧的侧隔板层开有接缝。所述自适应式超导磁体弹性骨架的弹性缓冲块为对称结构，优选方案是:所述的弹性缓冲块为对称结构，中心为空心体为佳，两端为实体块，且与绕制槽板端侧开设的凹槽形状吻合以紧密卡接。所述自适应式超导磁体弹性骨架中，在所述自适应式超导磁体弹性骨架中间层加入端头隔板，在每组圆环型分瓣组合式双饼骨架中配装有对线圈引线端头进行固定的卡具。所述自适应式超导磁体弹性骨架中，在每两个双饼骨架线圈间的非线材绕制部位加入散热垫片。所述自适应式超导磁体弹性骨架中，若在自适应式超导磁体弹性骨架上安放的磁体采用多饼串联后再进行组间并联的组装方式，则在每组超导线圈间加入组绝缘隔板。本实用新型自适应式超导磁体弹性骨架为大型超导磁体、超低温超导磁体的设计工作提供了高强度、高稳定性的可行性施工技术方案，解决了影响超导磁体低温可靠性方面的技术难关。本实用新型的优点在于:可以有效解决超导磁体在特殊运行环境下，绕组骨架在机械强度、冷缩热涨因素等方面所暴露出的一系列问题，降低超导磁体因热胀冷缩因素造成磁体损伤的风险，增强超导磁体的低温机械性能和正常运行过程中的稳定性。
图1为本实用新型自适应式超导磁体弹性骨架整体组装截面结构示意图。图2为本实用新型双饼线圈骨架的组装截面结构示意图。图3为本实用新型双饼线圈骨架错缝拼接效果示意图。图4为本实用新型弹性缓冲块安装效位置示意图。图5为本实用新型绕制槽板结构示意图。图6为本实用新型隔板结构示意图。图7本实用新型上压板结构示意图。图8为本实用新型弹性缓冲块结构示意图。图9为本实用新型端头隔板结构示意图。
具体实施方式
本实用新型自适应式超导磁体弹性骨架的基础结构单元为双饼线圈骨架，如图1所示，可以是由若干组圆环型分瓣组合式双饼骨架相互叠加并由上、下压板1、2经由非导磁拉杆5穿设夹置而成，在每两个双饼骨架线圈间的非线材绕制部位加入散热垫片3 ;超导磁体则为绕制在该结构双饼线圈骨架上的超导线圈通过多组串并联连接形成。若在自适应式超导磁体弹性骨架上安放的磁体采用多饼串联后再进行组间并联的组装方式，则在每组超导线圈间加入组绝缘隔板4，并配设电流引线铜排。每组双饼线圈骨架为五层叠加、单层多瓣、错缝拼接式结构。具体结构为:每层环形板材可根据磁体的直径大小进行数目不定的均分，形成多个扇型环瓣分体加工。每组圆环型分瓣组合式双饼骨架至少含有三瓣扇型的单体双饼骨架。参见图2和图3所示，每个单体双饼骨架的五层对称结构是:两个绕制槽板7分别间隔夹置在三层隔板8中(从中部向两侧依次为中隔板层、绕制槽板层、侧隔板层)，分别将五层圆环交接错缝叠加在一起(如图
3的两个箭头所示位置)，将各层部件的穿孔对齐，每个固定孔内穿入一个固定销环6，将五层部件固紧，并用特殊的低温胶进行粘接。根据超导磁体的绕制匝数确定绕制线材的线槽深度，通过对绕制槽板7与隔板8外径的差异设计可以使骨架形成带有两个超导线材绕制槽的双饼骨架。所述绕制槽板7、隔板8及上下压板1、2 (上下压板两者结构相同)的结构可分别参见图5、图6和图7。参见图2至图4所示，本实用新型自适应式超导磁体弹性骨架的创新点在于:拼接过程中，在各绕制槽板层的局部或全部加入弹性缓冲结构(本实施例加入为弹性缓冲块9)，弹性缓冲块具有自适应缩放能力，为环氧骨架环瓣在跨度较大的温度梯度变化过程中因内应力作用造成的形变量提供了环形方向内的调整空间，避免骨架因变形挤压后造成环瓣端部凸起，损伤骨架内层超导线材，严重时甚至会损伤外层线材引线接头。所述弹性缓冲结构的设计应具有自适应的缩放结构，对称结构为宜，以“中心为空心体，两端为实体块，且与绕制槽板端侧开设的凹槽形状吻合以紧密卡接”为优选方案。本实施例中的具体设计是:在绕制槽板端侧开设圆形凹槽701 (参见图5)，对应之，弹性缓冲块9中间呈空心椭圆形结构，可根据两侧凸起的受力方向进行自适应缩放，两侧为圆形凸台，可与骨架环瓣两侧端部的凹槽进行紧密卡接，从而在不降低整体环形骨架机械强度的前提下，为骨架的内应力形变量提供了环形方向内的调整空间，参见图8所示。环氧材料具有较高的介电常数，可以对超导线圈实施较好的绝缘保护。采用分体式结构设计，参照环氧材料在受温度变化影响下的冷缩系数可以精确设计每个扇型环瓣的弧长值，有效避免骨架在温度变化过程中的热胀冷缩效应；为了更有效的吸收或释放骨架在低温环境下因冷热收缩因素而产生的内应力，在骨架环瓣拼接过程中，可以在接缝处加入弹性缓冲结构(弹性缓冲块);骨架中间层加入端头隔板10(参见图9)，配装卡具11对线圈引线端头进行固定，避免引线与超导线材焊接点受力断裂，如图2中所示。上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。
权利要求1.一种自适应式超导磁体弹性骨架，由上、下压板夹置若干组相互叠加的圆环型分瓣组合式双饼骨架而成；每组圆环型分瓣组合式双饼骨架含有三瓣以上的单体双饼骨架，其中，每个单体双饼骨架呈扇形，由五层叠加，为对称结构，中心为中隔板，从中隔板向上、下两侧依次为绕制槽板和侧隔板层，各层间错缝拼接，在上、下压板及每组的圆环型分瓣组合式双饼骨架上都开设供非导磁拉杆穿入的固定孔，并配设电流引线铜排；其特征在于:在各绕制槽板层的拼接缝中，局部或全部加设弹性缓冲块，且对应加有弹性缓冲块的接缝位置处，同侧的侧隔板层开有接缝。
2.根据权利要求1所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:所述的弹性缓冲块为对称结构。
3.根据权利要求2所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:所述的弹性缓冲块中心为空心体，两端为实体块，且与绕制槽板端侧开设的凹槽形状吻合以紧密卡接。
4.根据权利要求3所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:所述的绕制槽板端侧开设圆形凹槽；所述的弹性缓冲块中心的空心体为空心椭圆形，两端实体块对应为圆形凸台。
5.根据权利要求1所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:在所述自适应式超导磁体弹性骨架中间层加入端头隔板，在每组圆环型分瓣组合式双饼骨架中配装有对线圈引线端头进行固定的卡具。
6.根据权利要求1所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:在每两个双饼骨架线圈间的非线材绕制部位加入散热垫片。
7.根据权利要求1所述的自适应式超导磁体弹性骨架，其特征在于:若在自适应式超导磁体弹性骨架上安放的磁体采用多饼串联后再进行组间并联的组装方式，则在每组超导线圈间加入组绝缘隔板。
专利摘要一种自适应式超导磁体弹性骨架，由上、下压板夹置若干组相互叠加的圆环型分瓣组合式双饼骨架而成；每组圆环型分瓣组合式双饼骨架含有三瓣以上的单体双饼骨架，其中，每个单体双饼骨架呈扇形，由五层叠加，为对称结构，中心为中隔板,从中隔板向上、下两侧依次为绕制槽板和侧隔板层，各层间错缝拼接，在上、下压板及每组的圆环型分瓣组合式双饼骨架上都开设供非导磁拉杆穿入的固定孔,并配设电流引线铜排；在各绕制槽板层的拼接缝中，局部或全部加设弹性缓冲块，且对应加有弹性缓冲块的接缝位置处，同侧的侧隔板层开有接缝。其具有自适应的能力，可以解决因超导磁体特殊运行环境下的机械强度、热膨胀等一系列问题。
文档编号H01F41/00GK203070859SQ201320034490
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者田波, 龚伟志, 李强, 王立中 申请人:北京云电英纳超导电缆有限公司