一种高温超导线圈磁通泵设备的制作方法

本实用新型涉及一种高温超导体的充磁设备，具体涉及一种高温超导线圈磁通泵设备。

背景技术：

超导材料根据其临界温度的高低可分为低温超导材料和高温超导材料，目前商业化的低温超导材料主要用于核磁共振成像仪、加速器磁体等方面，但由于低温超导材料具有低临界转变温度(Tc<30K)，制冷费用昂贵，就使得应用方面受到了很严重的限制；而高温超导材料则具有较高的临界转变温度，制冷费用较低，应用前景广阔。

但第二代高温超导带材绕制的高温超导磁体由于自身的材料特性，难以像低温超导磁体一样运行在持续电流模式，这是由两个原因决定的，第一是在较高的运行温度下，磁通蠕动现象会导致明显的电流衰减，而第二个原因则是第二代高温超导带材是涂层材料，“YBaCuO”超导层薄，通常为1μm，且封装在保护层中，焊接电阻难以避免，这就导致了超导电流在焊接处发热并衰减。

因为难以运行在持续电流模式下，目前较为普遍的充磁方案是直接采用直流电源为磁体长时间供电，但这就会产生两个问题：第一是高温超导磁体直流电源设备昂贵，耗能高，且长时间运行会对设备造成损耗；第二则是普通铜导体制成的电流引线从室温进入低温环境，导入大量热量并且因自身电阻发热，会对制冷系统带来较大的负担。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高温超导线圈磁通泵设备，解决上述高温超导磁体直流电源设备昂贵，制冷系统负担大，制冷成本高的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种高温超导线圈磁通泵设备，包括磁路、三相电绕组、直流电线圈、超导线圈定子和超导线圈，磁路首尾相连形成封闭线路，并依次被分为第一段、第二段、第三段和第四段，第一段和第三段上下对应设置，第二段和第四段左右对应设置，第一段上设有线圈绕槽，线圈绕槽位于磁路构成的封闭线路内侧，所述三相电绕组绕制在线圈绕槽上，直流电线圈分别设置在所述磁路的第二段和第四段上，超导线圈设置在磁路外侧与超导线圈定子相连并形成闭合回路，所述磁路的第三段从超导线圈定子与超导线圈构成的封闭回路内侧穿过。

上述高温超导线圈磁通泵设备，采用直线电机的原理，将三相电绕组绕制在线圈绕槽中，启动设备时三相电绕组在线圈绕槽的下方产生沿直线方向运动的交变行波磁场，同时在直流电线圈的作用下，使交变行波磁场具有了直流偏置分量，通过对超导线圈定子施加交变行波磁场，实现对超导闭合线圈的励磁。

作为本实用新型的进一步优选，上述超导线圈定子和超导线圈的外部设有杜瓦瓶。

在超导线圈定子和超导线圈的外部设置杜瓦瓶是为了使超导线圈定子和超导线圈运行的温度在临界温度以下，以维持其超导状态。

作为本实用新型的进一步优选，上述杜瓦瓶的壳体从内到外依次由内壳、真空绝热层和外壳构成。

杜瓦瓶的壳体由三层构成，且中间一层为真空绝热层，是为了防止外界的温度传入壳体内部，造成制冷系统负担过大的问题。

作为本实用新型的进一步优选，上述磁路形成的封闭线路为矩形。

作为本实用新型的进一步优选，上述超导线圈定子的设置方向与由三相电绕组产生的交变行波磁场的前进方向垂直。超导线圈定子的设置方向与由三相电绕组产生的交变行波磁场的前进方向垂直是为了使超导线圈充磁的效果更好。

作为本实用新型的进一步优选，上述超导线圈的中心设有霍尔元件。在超导线圈的中心设置霍尔元件，是用来测量超导线圈的轴向磁场，并将之校对成超导线圈的感应超导电流值，并以此反馈控制三相电绕组的三相电流，实现超导磁体充磁或者衰减磁场的补偿功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.利用磁通动力学充磁原理，超导线圈定子和超导线圈形成闭合回路，不需要长时间外接直流电源就能实现磁体的励磁，由于充磁原理和现有技术的不同，使免除了高温超导磁体对昂贵的直流电流源的依赖，大幅降低了高温超导磁体的电源成本。

2.由于没使用电流引线，大幅度的降低了制冷系统的负担，实现了高温超导线圈在持续电流模式下的运行，且运行过程中对由磁通蠕动和焊接电阻导致的电流衰减实现实时补充，降低了运行过程中的能耗。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的改进结构示意图。

图3为图2的改进结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体实施例1：

图1示出了一种高温超导线圈磁通泵设备，包括磁路2、三相电绕组1、直流电线圈4、超导线圈定子5和超导线圈6，磁路2首尾相连形成封闭线路，并依次被分为第一段、第二段、第三段和第四段，第一段和第三段上下对应设置，第二段和第四段左右对应设置，第一段上设有线圈绕槽3，线圈绕槽3位于磁路2构成的封闭线路内侧，所述三相电绕组1绕制在线圈绕槽3上，直流电线圈4分别设置在所述磁路的第二段和第四段上，超导线圈6设置在磁路2外侧与超导线圈定子5相连并形成闭合回路，所述磁路2的第三段从超导线圈定子5与超导线圈6构成的封闭回路内侧穿过。

上述高温超导线圈磁通泵设备，采用直线电机的原理，将三相电绕组1绕制在线圈绕槽3上，启动设备时三相电绕组1在线圈绕槽3的下方产生沿直线方向运动的交变行波磁场，同时在直流电线圈4的作用下，使交变行波磁场具有了直流偏置分量，通过对超导线圈定子5施加交变行波磁场，实现对超导线圈6的励磁。

由于三相电绕组1产生的交变行波磁场的磁场强度在空间区域分布不均匀，导致空间的磁压力不均匀，从而在超导线圈定子5的横截面上产生较大的磁压力差，这样能有效的帮助磁通量子克服超导材料钉扎力的作用，推动磁通量进入到超导闭合回路的内部，从而在超导线圈6中产生充磁及磁场累加的效果。

具体实施例2：

图2示出了一种高温超导线圈磁通泵设备的优选技术方案，本实施例是在具体实施例1的基础上对本实用新型进行了进一步的说明，上述超导线圈定子5和超导线圈6的外部设有杜瓦瓶9。

杜瓦瓶9中装有低温液体，在超导线圈定子5和超导线圈6的外部设置杜瓦瓶9是为了使超导线圈定子5和超导线圈6运行的温度在临界温度以下，以维持其超导状态。

具体实施例3：

图3示出了一种高温超导线圈磁通泵设备的优选技术方案，本实施例是在具体实施例2的基础上对杜瓦瓶9的壳体进行了进一步的优化，上述杜瓦瓶9的壳体从内到外依次由内壳11、真空绝热层10和外壳12构成。

杜瓦瓶的壳体由三层构成，且中间一层为真空绝热层10，是为了防止外界的温度传入壳体内部，造成制冷系统负担过大的问题，而且由于只有超导线圈定子5和超导线圈6位于杜瓦瓶9内部，而三相电绕组1和直流电线圈4设置在杜瓦瓶的外部，所以由三相电绕组1和直流电线圈4产生的热量不进入低温环境，进一步的降低了制冷成本。

具体实施例4：

本实施例是在具体实施例1至3中任意一项的基础上对磁路2的形状进行了进一步的说明，上述磁路2形成的封闭线路为矩形。

具体实施例5：

本实施例是在具体实施例1至4中任意一项的基础上对超导线圈定子5设置的方向进行了进一步的说明，上述超导线圈定子5的设置方向与由三相电绕组3产生的交变行波磁场的前进方向垂直。超导线圈定子5的设置方向与由三相电绕组3产生的交变行波磁场的前进方向垂直是为了使超导线圈6充磁的效果更好。

具体实施例6：

本实施例是在具体实施例1至5中任意一项的基础上对本实用新型进行了进一步的优化，上述超导线圈6的中心设有霍尔元件7。在超导线圈6的中心设置霍尔元件7，是用来测量超导线圈6的轴向磁场，并将之校对成超导线圈的感应超导电流值，并以此反馈控制三相电绕组1的三相电流，实现超导磁体充磁或者衰减磁场的补偿功能。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。