一种多线圈无接头的超导磁体以及绕制方法

本发明涉及超导磁体，具体为一种多线圈无接头的超导磁体以及绕制方法。

背景技术：

1、高效的超导磁体技术和低温制冷技术，已经广泛应用于国民经济、科学实验、国防军工、核磁共振、磁悬浮等科学技术中。超导技术作为一种近乎于0电阻0能耗的技术，使超导磁体可以实现在较低的电压下，获得较高的电流和较强的磁场，在集成电路半导体、生物医药、新型材料等领域都有广泛的应用和科学研究价值。目前超导磁体无法实现完全0电阻的主要原因，在于超导接头本身是一种断路连接结构，目前国际上暂未发现能够超导的焊接材料，因此超导接头无法在4k(-269℃)实现0电阻超导态。此种情况，使得整个电流回路中，始终存在一个低电阻的发热损耗，使回路中的电流随着时间增加不断衰减。

2、在超导磁体系统中，超导接头是一种连接多根超导线两端接头的固定装置，或者是超导磁体进、出线接头与外部较高温区的过渡段中的固定引出装置。

3、现有的超导磁体技术中，每绕制完一个线圈，会出现进线、出线两个连接头，例如公布号为cn114360846a的中国专利文献公开了一种多线圈组合的高场超导磁体及其制作方法，每绕制一个线圈都有两个接头，这些接头在使用焊锡焊接后，在低温下并不是超导态，而是存在一个发热的电阻。对于传导冷却式超导磁体，4k温区下的一台制冷机的制冷功率只有0.8w～1.5w，多组焊接的超导接头热损耗一般占据了超导磁体整体热损耗的一半以上。尤其在闭环运行的超导磁体系统中(如核磁共振成像、核磁共振谱仪、质子加速器等)。由于电流的不断衰减，磁场也呈现线性的衰减变化，超导磁体的能量损耗增大，无法实现长时间的稳定磁场运行，并且超导磁体接头在反复焊接和拆装中存在一定的风险。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种减少超导磁体接头数量，降低超导磁体的能量损耗，提高了磁体长时间的运行稳定性，以及降低超导磁体接头在反复焊接和拆装中的操作风险的超导磁体。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种多线圈无接头的超导磁体，包括超导骨架、上法兰板、下法兰板、主线圈部、上补偿线圈部、下补偿线圈部、主过渡卡瓦、上过渡卡瓦、下过渡卡瓦、超导线、绝缘膜，所述超导骨架的上下两端分别固定上法兰板和下法兰板，所述下法兰板的内表面上开设有进线槽口和出线槽口，所述超导骨架上设置主线圈部，所述主线圈部上下两端还分别设置有上补偿线圈部和下补偿线圈部，所述主过渡卡瓦上设置有过渡线槽；

4、所述超导线的抽头经进线槽口进入主线圈部并绕制形成主线圈后进入上补偿线圈部，在主线圈上铺设绝缘膜后再设置主过渡卡瓦；所述超导线在上补偿线圈部绕制形成上补偿线圈后其抽头经过渡线槽进入下补偿线圈部，在上补偿线圈上铺设绝缘膜后再设置上过渡卡瓦；所述超导线在下补偿线圈部绕制形成下补偿线圈后其抽头经出线槽口引出，在下补偿线圈上铺设绝缘膜后再设置下过渡卡瓦。

5、该超导磁体通过一根超导导线绕制出多个超导线圈，可以实现多个层绕式螺线管线圈的组合或嵌套，不局限于某一个线圈，得到不同磁场分布需求的磁体，并且超导线圈之间没有连接接头，减少原有超导磁体接头数量，降低超导磁体的能量损耗，进而提高了磁体长时间的运行稳定性，以及降低超导磁体接头在反复焊接和拆装中的操作风险的超导磁体。

6、还通过多个线圈的组合，不仅可以实现核磁共振超导磁体的高均匀度绕制需求、梯度磁体需求和传导冷却磁体的需求，还可以实现同种材料、不同层数、匝数的内插组合，实现超导磁体的多种型式绕制需求。

7、优选地，所述主过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第一环形引出槽，所述主过渡卡瓦底部内壁和底面上设有第二环形引出槽，所述过渡线槽上下两端分别与第一环形引出槽和第二环形引出槽连通。

8、优选地，所述上过渡卡瓦上设置有与过渡线槽连通的上过渡线槽，所述上过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第三环形引出槽，所述上过渡卡瓦底部内壁和底面上设有第四环形引出槽，所述上过渡线槽上下两端分别与第三环形引出槽和第四下环形引出槽连通，所述第一环形引出槽和第四环形引出槽对应设置。

9、优选地，所述第一环形引出槽、第二环形引出槽、第三环形引出槽和第四下环形引出槽在引出铜瓦外侧的弧度不小于超导线直径的30倍，所述过渡线槽、上过渡线槽的宽度不小于超导线直径的2.5倍，所述过渡线槽、上过渡线槽的深度大于超导线直径。

10、优选地，所述下过渡卡瓦上设置有下过渡线槽，所述上过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第五环形引出槽，所述下过渡线槽上下两端分别与第五环形引出槽和出线槽口连通。

11、优选地，所述第五下环形引出槽在引出铜瓦外侧的弧度不小于超导线直径的30倍，所述下过渡线槽的宽度不小于超导线直径的2.5倍，所述下过渡线槽的深度大于超导线直径。

12、优选地，所述第五下环形引出槽在引出铜瓦外侧的弧度不小于超导线直径的30倍，所述下过渡线槽的宽度不小于超导线直径的2.5倍，所述下过渡线槽的深度大于超导线直径。

13、优选地，所述上法兰板和下法兰板均为无氧铜导冷法兰板。

14、优选地，所述主过渡卡瓦、上过渡卡瓦和下过渡卡瓦的材料为无磁金属材料或高传热效率的导热复合材料。

15、优选地，还提供一种多线圈无接头的超导磁体的绕制方法，包括如下步骤：

16、步骤1：将上法兰板和下法兰板分别固定在超导骨架的上端和下端，在上法兰板和下法兰板的内表面以及超导骨架表面铺设一层绝缘膜；

17、步骤2：超导线的抽头经进线槽口进入主线圈部并绕制形成主线圈后进入上补偿线圈部，再在主线圈上铺设绝缘膜后再设置主过渡卡瓦；

18、步骤3：在主过渡卡瓦的上表面和下表面铺设绝缘膜；

19、步骤4：超导线在上补偿线圈部绕制形成上补偿线圈后其抽头经过渡线槽进入下补偿线圈部，再在上补偿线圈上铺设绝缘膜后再设置上过渡卡瓦；

20、步骤5：超导线在下补偿线圈部绕制形成下补偿线圈后其抽头经出线槽口引出，再在下补偿线圈上铺设绝缘膜后再设置下过渡卡瓦。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、该超导磁体通过一根超导导线绕制出多个超导线圈，可以实现多个层绕式螺线管线圈的组合或嵌套，不局限于某一个线圈，得到不同磁场分布需求的磁体，并且超导线圈之间没有连接接头，减少原有超导磁体接头数量，降低超导磁体的能量损耗，进而提高了磁体长时间的运行稳定性，以及降低超导磁体接头在反复焊接和拆装中的操作风险的超导磁体。

23、还通过多个线圈的组合，不仅可以实现核磁共振超导磁体的高均匀度绕制需求、梯度磁体需求和传导冷却磁体的需求，还可以实现同种材料、不同层数、匝数的内插组合，实现超导磁体的多种型式绕制需求。

技术特征：

1.一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：包括超导骨架、上法兰板、下法兰板、主线圈部、上补偿线圈部、下补偿线圈部、主过渡卡瓦、上过渡卡瓦、下过渡卡瓦、超导线、绝缘膜，所述超导骨架的上下两端分别固定上法兰板和下法兰板，所述下法兰板的内表面上开设有进线槽口和出线槽口，所述超导骨架上设置主线圈部，所述主线圈部上下两端还分别设置有上补偿线圈部和下补偿线圈部，所述主过渡卡瓦上设置有过渡线槽；

2.根据权利要求1所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述主过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第一环形引出槽，所述主过渡卡瓦底部内壁和底面上设有第二环形引出槽，所述过渡线槽上下两端分别与第一环形引出槽和第二环形引出槽连通。

3.根据权利要求2所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述上过渡卡瓦上设置有与过渡线槽连通的上过渡线槽，所述上过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第三环形引出槽，所述上过渡卡瓦底部内壁和底面上设有第四环形引出槽，所述上过渡线槽上下两端分别与第三环形引出槽和第四下环形引出槽连通，所述第一环形引出槽和第四环形引出槽对应设置。

4.根据权利要求3所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述第一环形引出槽、第二环形引出槽、第三环形引出槽和第四下环形引出槽在引出铜瓦外侧的弧度不小于超导线直径的30倍，所述过渡线槽、上过渡线槽的宽度不小于超导线直径的2.5倍，所述过渡线槽、上过渡线槽的深度大于超导线直径。

5.根据权利要求1所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述下过渡卡瓦上设置有下过渡线槽，所述上过渡卡瓦顶部内壁和顶面上设有第五环形引出槽，所述下过渡线槽上下两端分别与第五环形引出槽和出线槽口连通。

6.根据权利要求5所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述第五下环形引出槽在引出铜瓦外侧的弧度不小于超导线直径的30倍，所述下过渡线槽的宽度不小于超导线直径的2.5倍，所述下过渡线槽的深度大于超导线直径。

7.根据权利要求1所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述上法兰板和下法兰板均设有竖向贯穿的隔缝，致使上法兰板和下法兰板呈哈夫结构。

8.根据权利要求1所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述上法兰板和下法兰板均为无氧铜导冷法兰板。

9.根据权利要求1所述的一种多线圈无接头的超导磁体，其特征在于：所述主过渡卡瓦、上过渡卡瓦和下过渡卡瓦的材料为无磁金属材料或高传热效率的导热复合材料。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种多线圈无接头的超导磁体的绕制方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种多线圈无接头的超导磁体以及绕制方法，包括超导骨架、上法兰板、下法兰板、主线圈部、上补偿线圈部、下补偿线圈部、主过渡卡瓦、上过渡卡瓦、下过渡卡瓦、超导线、绝缘膜，所述超导骨架的上下两端分别固定上法兰板和下法兰板，所述下法兰板的内表面上开设有进线槽口和出线槽口，所述超导骨架上设置主线圈部，所述主线圈部上下两端还分别设置有上补偿线圈部和下补偿线圈部，所述主过渡卡瓦上设置有过渡线槽。本发明的优点在于，超导线圈之间没有连接接头，减少原有超导磁体接头数量，降低超导磁体的能量损耗，进而提高了磁体长时间的运行稳定性，以及降低超导磁体接头在反复焊接和拆装中的操作风险的超导磁体。

技术研发人员：陈文革,赵航,俞雷,丁杭伟,徐健源,黄鹏程,陈治友
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16