面向高温超导带材的超导磁体骨架及超导磁体

本发明涉及电磁体制造，具体涉及一种面向高温超导带材的超导磁体骨架及超导磁体。

背景技术：

1、高温超导材料由于其具有高临界温度、高载流能力以及高临界磁场等特性，在高场磁体、超导储能、大型粒子对撞机、超导磁共振等领域具有广泛的应用前景。与圆截面超导线不同，目前已商业化生产的高温超导带受限于制造工艺使其导线横截面为矩形，利用该种超导带材绕制的大口径磁体也多采用饼式结构。传统的饼式结构线圈由于内部超导线接头数量多，因此对接头的焊接处理工艺提出了极高要求。同时，磁体线圈在测试过程中经常出现发热量大、磁场达不到预期、难以定位故障点等问题。

2、而层绕式结构线圈可以很好的避免上述问题。所以设计一种可以承载层绕式线圈结构的磁体骨架对于进一步推动高温超导磁体的规模化应用具有重要意义。

3、由于优化了线圈发热，层绕式线圈结构的磁体中线圈之间可以绕制得更加紧密而无需担心线圈散热问题，可以以此提升磁体性能。但是绕制线圈所使用的超导带材的长度有限，因此会出现需要在绕制中途需要通过焊接连接超导带材的问题。另一方面，超导带材的弯折也是有一定限制的，导致在入线端与出线端无法通过直接弯折超导带材或者通过小半径弯曲超导带材实现出线与入线。因此在超导带材的入线连接与出线连接时，一般也需要通过焊接的方式连接。焊接位置有别于超导带材本体，其截面形状与超导带材的矩形截面有区别，因此如果将所有的焊接接头都保留在超导带层绕区域内，会影响超导带的层绕过程。而且焊接接头置于层绕区域内，由于接头发热往往会影响超导线圈的热平衡，另一方面由于焊接头的厚度比正常的超导带材厚，置于层绕区域中会影响超导带材的正常缠绕，进而可能致超导带材在局部发生应力集中。

技术实现思路

1、针对现有的传统的饼式结构线圈由于内部超导线接头数量多，经常出现发热量大、磁场达不到预期、难以定位故障点等问题，本申请提供一种层绕式线圈结构的面向高温超导带材的超导磁体骨架及超导磁体，本发明通过对绕制线圈的超导带的焊接接头的处理，可以改善磁体的绕制与性能。

2、本发明的技术方案提供一种面向高温超导带材的超导磁体，包括线圈骨架以及线圈，线圈骨架包括芯部以及分别设于芯部两端的法兰部，线圈在芯部外周位于两组法兰部间的区域内螺旋层绕，

3、所述法兰部内侧设置若干线槽；两组所述法兰部上设置的线槽的总和至少为两组；在使用超导带材绕制线圈时，超导带材上的焊接接头藏入所述线槽中。

4、优选地，所述沿着每一线槽分割为位于内层的内层支撑部与位于外层的外层支撑部，所述内层支撑部与所述外层支撑部之间可分离并在绕制线圈的过程中结合。

5、优选地，所述外层支撑部沿周向分割为至少两个分段，所述分段能够在绕制线圈的过程中结合。

6、优选地，所述的外层支撑部上的相邻分段之间形成接合部，所述的相邻层的外层支撑部的接合部彼此错开设置。

7、优选地，所述内层支撑部的外周面设置有台阶部，所述台阶部高出线槽设置以在超导带材绕制进入线槽时轴向限位超导带材。

8、优选地，两组所述线槽分别设置于所述线圈的起始层高度处以及所述线圈的结束层高度处，所述线圈的起始层高度处的线槽用于容纳入线端的焊接接头，所述线圈的结束层高度处的线槽用于容纳出线端的焊接接头。

9、优选地，设置于所述线圈的起始层高度处的线槽与设置于所述线圈的结束层高度处的线槽均设置于同一的内侧。

10、优选地，还包括预紧层，所述预紧层绕制在所述线圈的外层，所述法兰部的内侧位于线槽外周的区域设置若干固定槽，所述固定槽用于容纳锁止所述预紧层的预紧带的端部。

11、优选地，所述法兰部的内侧设置有浸胶引流槽，浸胶引流槽自法兰部的外缘处延伸至法兰部的内缘处，提供灌胶通道。

12、优选地，所述上设置有贯通外壁与线槽的接线槽，所述接线槽用于穿行超导带材；所述接线槽中设置有包覆电流引线的绝缘层。

13、本发明的技术方案还提供一种面向高温超导带材的超导磁体骨架，包括芯部以及分别设于芯部两端的法兰部，所述法兰部内侧设置若干线槽；两组所述法兰部上设置的线槽的总和至少为两组，所述线槽用于在绕制超导带材时容纳焊接接头。

14、优选地，所述沿着每一线槽分割为位于内层的内层支撑部与位于外层的外层支撑部，所述内层支撑部与所述外层支撑部之间可分离并在绕制线圈的过程中结合。

15、优选地，所述外层支撑部沿周向分割为至少两个分段，所述分段能够在绕制线圈的过程中结合。

16、本发明的面向高温超导带材的超导磁体可以将焊接接头侧置于法兰部的线槽中，使得焊接接头不需要层绕在线圈主体中，因此避免了焊接接头对线圈工作的影响。该结构创新性地给出了高温超导磁体线圈的引流与连接方案，解决了高温超导带材因导线长度限制而无法绕制大尺寸线圈的技术难题。

技术特征：

1.一种面向高温超导带材的超导磁体，包括线圈骨架(1)以及线圈(2)，线圈骨架(1)包括芯部(11)以及分别设于芯部(11)两端的法兰部(13)，线圈(2)在芯部(11)外周位于两组法兰部(13)间的区域内螺旋层绕，其特征在于，

2.如权利要求1所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述法兰部(13)沿着每一线槽(131)分割为位于内层的内层支撑部(311)与位于外层的外层支撑部(312)，所述内层支撑部(311)与所述外层支撑部(312)之间可分离并在绕制线圈(2)的过程中结合。

3.如权利要求2所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述外层支撑部(312)沿周向分割为至少两个分段(331)，所述分段(331)能够在绕制线圈(2)的过程中结合。

4.如权利要求3所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述法兰部(13)的外层支撑部(312)上的相邻分段(331)之间形成接合部，所述法兰部(13)的相邻层的外层支撑部(312)的接合部彼此错开设置。

5.如权利要求2所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述内层支撑部(311)的外周面设置有台阶部，所述台阶部高出线槽(131)设置以在超导带材(2w)绕制进入线槽(131)时轴向限位超导带材(2w)。

6.如权利要求1所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，两组所述线槽(131)分别设置于所述线圈(2)的起始层高度处以及所述线圈(2)的结束层高度处，所述线圈(2)的起始层高度处的线槽(131)用于容纳入线端(2in)的焊接接头(2wc)，所述线圈(2)的结束层高度处的线槽(131)用于容纳出线端(2ot)的焊接接头(2wc)。

7.如权利要求6所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，设置于所述线圈(2)的起始层高度处的线槽(131)与设置于所述线圈(2)的结束层高度处的线槽(131)均设置于同一法兰部(13)的内侧。

8.如权利要求1所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，还包括预紧层(3)，所述预紧层(3)绕制在所述线圈(2)的外层，所述法兰部(13)的内侧位于线槽(131)外周的区域设置若干固定槽(132)，所述固定槽(132)用于容纳锁止所述预紧层(3)的预紧带的端部。

9.如权利要求1所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述法兰部(13)的内侧设置有浸胶引流槽(133)，浸胶引流槽(133)自法兰部(13)的外缘处延伸至法兰部(13)的内缘处，提供灌胶通道。

10.如权利要求1所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述法兰部(13)上设置有贯通法兰部(13)外壁与线槽(131)的接线槽(34)，所述接线槽(34)用于穿行超导带材(2w)；所述接线槽(34)中设置有包覆电流引线的绝缘层(341)。

11.一种面向高温超导带材的超导磁体骨架，包括芯部(11)以及分别设于芯部(11)两端的法兰部(13)，其特征在于，

12.如权利要求11所述的面向高温超导带材的超导磁体骨架，其特征在于，所述法兰部(13)沿着每一线槽(131)分割为位于内层的内层支撑部(311)与位于外层的外层支撑部(312)，所述内层支撑部(311)与所述外层支撑部(312)之间可分离并在绕制线圈(2)的过程中结合。

13.如权利要求12所述的面向高温超导带材的超导磁体，其特征在于，所述外层支撑部(312)沿周向分割为至少两个分段(331)，所述分段(331)能够在绕制线圈(2)的过程中结合。

技术总结
本发明提供一种面向高温超导带材的超导磁体骨架及超导磁体，其面向高温超导带材的超导磁体包括线圈骨架以及线圈，线圈骨架包括芯部以及分别设于芯部两端的法兰部，线圈在芯部外周位于两组法兰部间的区域内螺旋层绕，所述法兰部内侧设置若干线槽；两组所述法兰部上设置的线槽的总和至少为两组；在使用超导带材绕制线圈时，超导带材上的焊接接头藏入所述线槽中。该面向高温超导带材的超导磁体可以将焊接接头侧置于法兰部的线槽中，使得焊接接头不需要层绕在线圈主体中，因此避免了焊接接头对线圈工作的影响。该结构创新性地给出了高温超导磁体线圈的引流与连接方案，解决了高温超导带材因导线长度限制而无法绕制大尺寸线圈的技术难题。

技术研发人员：高鹏,万佳昊,周超,秦经刚,刘方,金环,刘华军,张新涛
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：2024/4/17