一种高场超导磁体线圈及其骨架的制作方法

1.本发明属于超导设备技术领域，具体来说涉及一种高场超导磁体线圈及其骨架。


背景技术：

2.高场超导磁体是目前超导应用的重要趋势，一般在超过10t磁场强度后，单纯使用铌钛线圈将受到限制，需要内插铌三锡线圈或铌三铝线圈，甚至高温超导线圈、铜线圈等，高场内插线圈的制备具备较高的技术要求，为达到设计的临界电流要求，需要综合考虑各方面的因素，为防治失超锻炼时损坏线圈，需要考虑线圈耐受高电压能力。为防止线圈热处理时应力集中，需要考虑热处理应力释放的途径。为达到环氧浸渍较好的效果，需要考虑环氧流通的通道；但是，现有的绝缘处理方式一般是将绝缘材料铺设在线槽底部及线槽侧面等需要绝缘的地方，这种方式的缺点是绝缘材料存在接缝或搭接，绝缘强度不够，这就会降低线圈耐受高电压的能力，在失超锻炼时就会发生线圈损坏的风险。另外，现有骨架为了满足精密排线，绕线区域端板都是固定的，线圈在热处理时就会产生较大的应力，在磁体励磁时就会增加失超的次数，带来失超损坏的风险。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种高场超导磁体线圈及其骨架，释放在热处理时线圈产生的较大应力，保证环氧浸渍的效果，能够提高超导磁体的线圈与骨架之间的绝缘强度，增强了线圈耐受高电压能力，有效缓解失超锻炼时线圈的损坏。
4.本发明采取的技术方案是一种高场超导磁体骨架，包括骨架主体和接头板，所述骨架主体包括绕线区域和非绕线区域，所述绕线区域范围可调节；所述接头板为超导接头固定板，位于所述非绕线区域；所述绕线区域具有绝缘涂层，所述绕线区域间隔设置有数个通孔。
5.优选地，所述绕线区域和非绕线区域之间设置有端板；所述端板包括套设在所述绕线区域的松套法兰和固定在所述非绕线区域的固定法兰，所述松套法兰通过螺栓固定在所述固定法兰上，所述螺栓长度可调。
6.优选地，所述松套法兰上设置有至少一组进出线槽口。
7.优选地，所述固定法兰上设置有至少一个进出线通道，所述进出线通道的位置与所述进出线槽口的位置相对应。
8.优选地，所述绝缘涂层为氮化铝涂层。
9.优选地，所述氮化铝涂层的厚度为50μm～200μm。
10.优选地，所述绝缘涂层上设置有绝缘材料层。
11.优选地，所述接头板至少设置一个。
12.优选地，所述通孔的直径为3mm，相邻两个所述通孔的间隔为50mm。
13.本发明还提供一种高场超导磁体线圈，所述线圈绕于骨架上，所述骨架为上述任一项所述的骨架。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明的高场超导磁体骨架通过设置范围可调节的绕线区域，能够在满足精密排线的同时，释放在热处理时线圈产生的较大应力；通过绕线区域的绝缘涂层，提高了超导磁体的线圈与骨架之间的绝缘强度，保证线圈热处理后匝间绝缘良好；通过绕线区域设置的数个通孔，为环氧流通提供良好的通道，保证了环氧浸渍的效果；通过以上技术特征有效缓解失超锻炼时线圈的损坏，增强了线圈耐受高电压的能力。本发明提供的高场超导磁体线圈，由于具有上述骨架，因此能够有效降低磁体失超次数，有效避免磁体的失超锻炼时的损坏。
附图说明
16.图1为本发明提供的高场超导磁体线圈骨架的实施例1的立体图。
17.图2为本发明提供的高场超导磁体线圈骨架的实施例2的立体图。
18.1、骨架主体；101、绕线区域；102、非绕线区域；103、端板；2、通孔；3、松套法兰；4、固定法兰；5、螺栓；6、接头板；7、进出线槽口；8、进出线通道；9、接头板槽口。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
20.实施例1
21.参看图1，本实施例为具备一根高场超导线材的进出线的实例。由于高场超导磁体线圈制造风险较高，在满足一根高场线材长度绕制允许的条件下，使用一根高场线材能够降低制造风险，这样减少了超导接头的数量，对均匀性要求高，尤其是闭环运行的超导磁体具有较大优势。
22.参看图1，本发明的高场超导磁体线圈骨架，包括骨架主体1和接头板6，骨架主体1包括范围可调节的绕线区域101、非绕线区域102和端板103。端板103位于绕线区域101和非绕线区域102之间。
23.端板103，包括松套法兰3和固定法兰4。固定法兰4位于靠近绕线区域101一端的非绕线区域102处，且与非绕线区域102固定连接；松套法兰3活动套设于绕线区域101上，与固定法兰4通过螺栓5固定连接。螺栓5设置有数个，沿松套法兰3周向均匀分布，固定法兰4上设置有数个与螺栓5配合的螺纹孔。螺栓5的长度可调，可以通过调节螺栓5的长度来调节松套法兰3和固定法兰4之间的距离，从而调节绕线区域101的实际绕线范围。由于高场超导线圈热处理会产生较大的应力，所以通过调节绕线区域的范围，让超导线材满足精密排线的前提下，合理排布形成可以释放应力的空间，这样有利于提高超导线圈匝间绝缘强度。
24.松套法兰3上设置有进出线槽口7，进出线槽口7成组设置，用于放置高场超导磁体线；固定法兰4上设置有进出线通道8，进出线通道8的位置与进出线槽口7的位置相对应，目的为高场超导线在热处理前将超导进出线布置在进出线通道8中，进出线通道8可以为喷涂了氮化铝涂层的不锈钢零件，也可以全部为氮化铝材料制造的零件，目的为保证进出线在热处理后对地绝缘良好。由于高场进出线超导材料热处理后非常脆，所以所述超导线进出线通道8表面微观界面平整度更好，表面光泽均匀。
25.接头板6，固定于非绕线区域102上，接头板6为超导接头固定板，目的为将高场超
导线进出通道后的端末部分制作为超导接头。接头板6上设置有1个接头板槽口9，接头板槽口9的位置与进出线通道8的位置相对应。
26.绕线区域101的范围为骨架主体1侧板和固定松套法兰3之间的区域，此区域具有绝缘涂层，本实施例的绝缘涂层为氮化铝涂层，氮化铝涂层的温域范围广，可适用的温度为-269℃～1000℃以上，具有热导率高、机械性能好、热膨胀系数优良、各种电性能(介电常数、介质损耗、体电阻率、介电强度)优良等性能，例如，在700℃高温情况下，连续烧制20天，强度不会变低；在直接冷却超导磁体使用中导热性能优良。上述氮化铝涂层的厚度为50μm～200μm。绝缘涂层能够提高超导磁体的线圈与骨架之间的绝缘强度，增强了线圈耐受高电压能力，有效化解失超锻炼时线圈的损坏。
27.绕线区域101骨架内筒表面布满间隔设置有数个通孔2，本实施例的通孔直径为3mm，相邻两个通孔2间距离为50mm，为了提高高场线圈固化效果，实际操作中根据线圈长度和厚度以及固化介质的流动性，通孔2进行合理排布。在本实施例中通过绕线区域设置的数个通孔2，为环氧流通提供良好的通道，保证了环氧浸渍的效果。
28.绕线区域101在绝缘涂层和线圈之间还可设置绝缘材料层，目的是为了进一步加强高场线圈的对地绝缘。
29.本发明还提供一种高场超导磁体线圈，线圈绕于骨架主体1上，骨架主体1为上述任一实施例的骨架主体1。由于上述骨架主体1具有上述技术效果，具有该骨架主体1的高场超导磁体线圈也具有相同技术效果，能够有效降低磁体失超次数，有效避免磁体的失超锻炼时的损坏，此处不再赘述。
30.实施例2
31.参看图2，本实施例为具备超过一根高场超导线材的进出线的实例。由于高场超导磁体线圈使用的高场线材要求性能高，往往制备有困难，价格昂贵，为降低生产成本，也可以进行多根超导线绕制，所以需要多个超导接头。
32.与实施例1的不同之处在于：
33.本实施例的松套法兰3具备4组进出线槽口8，可以同时通过多根超导线材，进行多根超导线的绕制，在其他可行的实施例中，可根据实际需要设置至少一组进出线槽口8。
34.本实施例的固定法兰4具备相应的4个进出线通道8，本实施例的接头板6上设置有4个接头板槽口9，接头板槽口9的位置与进出线通道8的位置相对应，在其他可行的实施例中，可根据实际需要设置至少1个接头板槽口9，接头板槽口9的数量与进出线通道8的数量相同。
35.本发明提供的一种高场超导磁体线圈及其骨架，能够增强线圈耐受高电压的能力，能够提高超导磁体线圈与骨架之间的绝缘强度，提高超导线圈匝间绝缘强度以及提高环氧或石蜡固化的效果。