[发明专利]一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁悬浮装置。

背景技术

超导材料和低温技术的不断发展使得超导技术在各个领域应用越来越广泛，其不断满足我国工业现代化建设的需求，大大提高了各种装备的性能和精度。低温装置是实现超导低温环境的必要装置，低温装置的设计和性能是研究和发展超导仪器设备的基础，有着重要的意义。制冷机及传导冷却技术的发展对低温装置设计结构和应用场合提供了更多的选择，目前制冷机二级冷头的温度可达到4K以下。超导温区大致可分为高温超导和低温超导温区，一般在10K温度以下实现超导态的温区称为低温超导温区，10K以上至100K温度范围实现超导态的温区称为高温超导温区。针对应用场合和应用要求的不同，低温装置可采用液氦制冷、制冷机制冷以及制冷机加液氦制冷等三种形式，若低温装置仅靠液氦制冷，对低温装置漏热的设计要求较高，并且多次输液过程操作繁琐，长期使用运行成本较高。中国专利ZL01226956.5的磁悬浮装置采用液氦制冷，装置漏热导致液氦挥发，需定期补充液氦保持低温环境，不能保证装置长期独立运行。

发明内容

本发明的目的是克服现有磁悬浮装置需多次补充输液、不能长期独立运行的缺点，提供一种制冷机制冷的液氦无挥发的超导磁悬浮装置。该装置能够满足长期独立运行，减少输液繁复性，长期运行成本低。

本发明无液氦挥发的超导磁悬浮装置包括低温容器、制冷机、冷屏、液氦容器、超导转子、悬浮线圈、转子腔、输液管、室温电流引线接头、高温超导电流引线接头、低温超导电流引线接头、冷凝器和极轴位移传感器。所述的制冷机安装在低温容器的上端，低温容器上端还安装有输液管，输液管下端一直延伸到液氦容器内部。超导转子位于转子腔内，在转子腔内的上下端布置了悬浮线圈，转子腔通过拉杆吊装在液氦容器的中心位置，冷凝器安装在转子腔上方的中心位置处，极轴位移传感器安装转子腔内部超导转子的顶部中心位置处，极轴位移传感器探头向下指向超导转子顶部平面。卷筒状的冷屏固定在制冷机的一级冷头的下端，在冷屏筒内布置有液氦容器，液氦容器固定在制冷机的二级冷头的下端。本发明装置通过悬浮线圈产生的电磁场与超导转子相互作用产生的悬浮力使超导转子悬浮。

所述的冷凝器安装在液氦容器内部上端面中心位置处，冷凝器外形为圆筒状，中间设有多条矩形导热齿，导热齿之间具有一定间隙，冷凝器的外表面和导热齿上开有多个通气孔。当液氦容器的液氦有微量挥发时，氦气与冷凝器接触液化后流回液氦容器，使液氦容器的液氦量保持不变，即液氦容器内无液氦挥发。冷凝器由导热性能好的金属材料制成。

所述的室温电流引线接头安装在低温容器的上端面上，室温电流引线接头上端的引线与电源连接，室温电流引线接头下端的引线与高温超导引线接头上端的引线连接。高温超导引线接头安装在冷屏上，通过制冷机一级冷头的冷量冷却高温超导引线接头，使高温超导引线接头的电流引线处于超导态。高温超导引线接头的下端的引线与低温超导引线接头上端的引线连接，低温超导引线接头安装在液氦容器的上盖板上，通过液氦容器冷却低温超导引线接头，使低温超导引线接头的电流引线处于超导态。低温超导引线接头下端的引线连接悬浮线圈。电流引线处于超导态后无电阻，通电后不会产生热量。

本发明电流引线接头包括密封法兰、电流引线、密封介质。密封法兰中心上开有多个密封孔。电流引线穿在密封孔中，将穿有电流引线的密封孔用密封介质完全填充而保证密封良好。密封法兰的下端面即密封面必须平整，通过密封法兰上的螺孔用螺钉将电流引线和低温容器连接和密封。室温电流引线接头内的电流引线采用金属线材，高温超导电流引线接头内的电流引线采用高温超导棒材，低温超导电流引线接头内的电流引线采用低温超导线材。

本发明装置室温电流引线接头的电流引线和高温超导电流引线接头的电流引线通过焊接头连接。高温超导电流引线接头的电流引线和低温超导电流引线接头的电流引线通过超导接头连接。采用超导接头连接是超导线连接的常用方式，通电时超导接头无发热。

本发明通过室温电流引线接头、高温超导电流引线接头、低温超导电流引线接头使悬浮线圈通电后电流引线产生的热量不会传入液氦容器，减小了液氦容器内液氦的挥发。并通过制冷机制冷冷凝器内的氦气液化使液氦容器内的液氦实现零挥发。

附图说明

图1为装置示意图，图中：1低温容器、2制冷机、3冷屏、4液氦容器、5超导转子、6悬浮线圈、7转子腔、8输液管、9、室温电流引线接头、10高温超导电流引线接头、11低温超导电流引线接头、12冷凝器、13极轴位移传感器、14超导接头、15焊接头；