[发明专利]一种用于超导线圈的超导开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于超导线圈的超导开关。

背景技术

目前应用于超导线圈的超导开关都是低温超导开关。其结构和原理是，将加热器与超导材料的一小段连成一体，再与超导线圈串联；当加热器打开时，与加热器相连部分的超导材料段的温度上升到其临界温度以上，电流就不再能轻易流过，实现开关的“断开”；当加热器关闭时，电流能够流过无电阻（超导态）的超导材料段，实现开关的“闭合”。由于超导开关的加热器及超导材料段均串入到超导线圈的支路中，在超导开关闭合时（超导材料段为超导态），流过超导线圈的电流每次均会流过串入的超导材料段及加热器，而有所衰减。对磁力计（如MRI/NMR）而言，这意味着其超导线圈中的电流持续时间降低，其磁场也会以某种速度衰减，稳定维持强磁力计的磁场时间短；对超导直线悬浮驱动系统而言，为维持持续不断的励磁电流，则需要有车载电源给励磁系统超导线圈持续不断的供电，以随时补偿衰减的电流，车载电源增加了悬浮车体体积和重量，减低其运行效率。对风力发电机中，也需要有电源通过无刷励磁系统给风力发电机的励磁系统持续供电，存在旋转接触环节，降低了电机的可靠性和使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是设计用于超导线圈的超导开关，采用该种超导开关对超导线圈供电，一次供电就能够使磁力计得到较长时间的高而稳定的无噪声磁场；一次供电能够使励磁系统较长时间维持稳定的励磁电流，从而取掉超导直线驱动中需要持续不断给励磁系统供电的车载电源，减轻悬浮车体的重量，提高系统的运行效率。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种用于超导线圈的超导开关，其特征在于：与加热电源相连的电阻丝缠绕在导热的圆柱体上；超导段穿过圆柱体且超导段穿出圆柱体的两端分别与超导线圈的两引出端相连；超导线圈的两引出端还通过电源线与电源相连。

本发明的工作过程和原理是：

将超导线圈、圆柱体和超导段置于制冷环境中，超导线圈、超导段处于超导态。再打开加热电源，电流流过电阻丝，电阻丝发热，热量通过导热的圆柱体传递给超导段，使超导段由超导态转为阻性态。

随后接通给超导线圈供电的电源，该电源通过电源线同时与超导线圈、超导段连通。由于此时超导段呈阻性，而超导线圈处于超导态，因此，电流只在电源、电源线和超导线圈形成的闭合回路中流通，至超导线圈的电流达到饱和。这一过程可视为电源向超导线圈“充电”。

“充电”完成（超导线圈的电流达到饱和）后，关闭加热电源，随后圆柱体及超导段降温，至超导段恢复超导态。此时，超导段的电阻远小于电源与超导线圈之间连接的常规（非超导）的电源线的电阻，“充入”超导线圈中的电流则转为在超导线圈和超导段形成的超导闭合回路中流通，而不再与电源线、电源流通。由于该超导闭合回路中的超导线圈和超导段可一体化预制而成，二者间无焊接接头，更无阻性元器件的串入，整个超导闭合回路的电阻几乎为零，此时断开电源，超导闭合回路中的电流仍将存在、几乎永久维持，超导线圈中的这种持续电流就会产生一个持续磁场。

当超导线圈中的电流衰减到临界值后，可重复进行以上操作，实现超导线圈的再次“充电”。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、巧妙的通过电阻丝供电控制超导段的温度，从而实现了与超导线圈并联的超导段的开断，超导段断开时，由电源对超导线圈进行“充电”。随后超导段闭合（超导段恢复超导态）“充有电流”的超导线圈回路的电阻几乎为零，在相当长一段时间内电流持续存在，能够得到高而稳定、衰减极慢的磁场且无噪声，明显提高强磁力计一次“充电”后的使用时间。

二、该超导开关应用于超导直线驱动系统中的励磁超导线圈，一次“充电”后，励磁电流在相当长的时间内持续存在，无需给其持续供电。从而可以取下持续不断给励磁系统供电的车载电源，减小了悬浮车体的体积和重量，提高了系统的运行效率。

三、该超导开关应用于风力发电机中，可取代给风力发电机的励磁系统持续供电的无刷励磁系统，去掉无旋转接触环节，使电机的可靠性和使用寿命得到提高。

上述的圆柱体由铜、人造蓝宝石等高热导率材料制成。这样，传热快、开关的动作时间更短，也更省电、节能。

上述的圆柱体由下半圆柱和上半圆柱粘接构成，且在下半圆柱的直径面上开有凹槽，超导段置于所述的凹槽中。

这样，既方便超导开关的制造，又使超导线材免受挤压和损坏，提高其可靠性和寿命。

上述的超导段使用多段高温超导线材并联组成。

这样，可使“充电”时间更短，效率更高。