[发明专利]柱形超导磁体

说明书

技术领域

本发明涉及柱形超导磁体结构，尤其涉及这样的结构，在这样的结构中，设置由间隔件链接的许多分离的超导线圈，但是这样的结构形成为单个自支撑结构。国际专利申请WO2011/148163描述了这种结构的示例。

背景技术

图1A示出如上所述的常规整体柱形线圈结构110。A-A表示轴向中间平面，Z-Z表示轴向方向。提供了四个线圈10，它们通过间隔件14保持在限定的相对位置。在所示示例中，分立的间隔件14以周向间隔放置在线圈圆周周围，如所示，每个间隔件14在其轴向末端粘接到两个相邻线圈10的轴向末端。间隔件14可通过由环氧树脂浸渍的填料形成，比如玻璃纤维，而线圈10通常是由超导线构成的线圈，大部分由铜基质材料构成，并由类似或相同的环氧树脂浸渍。

图1B示出与上面图1A示出和描述的线圈结构类似的已知线圈结构中的电流密度分布。A-A表示轴向中间平面，Z-Z表示轴向方向。维度J表示每个轴向点上的电流密度。线圈10由正电流密度表示。在该情况下，所有线圈具有相等的电流密度J。线圈10表示成由具有零电流密度的间隙12分隔开。间隙通常由图1A表示的间隔件14限定，间隔件将线圈保持在它们的固定相对位置。间隔件不会传导电流，所以造成具有零电流密度的间隙12。

间隔件14在线圈圆周周围的间断性意味着轴向力均匀地分布在线圈圆周周围。用连续的环形间隔件代替间断的间隔件会在线圈圆周周围提供更均匀分布的轴向力。然而，当超导线圈10被冷却至操作温度时，线圈材料和间隔件材料之间的热收缩会导致线圈和间隔件之间的显著应力。类似地，在磁体失超(quench)期间，超导线圈回复至它们的抵抗状态，通过在线圈中加热而耗散大量能量。这导致线圈材料的快速热膨胀，并又导致线圈和间隔件之间的显著热应力。在使用时，由不同热收缩和膨胀导致的线圈和间隔件之间的应力大于由电磁场的相互作用导致的应力。

发明内容

本发明提供了柱形超导磁体结构，其中，提供了环形间隔件，降低或消除了不同热膨胀和收缩的问题。本发明移除或减少了用于线圈和间隔件的材料之间的热失配，所以避免或减少了在线圈和间隔件之间的接合处产生热应力。

本发明的一些实施例还提供了有效的失超传播。如果一个线圈的一个部分失超，则产生的加热快速使相邻线圈失超，从而扩散存储的能量的耗散，并确保线圈组件的单个部分不会变得太热以至于受损。

本发明尤其涉及低场、低成本的超导磁体，但是还可应用于任意大小的柱形超导磁体。

相应地，本发明提供了如所附权利要求中陈述的超导磁体结构。

附图说明

结合附图，从下面对本发明的一些实施例的描述，本发明的上述和其它目的、优点和特性会明显，附图中：

图1A示出已知超导磁体结构；

图1B示出图1A所示的已知超导磁体结构中的电流密度；

图2A示出根据本发明的实施例的超导磁体结构；

图2B示出根据图2A所示的本发明的实施例的超导磁体结构中的电流密度；

图3A-3D示出根据本发明实施例的柱形超导磁体的示例设计；

图4A-4C示出制造用在本发明中的线圈的示例方法；

图5示出本发明实施例的局部轴向横截面；以及

图6示出可选地用在本发明实施例中的绝缘间隔件。

具体实施方式

根据本发明，上述图1A所示的已知线圈结构的分立的周向间隔开的间隔件14由线匝代替，线匝通常充满树脂，并具有与磁体线圈10十分类似的热属性。这些线匝构成沿轴向结合在磁体结构的超导线圈之间的线圈。为了在下面描述中便于参考，这些线匝称为“间隔件线圈”，磁体线圈10称为“主线圈”。

图2A示出根据本发明实施例的整体超导磁体结构的轴向半横截面。示出五个主线圈10。间隔件线圈16位于主线圈10之间。图2A的示图仅是示意性的。希望间隔件线圈16具有比主线圈10更小的轴向尺寸b。