[发明专利]一种超导线圈绕制用骨架及绕制方法

说明书

技术领域

本发明属于超导线圈绕制装置技术领域，本发明涉及一种超导线圈绕制用骨架，本发明还涉及使用该骨架绕制超导线圈的方法。

背景技术

自1909年发现超导现象以来，超导材料及其应用技术有了较快的进步。在科学研究(高场磁体，分析用的核磁共振磁体，加速器磁体，粒子探测器磁体，等等)、医疗/食品(医用磁共振成像磁体，食品分离用磁体)、一般工业(Si单晶生长磁体，钢连铸用磁体，水处理用磁分离磁体)、交通/运输(磁悬浮列车，船舶推进，弹射器)和电力(电力传输电缆，故障电流限制器，变压器，发电机，马达，储能等)等领域有了很广泛的应用。

超导材料的应用主要载体为超导磁体。超导磁体的稳定性直接决定了所制造设备的稳定性。同时，由于超导材料本身的本征特性，如果制造的超导绕组不能克服其自身的洛伦兹力，磁体将有失超的风险。因此，超导绕组一般需要进行固化，即需要将绕组浸入石蜡或环氧树脂等材料中，使超导绕组形成一个整体，以降低失超的风险。同时，由于超导绕组的骨架与绕组在固化时容易粘连，在磁体测试降温时，绕组与骨架的低温冷缩率不一致，如果超导线材与骨架不能脱离，将增加失超风险。同时，随着液氦资源的紧张，制冷技术的发展，传导冷却(conduction-cooled，也称制冷机冷却、无液氦、Cryogen-Free)超导磁体技术的研究正在逐步走向实用。该种磁体需要整个绕组具有良好的热传导，骨架一般为热导较好的材料，以顺利实现降温。因此，对于NbTi超导磁体，磁体绕组的骨架材料一般为铜或铝。但对于Nb₃Sn磁体绕组，由于磁体需要在700℃高温下进行热处理形成Nb₃Sn，一般不使用铜与铝材料，常用材料为不锈钢。但是，不锈钢的热导与铜或铝相比较小，不利于磁体降温，制备的磁体的稳定性会受到温度均匀性的影响。获得一种操作简单、易于实现、适用性强的骨架并获得其绕制技术实现降低磁体失超风险、减少制冷机直接冷却磁体的降温时间的骨架及工艺方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超导线圈绕制用骨架，实现了超导绕组绕制完成固化后将绕组与骨架完全脱离，降低了由于超导绕组与骨架之间粘连引起的失超风险。

本发明的另一个目的是提供使用上述骨架绕制超导线圈的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种超导线圈绕制用骨架，包括中心筒，中心筒是由多片弧形片组成的中空圆筒，中心筒的两端分别连接有端板，端板的圆周上均匀设置有槽口，中心筒外表面和端板的内侧喷涂有特氟龙涂层或贴有特氟龙胶带。

本发明的特点还在于，

弧形片共4片，其中2片弧形片的两侧设置有斜缺口，另外2片弧形片的两侧设置有相匹配的缺口。

端板通过螺丝与中心筒固定，中心筒的两端均匀设置有螺纹孔，螺丝设置在螺纹孔中。

端板为圆环形，端板的外圆周上均匀设置有多个槽口。

中心筒和端板由非磁性奥氏体不锈钢或钛合金制成。

本发明所采用的另一个技术方案是：使用超导线圈绕制用骨架进行绕制的方法，基于超导线圈绕制用骨架，包括以下步骤：

步骤1：骨架组装

将超导绕组骨架中心筒的4个弧形片组装成一个圆筒，将2个端板安装在中心筒的两端，并用螺丝将端板锁紧，得到组装好的骨架；

步骤2：绕组绕制

对步骤1得到的组装好的骨架进行绕组绕制，绕制过程中超导线材的出入端由端板上的槽口引出并固定，得到绕制好的绕组；

步骤3：绕组固化

采用真空浸渍环氧树脂对步骤2得到的绕制好的绕组进行固化处理，使绕组中超导线材形成一个整体，得到固化后的绕组；

步骤4：骨架脱离

拆除步骤3得到的固化后的绕组的骨架，首先卸下端板两端的螺丝，将端板卸下，再将中心筒的4个弧形片卸下得到脱离的绕组；

步骤5：安装新骨架

根据磁体设计对导热和强度的要求，将需要的骨架对步骤4得到的脱离的绕组进行安装，即得。

本发明的特点还在于，

对于需要热处理的超导绕组，对步骤2得到的绕制好的绕组在650℃～850℃的温度下热处理50h～200h。