[发明专利]包括粘接到支撑结构的线圈的超导电磁体

说明书

本申请是2012年2月23日提交的名称为“包括粘接到支撑结构的线圈的超导电磁体”、申请号为201210041837.1的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括粘接到支撑结构的超导导线线圈的超导电磁体。

具体地，本发明涉及如下组件的改进，该组件在其出现突然温度变化的情形下减少线圈和支撑结构之间的热诱导应力。

本发明特别涉及包括由环形线圈组成的基本上圆柱状组件的电磁体，环形线圈关于公共轴线对齐，但沿该轴线相对于彼此移位。这种布局结构（或称装置，arrangement）通常被称为螺线管磁体，虽然它们在严格的字面意义上可能并不是螺线管。

背景技术

图1-4示意性地例示了粘接到支撑结构（如螺线管磁体）的线圈的某些布局结构。

图1示出了一种非常著名的传统布局结构，其中超导导线线圈10卷绕在线圈架12内的环形凹腔中。该结构基本上具有关于轴线A-A的360度对称，并且也基本上具有关于平面B-B的反射对称。线圈架典型为车制铝管，其中形成有环形通道。在其它较不常见的变体中，线圈架可被模制而成或以合成材料（例如玻璃纤维增强环氧树脂）车制而成。在典型的制造工艺中，用硬化材料（典型地为环氧树脂）浸渍线圈10，硬化材料会将线圈中的导线粘接在一起。典型地，利用在线圈和线圈架之间形成滑移面的材料，线圈10在其径向内表面（称为A1表面）、轴向内表面（称为B1表面）和轴向外表面（称为B2表面）上与线圈架12绝缘。相对于磁体中心来定义这些尺寸。在替代性实施例中，线圈可在所有面上粘接到支撑结构。

如图1所示，表面A1和A2分别在距轴线A-A的半径A1、A2处，并且表面B1和B2分别在距平面B-B的轴向位移B1、B2处。所谓的“中心线圈”相对于B-B对称平面被定义为具有B1=0和被对称平面所反射的B2，。所有其它线圈能够由对称平面中反射的B1和B2限定。

图2示出了一种替代性布局结构，其中没有提供这种线圈架。作为替代，线圈10在其径向外表面（称为A2表面）被粘接到典型地基本上圆柱形的支撑结构14。这种结构可通过将线圈10卷绕成线圈架，将填充材料（例如玻璃纤维布）卷绕在线圈的径向外表面上，并且利用硬化材料（例如环氧树脂）浸渍整个结构来制造。线圈10因此仅仅通过其径向外（A2）表面粘接到支撑结构14。

图3示出了另一种可能。这里，线圈10被卷绕在支撑元件16之间。线圈10被粘接到支撑元件16，例如通过硬化材料（例如环氧树脂）来粘接。线圈10因此仅仅通过其轴向内表面B1和轴向外表面B2粘接到包括支撑元件16的支撑结构。这种结构可通过将支撑元件16临时附接到绕组管，将线圈10卷绕在支撑结构之间的绕组管上，利用硬化材料例如环氧树脂浸渍线圈10来形成，环氧树脂也可用来将线圈10粘接到支撑元件16。

图3的支撑元件16可为由铝、复合材料或任何具有适当机械强度、热膨胀系数、密度特性的材料制成的环形零件。适当的材料包括金属，典型地为铝和不锈钢；例如那些商标名为Tufnol、Durostone的复合材料；各种填充有玻璃球或布料的环氧树脂；或者具有适当机械强度、杨氏模量和热膨胀系数特性的材料的任何其它组合。

图4示出了图3布局结构的变体的部分切除视图，其中图3的环形支撑元件16被支撑块18取代，其围绕线圈的轴向表面被周向地隔开。

这种结构可通过类似于为制造图3的结构所描述的工艺制造，但其中，间隔块（未示出）被定位在支撑块18之间以确保支撑块的正确间隔，支撑线圈绕组和在浸渍过程期间使树脂移位。在树脂浸渍之后，可从结构移除这些间隔块。

在这种布局结构中，线圈10因此仅通过其轴向内表面B1和轴向外表面B2，而且仅在周向隔开的位置被粘接到包括支撑块18的支撑结构。

图4的支撑块18可为由铝、复合材料或任何具有适当机械强度、热膨胀系数和密度特性的复合材料制成的零件。适当的材料包括金属，典型地为铝和不锈钢；或例如那些以Tufnol、Durostone为商标销售的复合材料；各种填充有玻璃球或布料的环氧树脂；或者具有适当机械强度、杨氏模量和热膨胀系数特性的材料的任何其它组合。

线圈10由超导导线构成，其典型地由在铜基体中的NbTi基体丝构成。导线匝被非常薄的电绝缘材料（例如环氧树脂）层分开。然而，线圈的热膨胀系数和热传导性接近圆周方向铜的热膨胀系数和热传导性。在径向和轴向方向，热膨胀系数由导线和树脂复合层的热膨胀系数的组合确定。