[发明专利]提高超导线圈临界电流的线圈绕制骨架及其绕制方法

说明书

本发明提供了一种提高超导线圈临界电流的线圈绕制骨架及其绕制方法，其中骨架包括盖板(1)和至少三个缠绕骨架；所述超导线圈由超导带材在所述提高超导线圈临界电流的线圈绕制骨架上绕制形成；所述盖板(1)和缠绕骨架通过设定的安装结构，可拆卸地依次间隔设置，即每个缠绕骨架两侧均可拆卸地设置有盖板(1)；所述超导带材绕制在缠绕骨架上形成设定形状结构的超导线圈。本发明可以有效的减小带材面对的磁场垂直分量，从而提高超导线圈的临界电流，为超导线圈提供更大的工作电流值；在需要保证一定工作电流的要求下，可以节约超导带材用量，降低超导线圈成本；同时不会影响到超导线圈产生的整体磁场分布，不对其实际应用造成额外的限制。

技术领域

本发明涉及超导技术，具体地，涉及一种提高超导线圈临界电流的线圈绕制骨架及其绕制方法。

背景技术

高温超导线圈是第二代高温超导带材的一个主要应用方面。其原理是通过使用扁带状结构的二代高温超导带材，通过绕制方式制造出具有超导特性的线圈。在超导线圈的实际应用，如电力与核磁共振等设备中，线圈整体结构一般为螺线管式。由于超导线圈中的超导体相对传统的铜导体线圈具有更高的运行电流密度，因而可以产生更强的磁场，并拥有远小于铜导体线圈的损耗。临界电流作为超导体的重要参数，决定着超导体所在超导状态下的最大工作电流。

然而，第二代高温超导带材的临界电流具有着明显的磁场依赖特性，随磁场增大，临界电流会被减小。并且由于超导带材的扁平结构，使其具有着各向异性，即作用在超导带材上磁场的角度不同会导致临界电流的衰减程度也有所不同。在垂直场情况下，临界电流衰减最大；在平行场情况下，临界电流衰减最小。在超导线圈应用中，产生的磁场会作用于超导带材，减小带材临界电流；而临界电流的减小，会限制超导线圈的最大工作电流，这会使超导线圈在应用过程中出现工作电流不足，必须增加匝数的情况。这种情况会导致线圈电感增大，并且更多的带材用料会使得线圈成本增加。

经过检索发现，当前尚没有通过线圈结构方式提高超导线圈临界电流的设计和方法，亦无公开的专利和文献。但有部分类似的文献，其主要内容如下：

相关科技论文主要有：

Fei Liang,et al.,“AC loss modelling and experiment of two types oflow-inductance solenoidal coils”Supercond.Sci.Technol.,vol.29,2016,Art.no.115006.(“两种低电感螺线管线圈的交流损耗模型及实验研究”《超导科学与技术》)

主要内容：文献研究了两种无感线圈的临界电流和交流损耗，结果表明无感线圈可有效的提高超导线圈的临界电流，降低交流损耗。

该文献虽然能提高临界电流并降低交流损耗，但其实际是通过导线正绕和反绕产生磁场相互抵消来产生效果的，所以最终无感线圈对外基本不产生磁场的，其应用场合受到着很大的限制。

Yusuke Sogabe,et al.,“AC Loss Characteristics in REBCO CoilAssemblies With Different Geometries and Conductors,”IEEETrans.Appl.Supercond., vol.28,no.3,Apr.2018,Art.no.4700105.(“不同几何和种类的REBCO导体线圈组合体的交流损耗特性”《IEEE应用超导》)

主要内容：使用不同临界电流的二代高温超导带材混合绕制超导线圈。因为线圈螺线结构的首末端部受到的磁场影响更明显，故在端部采用临界电流更大的带材绕制线圈的部分匝数，从而达到增大整体临界电流的目的。

该文献中使用不同批次和参数的超导导体可能造成线圈运行不稳定的情况，并且不同超导导体会存在磁场相互作用，使得螺线结构中间部分的线圈匝数受到更多影响，从而影响到该方法的整体效果。