[发明专利]一种利用脱层超导带材绕制超导线圈的方法

说明书

本发明涉及一种利用脱层超导带材绕制超导线圈的方法，属于超导磁体应用技术领域。首先将超导带材进行脱层处理，使得超导层和过渡层脱离；如何将脱层后的带有超导层的带材绕制在线圈骨架上形成线圈最后将绕制好的超导线圈进行固定、浸蜡等后处理。本发明利用脱层超导带材绕制的超导线圈，可用于超导限流器、电机、调相机等超导强电装备。本发明的超导线圈，重量轻，体积小，当用于超导限流器、电机、调相机等应用装备时，可以有效提升功率密度、减轻重量，并节约设备成本。本发明方法绕制的超导线圈，超导线圈层间没有氧化物过渡层间隔，因此热导率较高，磁体的降温速率和运行热稳定性更优，可以在温度为4K～80K在应用过程中正常工作。

技术领域

本发明涉及一种利用脱层超导带材绕制超导线圈的方法，属于超导磁体应用技术领域。

背景技术

高温超导带材具有较高的临界电流和良好的机械性能，在高能量密度的电力能源装备中具有广阔的应用前景，因此受到国内外的广泛关注。尤其是在智能电网的应用中具有极大优势。由于高温超导带材具有高通流密度，因此可以在高温超导限流器、电机、调相机等高温超导强电装备中，取代常规的铜导线，绕制各类应用装备的励磁线圈或电枢线圈。高温超导线圈可以实现高磁场，具有结构紧凑的特点，因此可以提高气隙磁通密度，具有非常重要的应用优势。例如，在超导电机装备中，气隙磁通密度的提高减少了切割磁通的导体长度，使得电机的绕组安匝数下降，电感减小，因此超导电机可以具备体积小、重量轻的优势。

第二代高温超导带材又被称为高温超导涂层导体，是一种多层覆膜结构的导线，主要由以下几个部分组成：保护层、超导层、过渡层(也称缓冲层)、金属基底。其中金属基底为超导层的制备提供了双轴织构的生长模板，并且提高超导导线的机械强度和耐腐蚀性能；过渡层主要作用是阻隔元素的扩散，并且防止超导层与基底发生反应。除这四个部分外，为了增加机械性能，还可以分别在带材的两侧镀铜作为加强层。超导层作为带材的核心部分，其性能和特质决定了金属基底和过渡层的材料选择。超导层的材料一般为钇钡铜氧或钆钡铜氧，典型的临界转变温度为90K左右。

目前已实现产业化的第二代高温超导带材是带状导线，由于采用镍基合金或不锈钢作为基带，涂层导体的机械性能在长度和宽度方向具有较强的优势，但是在厚度方向的黏着强度则较弱(典型为20MPa左右)，所以容易出现脱层现象。根据前期研究与文献调研，通过合适的脱层处理之后，超导带材的超导层和过渡层可以脱离，并且具有超导层一侧的超导带材具有的临界电流值可达到原始带材的50％～90％。

在高温超导限流器、电机、调相机等高温超导强电装备中，核心部件为超导线圈。超导线圈主要由线圈骨架和超导带材、馈穿结构、支撑结构等构成，在运行时通过抽真空，实现磁体与外界的绝热，并可以通过馈穿结构将液氮等冷却介质通入线圈内部，降低温度使得超导带材达到超导态，同时将电流引线通过电流引线馈穿件进入线圈内部，与超导带材进行焊接。目前，超导带材厚度一般为0.2mm～0.5mm，普通磁体的绕线量一般为百米级长度；在MW级高温超导强电装备的超导磁体中，线圈总厚度一般为10mm～20mm左右，因此线圈的质量和体积较大，需要更多的空间，功率密度较低；同时另一方面，由于超导带材内部的过渡层一般为氧化物，因此导热能力较差，线圈的冷却降温时间较长，线圈在运行中的热稳定性也较差。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用脱层超导带材绕制超导线圈的方法，使制得的超导线圈具有较小的体积和较好的导热能力，以用于超导限流器、电机、调相机等超导强电装备。

本发明提出的利用脱层超导带材绕制超导线圈的方法，该包括以下步骤：

(1)利用物理或化学方法对超导带材进行脱层处理，使得超导带材中的超导层和过渡层脱离，得到由超导层和保护层组成的脱层超导带材；

(2)将步骤(1)的脱层超导带材绕制在线圈骨架上，形成超导线圈初品，其中所述的线圈骨架为圆柱形，圆柱形线圈骨架的半径为0.5cm～100cm，线圈骨架的材料为铜、不锈钢或铜合金；