[发明专利]一种基于高温超导电缆的绕制磁体和绕制方法

说明书

本发明提供了一种基于高温超导电缆的绕制磁体，包括圆柱状结构的骨架、设置于骨架两端的第一端板和第二端板，第一端板和第二端板之间的骨架表面缠绕有电缆，所述电缆包括圆柱状的高导电芯材，所述芯材上通过单根或多根ReBCO超导带材缠绕形成层状超导结构，骨架轴向的端部设置有分别与电缆两端连通的两个端子。本发明还进一步公开了该磁体的绕制方法。本发明的优点在于：电缆使用高导电材料作为芯材，降低电流损耗，降低电热损耗，适用于高强度电流；使用ReBCO螺旋缠绕形成层状的超导结构，克服了现有技术中单层缠绕结构对电流强度的限制，能够用于高强度电流，从而能够产生高强度的磁场。

技术领域

本发明涉及高场内插磁体技术领域，尤其涉及一种基于高温超导电缆的绕制磁体和绕制方法。

背景技术

强磁场与极低温、超高压一样，是现代科学实验最重要的极端条件之一,为物理、化学、材料和生物等学科研究提供了新途径，对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要作用。随着各学科研究的不断深入，各研究系统对磁场强度的需求越来越高，此外对其空间尺寸需求也越来越大。

目前广泛应用的超导磁体主要由NbTi和Nb₃Sn低温超导材料组成，但是其应用均受到上临界场的限制，尤其是对于磁场强度需求高于20T的应用环境。基于此情况，目前国内外高场磁体研究人员主要考虑采用高低温混合超导磁体的方式，也就是在低温超导磁体的同轴结构内部插入一个或者多个高温超导磁体来获得更高的磁场以满足应用需求。其中，内插磁体主要采用高场下仍然具有高载流性能的Bi2212和ReBCO等实用化超导材料。且相比较而言，ReBCO超导材料具有高强度的镍基金属基底，机械强度高，因此，在高场下具有更优异的运行稳定性；但是ReBCO超导材料通常为带材结构，目前对其内插磁体的研究主要集中在由单根带材直接绕制的饼式或螺管磁体，如公开号为109950018A的发明专利公开的一种调节无绝缘超导磁体匝间电阻的支撑骨架及使用方法；即公开了饼式磁体用的骨架；由于单根带材的运行电流大小有限，所以磁体强度不高。此外，ReBCO超导带材是层状结构，在高场下易出现电磁应力拉扯而引起超导带材分层的现象，进而会导致磁体损伤不能运行。为避免这一现象的出现，高磁场下ReBCO饼式磁体的中心孔径设计一般比较小，这也给其在高场、大孔径研究系统的应用带来了一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用高温超导电缆制作的磁体，以满足高场、大孔径的使用需求。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的：一种基于高温超导电缆的绕制磁体，包括圆柱状结构的骨架、设置于骨架两端的第一端板和第二端板，第一端板和第二端板之间的骨架表面缠绕有电缆，所述电缆包括圆柱状的高导电芯材，所述芯材上通过单根或多根ReBCO超导带材缠绕形成层状超导结构，骨架轴向的端部设置有分别与电缆两端连通的两个端子。

本实施例通过将多层超导带材制作的电缆绕制在圆柱形的骨架上，能够绕制多层电缆，电缆本身使用ReBCO螺旋缠绕形成层状的超导结构，克服了现有技术中单层缠绕结构对电流强度的限制，能够用于高强度电流，从而能够产生高强度的磁场；进而提高骨架上的电场强度和磁场强度；相对于饼式磁体能够提高孔径，能够单独运行产生强磁场，也可以内插在其他超导磁体的内孔中，实现在50～200mm大孔径内产生30T以上的高磁场复合超导磁体系统；能够满足高场、大孔径研究的需求。

优选的，不同层超导带材的绕制方向相同或相反。

优选的，还包括设置于超导结构外层的保护层和设置于保护层外周的绝缘层。

优选的，所述保护层使用一定强度与塑性的金属带材对超导结构外层半叠包扎处理制作，所述绝缘层使用具有绝缘性能的带材半叠包扎在保护层外侧，或使用热缩管套设在保护层外侧。

优选的，两个所述端子固定于第一端板上，端子通过绝缘支撑与骨架绝缘配合，所述绝缘支撑与骨架螺接配合。