[发明专利]一种超导磁体装置

说明书

本发明公开了一种超导磁体装置，属于超导磁体技术领域，包括具有内部空腔结构的磁体支撑骨架，磁体支撑骨架外表面凹进形成多个凹槽；以及缠绕在凹槽中的超导线圈。磁体支撑骨架由绝缘材料制造时可采用液氮等冷却介质制冷，由导热材料制造时可采用制冷机冷却传导制冷。超导线圈缠绕在磁体支撑骨架上，采用超导带材与金属结构材料并绕技术，提升了超导带材通流能力，提升了超导磁体运行过程中电磁热稳定性，满足了高场运行要求。每一组骨架与线圈可组合形成一组小磁体，多组小磁体模块化形成所需中心磁场强度。在此基础上，通过绕制骨架与带材绕制的线圈紧固结构匹配调节线圈应变，有效缓解了超导磁体运行过程中受到电磁力的影响。

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，更具体地，涉及一种超导磁体装置。

背景技术

超导磁体是由磁体支撑骨架及其上面绕制的超导带材构成，磁体骨架主要起到支撑作用，超导带材在上面绕制形成超导磁体。

目前无绝缘磁体技术已应用于高场磁体，无绝缘超导磁体具有电磁热稳定性等优势，高场通流能力不再是磁体运行的主要限制因素，力学问题成为无绝缘磁体运行中最突出的问题。过大的环向感应电流会产生环向过应力，不对称环向电流会产生不平衡力，径向分流会产生扭矩，磁体受到过大的力将引起超导带材超导性能的改变，甚至导致超导磁体局部失超，对超导磁体系统的正常运行产生严重危害。

发明内容

为了克服现有的超导磁体运行过程中受到巨大电磁力与热应力容易造成失超，保证整个超导磁体装置能够正常运行。本发明提供了一种超导磁体装置，该超导磁体装置不仅能有效缓解超导磁体运行过程中受到电磁力的影响，甚至在磁体整体遭受超过临界电流冲击时，也能够正常运行，提升超导磁体整体电磁热稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了一种超导磁体装置，包括：

具有内部空腔结构的磁体支撑骨架，所述磁体支撑骨架外表面凹进形成多个凹槽；

缠绕在所述凹槽中的超导线圈；所述超导线圈由相同长度和宽度的超导带材和金属结构材料贴合后缠卷而成，或者，由相同长度和宽度的金属结构材料、超导带材和金属结构材料依次贴合后缠卷而成。

进一步地，所述磁体支撑骨架为绝缘材料时，使用液体冷却介质浸泡所述超导线圈进行低温制冷。

进一步地，所述磁体支撑骨架为高热传导率材料时，使用低温制冷机进行低温制冷；其中，所述低温制冷机的冷头与磁体支撑骨架上方接触，通过传导冷却方式使所述超导磁体降至工作温度。

进一步地，在所述凹槽与所述超导线圈直接接触的位置进行绝缘处理。

进一步地，所述磁体支撑骨架为一体化结构。

进一步地，所述磁体支撑骨架包括具有内部空腔结构的中心轴和多组子骨架，所述子骨架串联堆叠在所述中心轴上。

进一步地，所述金属结构材料为紫铜。

进一步地，所述装置还包括布置在所述超导线圈上方的传感器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明采用金属结构材料与超导带材并绕，同时一起绕制形成超导线圈，带材与带材之间有效添加了金属，不仅能够增强带材机械强度，提高带材之间匝间电阻率，减缓无绝缘磁体励磁、退磁电压有延迟现象；还能够增强带材通流能力，提升磁体稳定性。

(2)磁体支撑骨架采用骨架多层结构及填充技术，使得超导线圈应力最大处与骨架紧固结构匹配，起到机械支撑作用，降低磁体运行过程中受到应力变形影响，避免微小形变对超导线圈安全性的影响。同时，磁体支撑骨架内部具有空腔结构，有利于将物质放入强磁场中进行科学研究。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超导磁体装置的整体结构示意图；