一種超導磁體電流引線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超導磁體電流引線，包括磁體杜瓦、設置在磁體杜瓦內的氦槽和設置在氦槽內的超導線圈，磁體杜瓦和氦槽之間形成真空層，從超導線圈引出的線圈正負極與氦槽的過渡件高壓連接端子連接，高壓連接端子與電流引線軟電纜連接，電流引線軟電纜通過銅塊與高溫超導電流引線連接，高溫超導電流引線通過過渡無氧銅塊與高溫端高純銅電纜連接，高溫端高純銅電纜連接在室溫端銅端子的真空側，室溫端銅端子與磁體杜瓦之間絕緣密封。本發明通過將高壓連接端子作為氦槽的過渡件，主要起到向超導繞組連通電流的作用，還能使氦槽與電流引線絕緣，結構簡單，裝配方便，密封性能優良，保證氦槽的氣密性，有利于實現超導磁體零揮發。
【專利說明】一種超導磁體電流引線
【技術領域】
[0001]本發明屬于電流引線結構【技術領域】，具體涉及一種超導磁體電流引線。
【背景技術】
[0002]電流引線的作用就是將電流從室溫端引入低溫端超導繞組中，起到橋梁作用，由于室溫端和低溫端溫差很大，對于液氦冷卻的磁體，其溫度從室溫300K左右傳到低溫4.2K左右，使用二元超導電流引線即銅-高溫超導二元電流引線，銅引線工作在室溫和制冷機一級冷頭之間，高溫超導電流引線工作在一級冷頭和二級冷頭之間，這樣，銅引線的漏熱大部分由制冷機一級冷頭帶走，高溫超導電流引線處于超導態，而且其由導熱較差的材料構成，所以高溫超導電流引線既消除了焦耳熱也減少了傳導熱。
[0003]對于超導磁體，電流引線在穿過氦槽時，需要同時滿足電絕緣、耐低溫、氣密封、抗高真空壓力等技術要求，高電壓絕緣、氣體密封、耐低溫等問題是電流引線作為氦槽過渡件的難點，在常溫下，采用聚四氟乙烯、尼龍等作為電流引線的絕緣密封材料，絕緣密封性能夠保證，但是上述材料運行在低溫環境中時，其收縮率遠大于銅和不銹鋼等材料，從而使電流引線在穿過氦槽上端板需要絕緣和密封的部位不能有效密封，導致真空層不能正常工作，漏熱過大。另外，在以往的電流引線絕緣密封結構專利中，涉及到環氧玻璃鋼或聚四氟乙烯以及金屬例如銦等，不過由于磁體零揮發長時間運行容易導致上述材料變形，在升降溫過程中導致密封不可靠。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種超導磁體電流引線，解決了現有電流引線穿過氦槽上端板需要絕緣和密封的部位不能有效密封，導致真空層不能正常工作，漏熱過大的問題。
[0005]本發明所采用的技術方案是，一種超導磁體電流引線，包括磁體杜瓦、設置在磁體杜瓦內的氦槽和設置在氦槽內的超導線圈，磁體杜瓦和氦槽之間形成真空層，從超導線圈引出的線圈正負極與氦槽的過渡件高壓連接端子連接，高壓連接端子與電流引線軟電纜連接，電流引線軟電纜通過銅塊與高溫超導電流引線連接，高溫超導電流引線通過過渡無氧銅塊與高溫端高純銅電纜連接，高溫端高純銅電纜連接在室溫端銅端子的真空側，室溫端銅端子與磁體杜瓦之間絕緣密封。
[0006]本發明的特點還在于，
[0007]高壓連接端子由電流端、陶瓷絕緣件和焊接法蘭組成，電流端為無氧銅管；焊接法蘭為無磁不銹鋼材料，焊接在氦槽預留的出線口上；陶瓷絕緣件設置在電流端和焊接法蘭之間；高壓連接端子為一個雙極性端子組成的整體或兩個單獨的單極性端子組成。
[0008]從超導線圈引出的線圈正負極電纜中的超導線從高壓連接端子的電流端中引出氦槽，穿過電流端的超導線錫焊在電流端銅管內，引出電流端的超導線與高純銅電纜扭絞后形成電流引線軟電纜，錫焊在高壓連接端子真空側的電流端。
[0009]過渡無氧銅塊通過銅螺栓與制冷機底座連接，過渡無氧銅塊與銅螺栓之間設有絕緣墊，過渡無氧銅塊與制冷機底座之間設有絕緣薄膜。
[0010]絕緣墊為陶瓷材料或玻璃纖維增強塑料；絕緣薄膜為聚酰亞胺、聚全氟乙丙稀或聚醚醚酮薄膜。
[0011]室溫端銅端子與磁體杜瓦通過聚四氟乙烯板或改性尼龍6板絕緣。
[0012]本發明的有益效果是，
[0013]1.本發明超導磁體電流引線，通過將高壓連接端子作為氦槽的過渡件，主要起到向超導繞組連通電流的作用，還能使氦槽與電流引線絕緣，該絕緣密封結構簡單，裝配方便，密封性能優良，能夠同時滿足電流引線絕緣、密封、耐低溫、耐高壓等技術問題，保證氦槽的氣密性，實現超導磁體零揮發。
[0014]2.本發明超導磁體電流引線，與傳統銅電流引線相比，該電流引線采用二元超導電流引線，其整體放置在磁體杜瓦和氦槽之間的真空層中，一經安裝形狀固定，安全性能提聞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明超導磁體電流引線結構示意圖；
[0016]圖2是本發明超導磁體電流引線中高壓連接端子的結構示意圖；
[0017]圖3是過渡無氧銅塊與制冷機底座的絕緣示意圖。
[0018]圖中，1.磁體杜瓦，2.氦槽，3.超導線圈，4.線圈正負極，5.高壓連接端子，6.電流引線軟電纜，7.高溫超導電流引線，8.過渡無氧銅塊，9.高溫端高純銅電纜，10.制冷機底座，11.真空層，12.電流端，13.陶瓷絕緣件，14.焊接法蘭，15.絕緣薄膜，16.絕緣墊。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0020]本發明一種超導磁體電流引線，參見附圖1，包括磁體杜瓦1、設置在磁體杜瓦I內的氦槽2和設置在氦槽2內的超導線圈3，磁體杜瓦I和氦槽2之間形成真空層11，從超導線圈3引出的線圈正負極4與氦槽2的過渡件高壓連接端子5連接，高壓連接端子5與電流引線軟電纜6連接，電流引線軟電纜6通過銅塊與高溫超導電流引線7連接，高溫超導電流引線7通過過渡無氧銅塊8與高溫端高純銅電纜9連接，高溫端高純銅電纜9連接在室溫端銅端子的真空側，室溫端銅端子與磁體杜瓦I通過聚四氟乙烯板或改性尼龍6板絕緣密封，保證了電流引線與磁體杜瓦I之間的絕緣和密封；
[0021]如圖2所示，高壓連接端子5由電流端12、陶瓷絕緣件13和焊接法蘭15組成，電流端12為無氧銅管，其在磁體運行中，相當于并聯在電流引線中的一段電阻，起到失超保護作用，其長度和截面計算按照磁體失超電流計算，同時考慮電流引線機械強度；焊接法蘭14為無磁不銹鋼材料，焊接在氦槽2預留的出線口上，保證了電流引線與氦槽2之間的絕緣，陶瓷絕緣件13設置在電流端12和焊接法蘭14之間，焊接法蘭14和電流端13空隙通過陶瓷和不銹鋼件的焊接保證高氣密性；高壓連接端子5為一個雙極性端子組成的整體或兩個單獨的單極性端子組成；
[0022]從超導線圈3引出的線圈正負極4電纜中的超導線從高壓連接端子5的電流端12中引出氦槽2，穿過電流端12的超導線錫焊在電流端12銅管內，焊料起到密封作用，引出電流端12的超導線與高純銅電纜扭絞后形成電流引線軟電纜6，錫焊在高壓連接端子5真空側的電流端12，電流引線軟電纜6起到緩沖和減震的作用。
[0023]由B1-2223/AgAu材料制成的高溫超導電流引線7連接在電流引線軟電纜6的銅接頭上，所述高溫超導電流引線7具有低的熱導率，其中，B1-2223占體積比的45%，金比重占6%，能夠穩定工作在77K以及3000高斯以下，避免焦耳熱和漏熱。高溫超導電流引線7外層由導熱較差的GFRP材料構成，起到加強和保護作用。
[0024]如圖3所示，過渡無氧銅塊8通過銅螺栓與制冷機底座10連接，過渡無氧銅塊8與銅螺栓之間設有絕緣墊16，絕緣墊16為陶瓷材料或玻璃纖維增強塑料，過渡無氧銅塊8與制冷機底座10之間設有絕緣薄膜15，絕緣薄膜15為聚酰亞胺、聚全氟乙丙稀或聚醚醚酮薄膜。
[0025]聚酰亞胺(Kapton)薄膜熱導率約為0.16W/mK，厚度不同其介電強度亦不同，例如厚度為25 μ m的聚酰亞胺(Kapton)薄膜其介電強度約為300KV/mm ;聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜熱導率約為0.195ff/mK,厚度為25 μ m的聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜其介電強度約為260KV/mm ;厚度為25 μ m的聚醚醚酮(PEEK)薄膜其介電強度約為270KV/mm ;三種薄膜都具有優良的彎曲疲勞性能，廣泛的耐化學性，低吸濕，高強度和韌性，穩定、優良的電絕緣性能。
[0026]本發明超導磁體電流引線，通過將高壓連接端子5作為氦槽2的過渡件，主要起到向超導繞組連通電流的作用，還能使氦槽2與電流引線絕緣，該絕緣密封結構簡單，裝配方便，密封性能優良，能夠同時滿足電流引線絕緣、密封、耐低溫、耐高壓等技術問題，保證氦槽2的氣密性，實現超導磁體零揮發。
[0027]本發明超導磁體電流引線，與傳統銅電流引線相比，該電流引線采用二元超導電流引線，其整體放置在磁體杜瓦I和氦槽2形成的真空層11中，一經安裝形狀固定，安全性能提高；高溫超導電流引線以下部分直接由超導線圈引出的超導線連接，沒有其他轉接，減少了焊接接頭，保證了超導性能，從而減少了焦耳熱。
[0028]本發明提供的超導磁體的電流引線結構，是一種制冷機冷卻的電流引線，在保證電流引線與制冷機底座良好的電氣絕緣下，引線與制冷機底座之間的熱阻很小，本發明采用良好絕緣性能的聚酰亞胺(Kapton)薄膜、聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜、聚醚醚酮(PEEK)薄膜減少熱阻，減小了高溫超導電流引線上端的溫度，進而提高了電流引線工作的可靠性。
[0029]實施例1
[0030]從超導線圈3引出的線圈正負極4連接在高壓連接端子5的電流端12，線圈正負極4電纜中的超導線從高壓連接端子5的電流端12中引出氦槽2，穿過電流端12的超導線錫焊在電流端12銅管內，焊料起到密封作用；高壓連接端子5的焊接法蘭14通過氬弧焊焊接在氦槽2預留的出口上，保證了氦槽2的高氣密性；引出電流端12的超導線和高純銅電纜扭絞后成為電流引線軟電纜6，錫焊在高壓連接端子5真空側的電流端12 ;電流引線軟電纜6另一側焊接在一塊銅塊上，該銅塊便于與高溫超導電流引線7連接。電流引線軟電纜6起到緩沖和減震的作用。
[0031]由B1-2223/AgAu材料制成的高溫超導電流引線7連接在電流引線軟電纜6的銅接頭上，所述高溫超導電流引線7具有低的熱導率，工作時處于超導態，避免焦耳熱和漏熱。而且，B1-2223/AgAu高溫超導電流引線7外層由導熱較差的GFRP材料構成，起到加強和保護作用。[0032]B1-2223/AgAu高溫超導電流引線7連接在過渡無氧銅塊8上，過渡無氧銅塊8中部有六個通孔，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8的通孔連接在制冷機底座10上，為了保證過渡無氧銅塊8和制冷機底座10之間的絕緣，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8通孔時，放置一個絕緣墊16，絕緣墊16成凸臺狀，絕緣墊16放進通孔的一段外徑比通孔直徑略小，內徑比銅螺栓直徑略大，材料選用GFRP (玻璃纖維增強塑料)，另外，過渡無氧銅塊8和制冷機底座10之間一方面為了更好的熱接觸，另一方面也要保持電絕緣，選用50-150微米厚的絕緣薄膜15，而且在絕緣薄膜15上裁剪六個孔便于穿過銅螺栓固定過渡無氧銅塊8，絕緣薄膜15面向制冷機底座側涂一層低溫導熱高真空脂，例如Apiezon N低溫導熱脂；絕緣薄膜15材料選用聚酰亞胺(Kapton)薄膜；25 μ m的聚酰亞胺(Kapton)薄膜，其熱導率為0.16ff/m K，介電強度為300KV/mm。
[0033]高溫端高純銅電纜9通過錫焊同時也連接在過渡無氧銅塊8上，在連接高溫超導電流引線7之前預先焊接。高溫端高純銅電纜9另一端連接在室溫端銅端子的真空側，通過銅螺栓連接，室溫端銅端子和磁體杜瓦I通過聚四氟乙烯板絕緣，聚四氟乙烯板上留有和磁體杜瓦I接觸的密封槽以及室溫端銅端子的密封槽，選用氟橡膠O型圈作為密封件，保證了電流引線和杜瓦之間的絕緣和密封。
[0034]電流引線連接完成后，首先用萬用表測試正負極電阻，顯示為超導繞組的電阻，測試正負極和外殼的電阻，電阻值大于20兆歐。然后進行絕緣電阻的測試，使用兆歐表測量絕緣電阻，由于考慮到超導繞組的絕緣性能，絕緣耐壓試驗500伏，絕緣電阻大于499兆歐。滿足超導磁體絕緣要求。
[0035]實施例2
[0036]參見實施例1，與實施例1不同的是，
[0037]B1-2223/AgAu高溫超導電流引線7連接在過渡無氧銅塊8上，過渡無氧銅塊8中部有六個通孔，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8的通孔連接在制冷機底座10上，為了保證過渡無氧銅塊8和制冷機底座之10間的絕緣，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8通孔時，放置一個絕緣墊16，絕緣墊16成凸臺狀，絕緣墊16放進通孔的一段外徑比通孔直徑略小，內徑比銅螺栓直徑略大，材料選用陶瓷，另外，過渡無氧銅塊8和制冷機底座10之間一方面為了更好的熱接觸，另一方面也要保持電絕緣，選用50-150微米厚的絕緣薄膜15，而且在絕緣薄膜15上裁剪六個孔便于穿過銅螺栓固定過渡無氧銅塊8，絕緣薄膜15面向制冷機底座側涂一層低溫導熱高真空脂，例如Apiezon N低溫導熱脂。絕緣薄膜15材料選用聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜；選用厚度為25 μ m的聚全氟乙丙烯(FEP)薄膜，熱導率約為0.195ff/m K，其介電強度約為 260KV/mm。
[0038]高溫端高純銅電纜9通過錫焊同時也連接在過渡無氧銅塊8上，在連接高溫超導電流引線7之前預先焊接；高溫端高純銅電纜9另一端連接在室溫端銅端子的真空側，并通過銅螺栓連接，室溫端銅端子和磁體杜瓦I通過改性尼龍6絕緣，改性尼龍6板上留有和磁體杜瓦接觸的密封槽以及室溫端銅端子的密封槽，選用氟橡膠O型圈作為密封件，保證了電流弓I線和杜瓦之間的絕緣和密封。
[0039]電流引線連接完成后，首先用萬用表測試正負極電阻，顯示為超導繞組的電阻，測試正負極和外殼的電阻，電阻值大于20兆歐。然后進行絕緣電阻的測試，使用兆歐表測量絕緣電阻，由于考慮到超導繞組的絕緣性能，絕緣耐壓試驗500伏，絕緣電阻大于517兆歐。完全滿足磁體供電需要。
[0040]實施例3
[0041]參見實施例1，與實施例1不同的是，
[0042]B1-2223/AgAu高溫超導電流引線7連接在過渡無氧銅塊8上，過渡無氧銅塊8中部有六個通孔，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8的通孔連接在制冷機底座10上，為了保證過渡無氧銅塊8和制冷機底座之10間的絕緣，銅螺栓穿過過渡無氧銅塊8通孔時，放置一個絕緣墊16，絕緣墊16成凸臺狀，絕緣墊16放進通孔的一段外徑比通孔直徑略小，內徑比銅螺栓直徑略大，材料選用GFRP (玻璃纖維增強塑料)，另外，過渡無氧銅塊8和制冷機底座10之間一方面為了更好的熱接觸，另一方面也要保持電絕緣，選用50-150微米厚的絕緣薄膜15，而且在絕緣薄膜15上裁剪六個孔便于穿過銅螺栓固定過渡無氧銅塊8，絕緣薄膜15面向制冷機底座側涂一層低溫導熱高真空脂，例如Apiezon N低溫導熱脂。絕緣薄膜15材料選用聚醚醚酮(PEEK)薄膜。其厚度為25 μ m，其介電強度約為270KV/mm，極限耐壓能夠達到 6.75KV。
[0043]高溫端高純銅電纜9通過錫焊同時也連接在過渡無氧銅塊8上，在連接高溫超導電流引線7之前預先焊接；高溫端高純銅電纜9另一端連接在室溫端銅端子的真空側，并通過銅螺栓連接，室溫端銅端子和磁體杜瓦I通過改性尼龍6絕緣，改性尼龍6板上留有和磁體外杜瓦I接觸的密封槽以及室溫端銅端子的密封槽，選用氟橡膠O型圈作為密封件，保證了電流引線和杜瓦之間的絕緣和密封。
[0044]電流引線連接完成后，首先用萬用表測試正負極電阻，顯示為超導繞組的電阻，測試正負極和外殼的電阻，電阻值大于20兆歐。然后進行絕緣電阻的測試，使用兆歐表測量絕緣電阻，由于考慮到超導繞組的絕緣性能，絕緣耐壓試驗500伏，絕緣電阻大于512兆歐。完全滿足磁體供電需要。
【權利要求】
1.一種超導磁體電流引線，其特征在于，包括磁體杜瓦(I)、設置在磁體杜瓦(I)內的氦槽(2 )和設置在氦槽(2 )內的超導線圈(3 )，所述磁體杜瓦(I)和氦槽(2 )之間形成真空層(11)，從超導線圈(3)引出的線圈正負極(4)與所述氦槽(2)的過渡件高壓連接端子(5)連接，所述高壓連接端子(5)與電流引線軟電纜(6)連接，所述電流引線軟電纜(6)通過銅塊與高溫超導電流引線(7 )連接，所述高溫超導電流引線(7 )通過過渡無氧銅塊(8 )與高溫端高純銅電纜(9)連接，所述高溫端高純銅電纜(9)連接在室溫端銅端子的真空側，所述室溫端銅端子與所述磁體杜瓦(I)之間絕緣密封。
2.根據權利要求1所述的超導磁體電流引線，其特征在于，所述高壓連接端子(5)由電流端(12)、陶瓷絕緣件(13)和焊接法蘭(14)組成，所述電流端(12)為無氧銅管；所述焊接法蘭(14)為無磁不銹鋼材料，焊接在所述氦槽(2)預留的出線口上；所述陶瓷絕緣件(13)設置在電流端(12)和焊接法蘭(14)之間；所述高壓連接端子(5)為一個雙極性端子組成的整體或兩個單獨的單極性端子組成。
3.根據權利要求2所述的超導磁體電流引線，其特征在于，從超導線圈(3)引出的線圈正負極(4)電纜中的超導線從所述高壓連接端子(5)的電流端(12)中引出氦槽(2)，穿過電流端(12)的超導線錫焊在電流端(12)銅管內，引出電流端(12)的超導線與高純銅電纜扭絞后形成電流引線軟電纜(6)，錫焊在高壓連接端子(5)真空側的電流端(12)。
4.根據權利要求1所述的超導磁體電流引線，其特征在于，所述過渡無氧銅塊(8)通過銅螺栓與制冷機底座(10)連接，所述過渡無氧銅塊(8)與銅螺栓之間設有絕緣墊(16)，過渡無氧銅塊(8)與制冷機底座(10)之間設有絕緣薄膜(15)。
5.根據權利要求4所述的超導磁體電流引線，其特征在于，所述絕緣墊(16)為陶瓷材料或玻璃纖維增強塑料；所述絕緣薄膜(15)為聚酰亞胺、聚全氟乙丙稀或聚醚醚酮薄膜。
6.根據權利要求1所述的超導磁體電流引線，其特征在于，所述室溫端銅端子與所述磁體杜瓦(I)通過聚四氟乙烯板或改性尼龍6板絕緣。
【文檔編號】H01F6/06GK103456455SQ201310451539
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月28日 優先權日:2013年9月28日
【發明者】葛正福, 閆果, 李超, 熊小偉, 劉向宏, 馮勇, 張平祥 申請人:西部超導材料科技股份有限公司