一種含鐵磁環的超導磁體的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及超導磁體技術領域，特別涉及一種含鐵磁環的超導磁體。
【背景技術】
[0002]與常規銅、鋁導電導線相比，超導導線具有非常高的臨界電流密度和近似為零的電阻率。近年來，由超導導線繞制的超導磁體在電力、能源領域中已得到廣泛應用，如超導磁儲能線圈、超導變壓器繞組、超導電抗器繞組、超導發電機繞組等。
[0003]超導磁體常采用螺線管空芯線圈結構，以獲得較高的電感量和儲能密度。但是，在這種螺線管空芯線圈結構中，位于磁體兩個端部的軸向線圈層所在的背景磁場主要分量為垂直超導導線寬表面的垂直磁場分量。而垂直磁場分量將極大地衰減超導磁體內部的超導導線的臨界電流密度，進而增加整個超導磁體的運行能量損耗。為了降低垂直磁場分量大小，人們常采用各種結構優化算法對端部軸向線圈層進行優化設計，如遺傳算法、模擬退火算法等，但是優化后的線圈幾何結構較為復雜，增加了實際繞制和加工的難度，同時還增加了超導磁體內部的導線焊接點數量。此外，目前也有研究人員在螺線管空芯線圈的兩端加入圓環形鐵磁片，通過引入具有高磁導率的鐵磁片來減小垂直磁場分量。但是，該方案需要厚度和寬度較大的圓環形鐵磁片，一方面額外增加了大量的鐵磁損耗，同時還增加了整個超導磁體的體積和重量，對超導磁體在低溫杜瓦容器內的實際安裝和運行造成困難。此外，圓環形鐵磁片對靠近繞線骨架的內層線圈導線周圍的垂直磁場分量的衰減效果較差，容易造成內層線圈導線的臨界電流密度過低，進而引起導線失超過快、局部過熱等安全隱患。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于:衰減超導磁體的垂直磁場分量，進而提高超導磁體內部的超導導線的臨界電流并降低整個超導磁體的運行能量損耗，同時優化結構，減小超導磁體的體積和重量，便于運行和安裝。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明提供一種含鐵磁環的超導磁體，其包括非磁性筒形骨架、超導螺線管線圈和兩個環形蓋板，并且所述超導螺線管線圈繞制在所述非磁性筒形骨架上，所述非磁性筒形骨架的兩端各設置一個所述環形蓋板，用于蓋住所述超導螺線管線圈的兩端部，而且，在所述環形蓋板靠近所述超導螺線管線圈的表面上，嵌入一個鐵磁環，并且所述鐵磁環與所述環形蓋板共軸；其中，
[0006]所述鐵磁環靠近所述超導螺線管線圈的表面上，形成具有一定槽深的環形凹槽，從而在所述鐵磁環的內邊緣與外邊緣上分別形成內環形凸臺和外環形凸臺，并且所述內環形凸臺與所述外環形凸臺的徑向寬度數值上等于所述環形凹槽的槽深；
[0007]所述超導螺線管線圈的端面與所述環形凹槽的底面相平行且間距為所述環形凹槽的槽深，所述超導螺線管線圈端面的內邊沿與所述內環形凸臺的間距和所述超導螺線管線圈端面的外邊沿與所述外環形凸臺的間距數值上均等于所述環形凹槽的槽深。
[0008]根據一種具體的實施方式，所述超導螺線管線圈由一定數量的軸向線圈層構成，每個所述軸向線圈層具有相同的匝數；其中，在所述超導螺線管線圈的中心區域設置數量大于總量三分之一的所述軸向線圈層，并且各個所述軸向線圈層之間的軸向氣隙相等；
[0009]將剩下的所述軸向線圈層平分后，分別設置在所述超導螺線管線圈的兩端區域，并且越接近所述超導螺線管線圈端部，所述軸向線圈層之間的所述軸向氣隙遞增。
[0010]根據一種具體的實施方式，在所述超導螺線管線圈中，從一端端部的所述軸向線圈層中最里面或最外面的線圈上引出一條引線，并且引出所述引線的線圈由內至外或由外至內依次串聯所述軸向線圈層的所有線圈，通過所述軸向線圈層最外面或最里面的線圈與相鄰的所述軸向線圈層串聯，直至將所述超導螺線管線圈的所有軸向線圈層的每匝線圈均串聯在一起，最后從另一端端部最外面或最里面的線圈引出另一條引線。
[0011]根據一種具體的實施方式，在所述超導螺線管線圈的兩端區域中，所述軸向線圈層之間所述軸向氣隙呈等差遞增。
[0012]根據一種具體的實施方式，所述超導螺線管線圈由ReBCO超導帶材，或BSCC0超導帶材，或MgB2超導帶材繞制而成。
[0013]根據一種具體的實施方式，在所述環形凹槽內均勻填充非磁性材料，并且填充的非磁性材料不超出所述環形凹槽。
[0014]根據一種具體的實施方式，在所述環形蓋板的外邊緣上開設至少兩個軸向通孔，將螺桿分別穿過位于所述非磁性筒形骨架兩端的所述環形蓋板上的一個軸向通孔后，鎖緊所述螺桿，以將所述環形蓋板固定在所述非磁性筒形骨架的兩端。
[0015]根據一種具體的實施方式，在所述環形蓋板的內邊緣上開設至少兩個軸向通孔，將螺釘穿過內邊緣上的軸向通孔擰入所述非磁性筒形骨架內，以將所述環形蓋板固定在所述非磁性筒形骨架上。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果:
[0017]1、本發明中的鐵磁片可以極大地衰減垂直磁場分量，進而提高超導磁體內部的超導導線的臨界電流，及降低整個超導磁體的運行能量損耗。
[0018]2、本發明中的鐵磁片可以有效降低靠近繞線骨架的內層線圈導線周圍的垂直磁場分量大小，避免了因內層線圈導線的臨界電流密度過低而引起的導線失超過快、局部過熱等安全隱患。
[0019]3、本發明中的鐵磁片的厚度和寬度非常小，不會對超導磁體的體積和重量造成影響，利于超導磁體在低溫杜瓦容器內的實際安裝和運行。
[0020]4、本發明中的超導磁體本體可以采用單根超導導線直接繞制而成，降低了實際繞制和加工的難度，且內部無導線焊接點，減少了失超安全隱患。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明的鐵磁環的剖面圖；
[0023]圖3是本發明的一種實施結構圖；
[0024]圖4是本發明超導螺線管線圈的結構示意圖；
[0025]圖5是本發明的另一種實施結構圖。
[0026]1:非磁性筒形骨架2:超導螺線管線圈3:環形蓋板4:鐵磁環5:螺桿6:螺釘7:非磁性材料
【具體實施方式】
[0027]下面結合【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發明內容】
所實現的技術均屬于本發明的范圍。
[0028]結合圖1和圖2分別所示的本發明的結構示意圖以及本發明的鐵磁環的剖面圖；其中，本發明含鐵磁環的超導磁體，其包括非磁性筒形骨架1、超導螺線管線圈2和兩個環形蓋板3，并且超導螺線管線圈2繞制在非磁性筒形骨架1上，非磁性筒形骨架1的兩端各設置一個環形蓋板3，用于蓋住超導螺線管線圈2的兩端部，而且，在環形蓋板3靠近超導螺線管線圈2的表面上，嵌入一個鐵磁環4，并且鐵磁環4與環形蓋板3共軸。
[0029]并且，在鐵磁環4靠近超導螺線管線圈2的表面上，形成具有一定槽深的環形凹槽，從而在鐵磁環4的內邊緣與外邊緣上分別形成內環形凸臺和外環形凸臺，并且內環形凸臺與外環形凸臺的徑向寬度數值上等于環形凹槽的槽深。
[0030]超導螺線管線圈2的端面與環形凹槽的底面相平行且間距為環形凹槽的槽深，超導螺線管線圈2端面的內邊沿與內環形凸臺的間距和超導螺線管線圈2端面的外邊沿與外環形凸臺的間距數值上均等于環形凹槽的槽深。
[0031]在實施時，環形凹槽的槽深數值上設為鐵磁環厚度的一半。而且，經過測試和驗證，兩端安裝不具有環形凹槽和環形凸臺的鐵磁環的超導磁體，與本發明的在兩端安裝具有環形凹槽和環形凸臺的鐵磁環的超導磁體相比，本發明的超導磁體具有更大的臨界電流
Fth也/又。
[0032]在此基礎上，分別對環形凹槽的槽深、環形凸臺的徑向寬度以及超導螺線管線圈端面邊沿與環形凸臺的間距，按照