[发明专利]一种直接冷却的超导线圈及冷却方法

说明书

一种直接冷却的超导线圈，包括有骨架，骨架从内到外依次绕制有：绕组一、细铜线一、冷却层一、绕组二、细铜线二、冷却层二、绕组三；冷却层和冷却层的接头固定并与制冷机的二级冷头相连接；在线圈绕组层间绕制细铜线和无氧铜线，细铜线用于保护下层线圈并调节冷却层位置；通过使用本发明中的冷却方法，可以使磁体绕组的温度降更加均匀，增强了磁体的冷却效果，磁体的温度均匀性将提高，从而降低了磁体失超风险，特别是绕组较厚的磁体，由于使用了冷却层，使磁体的降温时间显著减少，同时也缩短了磁体失超后再恢复的时间。

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，具体涉及一种直接冷却的超导线圈及冷却方法。

背景技术

自1909年发现超导现象以来，超导材料及其应用技术有了较快的进步。在科学研究（高场磁体，分析用的核磁共振磁体，加速器磁体，粒子探测器磁体，等等）、医疗/食品（医用磁共振成像磁体，食品分离用磁体）、一般工业（Si单晶生长磁体，钢连铸用磁体，水处理用磁分离磁体）、交通/运输（磁悬浮列车，船舶推进，弹射器）和电力（电力传输电缆，故障电流限制器，变压器，发电机，马达，储能等）等领域有了很广泛的应用。

超导材料的应用主要载体为超导磁体。超导磁体的运行稳定性直接决定了磁体设备的运行可靠性。常见的超导材料有NbTi，Nb₃Sn，MgB₂等，该类超导磁体都需要在液氦温区内运行，同时，随着液氦资源的紧张，低温制冷技术的发展，传导冷却（conduction-cooled，也称制冷机冷却、无液氦、Cryogen-Free）超导磁体技术的研究正在逐步走向实用。传导冷却磁体要求整个绕组具有良好的热传导性能，骨架一般为热导较好的材料，以顺利实现快速降温。因此，对于NbTi超导磁体，磁体绕组的骨架材料一般为铜或铝。但对于Nb₃Sn磁体绕组，由于磁体需要在700℃高温下进行热处理形成Nb₃Sn，一般不使用铜与铝材料，常用材料为不锈钢。但是，不锈钢的热导与铜或铝相比较小，不利于磁体降温，制备的磁体的稳定性会受到温度均匀性的影响。因此，如果能在超导线圈层间添加热导率较好的材料实现对线圈的辅助冷却，超导线圈的冷却效果会有明显改善，磁体的稳定性将有显著的增加，同时也会缩短降温时间。

目前传导冷却超导磁体绕组层间一般都不进行特别处理，有时为了使用不同线径的超导线还会采用层间铺垫绝缘材料的处理方式，而绝缘材料的热导率远比金属小，减小了超导线圈间的热导能力。因此，获得一种操作简单、易于实现、适用性强的传导冷却方法实现降低磁体失超风险、减小制冷机直接冷却磁体的降温时间的冷却方法十分必要。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种直接冷却的超导线圈及冷却方法，克服超导磁体冷却技术的问题，冷却结构简单，易于实现，适用于超导磁体绕组的冷却。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种直接冷却的超导线圈，其特征在于，包括有骨架，骨架从内到外依次绕制有：绕组一、细铜线一、冷却层一、绕组二、细铜线二、冷却层二、绕组三；冷却层一和冷却层二的接头固定并与制冷机的二级冷头相连接。

所述的骨架采用非磁性奥氏体不锈钢或黄铜材料制作。

所述的冷却层一、冷却层二矩形铜线绕制。

所述的冷却层一采用矩形无氧铜线。

所述的骨架两侧设有槽口。

冷却层二采用矩形无氧铜线。

所述的绕组三外浸渍环氧树脂。

一种超导线圈的直接冷却方法，对于不需要热处理的超导绕组，其特征在于，骨架上从内到外依次设置有绕组一、细铜线一、冷却层一、绕组二、细铜线二、冷却层二、绕组三，包括如下步骤：

步骤1，绕组一绕制