一种用于舱载超导磁体的四元电流引线
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202210232861.7 | 申请日 | 2022-03-09 |
| 公开(公告)号 | CN116779274A | 公开(公告)日 | 2023-09-19 |
| 申请人 | 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院); | 申请人类型 | 科研院所 |
| 发明人 | 周伟; 张艳清; 陈慧星; 曹益; 梁思源; 王雪晴; 张睿哲; 吴纪潭; 刘坤; | 第一发明人 | 周伟 |
| 权利人 | 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) | 权利人类型 | 科研院所 |
| 当前权利人 | 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) | 当前权利人类型 | 科研院所 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：北京市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：北京市丰台区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：北京市丰台区云岗北区西里1号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：100074 |
| 主IPC国际分类 | H01F6/04 | 所有IPC国际分类 | H01F6/04 ; H01F6/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 专利代理人 | ||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于舱载超导磁体的四元 电流 引线，包括 真空 插座、帕尔贴单元、无 氧 铜 线和高温超导叠；所述真空插座设置在超导磁体的舱体上，用于实现舱体的真空密封；所述帕尔贴单元与所述真空插座的舱体外侧端相连；所述无氧铜线的第一端与所述真空插座的舱体内侧端相连，所述无氧铜线的第二端穿过超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超 导线 相连，在处于超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超导线之间的所述无氧铜线上设有凹槽；所述高温超导叠设置在所述凹槽内。本发明能够解决 现有技术 中的电流引线漏热量大的技术问题。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于舱载超导磁体的四元电流引线，其特征在于，包括真空插座(1)、帕尔贴单元(2)、无氧铜线(3)和高温超导叠(4)； |
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| 说明书全文 | 一种用于舱载超导磁体的四元电流引线技术领域[0001] 本发明涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种用于舱载超导磁体的四元电流引线。 背景技术[0002] 舱载超导磁体需要保证超导磁体长期闭环运行，为了延长超导磁体的工作时间，同时减小超导磁体系统液氦挥发量，需要超导磁体的电流引线结构具有电阻率小、漏热低的特点。较低的热导率保证电流引线在通流相同的情况下，焦耳热损耗更小，同时由于电流引线系统横跨了室温到液氦温区，较低的热导率也能减小电流引线的传导漏热，从而降低系统的整体漏热。 [0003] 为了尽量减小电流引线的漏热，目前方法主要包括采用可插拔式电流引线，但是可插拔式电流引线系统需要配合驱动电机使用，在一定程度上增加了系统的复杂性和装配难度；同时室温端采用铜端子，在励磁时也会带来较大的焦耳热损耗，因此现有电流引线具有漏热量大的缺点。 发明内容[0004] 本发明提供了一种用于舱载超导磁体的四元电流引线，能够解决现有技术中的电流引线漏热量大的技术问题。 [0006] 所述真空插座设置在超导磁体的舱体上，用于实现舱体的真空密封； [0007] 所述帕尔贴单元与所述真空插座的舱体外侧端相连； [0008] 所述无氧铜线的第一端与所述真空插座的舱体内侧端相连，所述无氧铜线的第二端穿过超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超导线相连，在处于超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超导线之间的所述无氧铜线上设有凹槽； [0009] 所述高温超导叠设置在所述凹槽内。 [0010] 优选的，所述帕尔贴单元处于室温区，所述无氧铜线处于从室温区到液氮温区的过渡区，所述高温超导叠处于液氮温区，所述无氧铜线与所述低温超导线的连接处处于液氮温区，所述低温超导线处于液氦温区。 [0011] 优选的，所述无氧铜线为Z型结构，所述Z型结构的上侧横向段和纵向段为圆形线，所述Z型结构的下侧横向段为扁形线，所述凹槽设置在所述扁形线上。 [0012] 优选的，所述无氧铜线的低温电阻率和常温电阻率均不大于150。 [0014] 优选的，所述真空插座还包括粘接剂，所述粘接剂设置在所述管状结构与所述金属端子之间。 [0016] 优选的，所述低温绝缘复合材料通过环氧树脂基复合材料绕制得到。 [0017] 优选的，所述高温超导叠的材料为双面超导的铋系带材。 [0018] 优选的，所述高温超导叠的长度不小于100mm。 [0019] 应用本发明的技术方案，在室温区采用帕尔贴单元代替常规铜端子作为电流输入输出端，利用了半导体材料在通流能力相同的情况下，热导率仅为铜材料的0.5％的特性，在室温区最大限度减小电流从引线低温区向室温区的漏热，在没有电流通过时也可以减小电流引线的漏热；由于帕尔贴单元需要穿过超导磁体的真空层舱体，因此采用真空插座实现舱体与帕尔贴单元的真空密封，同时，真空插座包裹大部分帕尔贴单元，减小冲击或振动对其的影响；通过在无氧铜线上设凹槽，并将高温超导叠设置在凹槽内，该高温超导叠的热导率为铜材料的5％，同时，高温超导叠的电阻远低于无氧铜线，进一步减小电流引线的漏热。本发明针对超导磁体电流引线需跨越室温到液氦温区的特点，在电流引线的不同工作温区，采用不同的通流结构，降低了电流引线在励磁和运行过程中的传导漏热，延长了磁体工作的闭环使用时间，减少了磁体运行过程中电流引线漏热带来的液氦挥发。附图说明 [0020] 所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0021] 图1示出了根据本发明的一种实施例提供的用于舱载超导磁体的四元电流引线的结构示意图； [0022] 图2示出了根据本发明的一种实施例提供的真空插座与帕尔贴单元的结构示意图。 [0023] 其中，上述附图包括以下附图标记： [0024] 1、真空插座；11、管状结构；12、金属端子； [0025] 2、帕尔贴单元；3、无氧铜线；4、高温超导叠。 具体实施方式[0026] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。 [0028] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。 [0029] 如图1所示，本发明提供了一种用于舱载超导磁体的四元电流引线，包括真空插座1、帕尔贴单元2、无氧铜线3和高温超导叠4； [0030] 所述真空插座1设置在超导磁体的舱体上，用于实现舱体的真空密封； [0031] 所述帕尔贴单元2与所述真空插座1的舱体外侧端相连； [0032] 所述无氧铜线3的第一端与所述真空插座1的舱体内侧端相连，所述无氧铜线3的第二端穿过超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超导线相连，在处于超导磁体的冷屏与超导磁体的低温超导线之间的所述无氧铜线3上设有凹槽； [0033] 所述高温超导叠4设置在所述凹槽内。 [0034] 本发明在室温区采用帕尔贴单元2代替常规铜端子作为电流输入输出端，利用了半导体材料在通流能力相同的情况下，热导率仅为铜材料的0.5％的特性，在室温区最大限度减小电流从引线低温区向室温区的漏热，在没有电流通过时也可以减小电流引线的漏热；由于帕尔贴单元2需要穿过超导磁体的真空层舱体，因此采用真空插座1实现舱体与帕尔贴单元2的真空密封，同时，真空插座1包裹大部分帕尔贴单元2，减小冲击或振动对其的影响；通过在无氧铜线3上设凹槽，并将高温超导叠4设置在凹槽内，该高温超导叠4的热导率为铜材料的5％，同时，高温超导叠4的电阻远低于无氧铜线3，进一步减小电流引线的漏热。本发明针对超导磁体电流引线需跨越室温到液氦温区的特点，在电流引线的不同工作温区，采用不同的通流结构，降低了电流引线在励磁和运行过程中的传导漏热，延长了磁体工作的闭环使用时间，减少了磁体运行过程中电流引线漏热带来的液氦挥发。 [0035] 根据本发明的一种实施例，所述帕尔贴单元2处于室温区，所述无氧铜线3处于从室温区到液氮温区的过渡区，所述高温超导叠4处于液氮温区，所述无氧铜线3与所述低温超导线的连接处处于液氮温区，所述低温超导线处于液氦温区。 [0036] 根据本发明的一种实施例，如图1所示，所述无氧铜线3为Z型结构，所述Z型结构的上侧横向段和纵向段为圆形线，以便于弯折及与真空插座1相连；所述Z型结构的下侧横向段为扁形线，以便于开槽。 [0038] 根据本发明的一种实施例，所述无氧铜线3的低温电阻率和常温电阻率均不大于150。 [0039] 根据本发明的一种实施例，如图2所示，所述真空插座1包括管状结构11和设置在所述管状结构11外侧的金属端子12，所述管状结构11与所述金属端子12通过螺纹连接，其中，所述金属端子12的内表面具有螺纹结构，所述管状结构11的外表面具有螺纹结构。 [0041] 根据本发明的一种实施例，所述真空插座1还包括粘接剂，所述粘接剂设置在所述管状结构11与所述金属端子12之间，以实现管状结构11与金属端子12之间的密封与固定。 [0042] 根据本发明的一种实施例，所述管状结构11的材料为低温绝缘复合材料。 [0043] 其中，低温绝缘复合材料包裹了大部分的帕尔贴单元2，减小了帕尔贴单元2受到冲击、振动的影响。 [0044] 根据本发明的一种实施例，所述低温绝缘复合材料通过环氧树脂基复合材料绕制得到。也就是说，该环氧树脂基复合材料缠绕在帕尔贴单元2上。 [0046] 根据本发明的一种实施例，所述高温超导叠4的材料为双面超导的铋系带材，以便于焊接，同时提高了通电能力和结构强度。 [0047] 其中，77K下单根铋系带材的通流能力不小于150A。 [0048] 此外，高温超导叠4的数量可以为多个，例如，在图1中设置了两个高温超导叠4。每个高温超导叠4均由多根铋系带材通过温度较高的第一锡焊料并联焊接在一起；并联后的多根铋系带材与无氧铜线3通过温度较低的第二锡焊料连接。 [0049] 具体地，第一锡焊料的熔点大于185℃，第二锡焊料的熔点范围为130‑185℃。举例来讲，第一锡焊料可采用熔点为217℃的Pb焊料，第二锡焊料可采用熔点为183℃的Sn‑Pb焊料，以防止焊接高温超导叠4时中间的第一锡焊料熔化。 [0050] 根据本发明的一种实施例，所述高温超导叠4的长度不小于100mm。 [0051] 根据本发明的一种实施例，帕尔帖单元的制作方法可采用如下步骤： [0052] 步骤一、确定帕尔帖单元中热电材料碲化铋的最优长度和横截面的比值； [0053] 步骤二、选择热电材料碲化铋的安全载流密度和合适的尺寸； [0054] 步骤三、根据帕尔帖单元的电流设计值，选择合适尺寸的无氧铜线3与热电材料碲化铋焊接。 [0055] 综上，本发明的电流引线在室温区采用帕尔贴单元2作为电流输入输出端，在室温区到液氮温区的过渡区采用无氧铜线3作为载流结构，在液氮温区采用高温超导叠4作为载流结构。本发明针对超导磁体电流引线需跨越室温到液氦温区的特点，在电流引线的不同工作温区，采用不同的通流结构，降低了电流引线在励磁和运行过程中的传导漏热，延长了磁体工作的闭环使用时间，减少了磁体运行过程中电流引线漏热带来的液氦挥发。 [0056] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。 [0057] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。 [0059] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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