阅读说明：本技术 一种动态环境下的超导磁体线圈结构 (Superconducting magnet coil structure in dynamic environment ) 是由 董瑞学 成渝 朱思华 张喜虎 周杨 薛力华 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及动态磁体技术领域,具体地说是一种动态环境下的超导磁体线圈结构。一种动态环境下的超导磁体线圈结构,包括超导线圈、骨架,绝缘层、无氧铜板,其特征在于：位于骨架的外缘均布设有若干超导线圈凹槽,超导线圈凹槽内设有超导线圈,所述的超导线圈与超导线圈凹槽的内壁之间设有绝缘层和无氧铜板；超导线圈外侧分别设有玻璃丝布及铝带；所述的铝带的高度超出超导线圈凹槽0.1～0.4mm；位于超导线圈的外侧装配铝罩。同现有技术相比,提供一种动态环境下的超导磁体线圈结构,超导线圈与骨架之间采用特氟龙绝缘层和无氧铜板,降低摩擦热,同时无氧铜片有非常高的导热效率,以便产生的摩擦热迅速被带走,降低超导线圈的失超风险。(The invention relates to the technical field of dynamic magnets, in particular to a superconducting magnet coil structure in a dynamic environment. The utility model provides a superconducting magnet coil structure under dynamic environment, includes superconducting coil, skeleton, insulating layer, oxygen-free copper, its characterized in that: a plurality of superconducting coil grooves are uniformly distributed on the outer edge of the framework, superconducting coils are arranged in the superconducting coil grooves, and an insulating layer and an oxygen-free copper plate are arranged between the superconducting coils and the inner walls of the superconducting coil grooves; the outer sides of the superconducting coils are respectively provided with glass fiber cloth and an aluminum tape; the height of the aluminum strip exceeds the superconducting coil groove by 0.1-0.4 mm; an aluminum cover is mounted on the outer side of the superconducting coil. Compared with the prior art, the superconducting magnet coil structure under the dynamic environment is provided, the Teflon insulating layer and the oxygen-free copper plate are adopted between the superconducting coil and the framework, friction heat is reduced, and meanwhile, the oxygen-free copper plate has very high heat conduction efficiency, so that the generated friction heat is taken away rapidly, and the quench risk of the superconducting coil is reduced.)

一种动态环境下的超导磁体线圈结构

技术领域

本发明涉及动态磁体

技术领域

，具体地说是一种动态环境下的超导磁体线圈结构。

背景技术

超导磁体是指低温下用具有较高临界转变温度和特别高临界磁场的第二类超导体制成线圈的一种电磁铁。它的主要特点是因零电阻性具备的无电损耗，高载流性而产生的强场，具有广泛的实用价值。

超导磁体在电工、交通、医疗、军工和科学实验领域都有重要的应用案例和巨大的应用前景，其中有些已经取得实际效益。如目前采用超导磁体的磁共振成像设备已成为医院中最受欢迎的临床诊断设备之一，每年新安装数千台磁共振成像设备在世界各地医院中使用；此外超导技术最活跃的领域还是科学实验和科学仪器等高

技术领域

，如美国费米实验室的TEVATRON加速器和德国汉堡同步加速器中心的HERA质子一电子对撞机又成功地采用超导磁体作为其聚焦和偏转磁体, 超导磁体数量均达上千个,目前美国和欧洲已开始建造更大型的超导加速器, 如美国的超级超导对撞机(SSC)，在其87km长的环上, 将采用上万个各种超导磁体, 其规模将是空前的。以上这些超导磁体都是固定安装，静态运行在一个固定的空间内。由此可见静态的超导磁体已经非常广泛且成熟的应用于很多领域。

随着科技技术的发展和生产、生活需求的提高，科学家也开始研究动态磁体，超导磁体带电工作时在空间上运动，承受各种因运动而产生的冲击。主要应用于交通运输，军工等领域，如日本山梨线，采用低温超导技术，预计2027年完成第一段磁悬浮线路-东京（品川）到大阪，时速500-600km/h。

目前静态超导磁体从线圈设计、骨架结构及材料、磁体悬挂，再到磁体的低温系统，冷却方式等各项技术都非常的成熟，然而将静态磁体的技术生搬到动态上用是完全行不通的，主要是线圈的结构、绕制工艺、磁体的悬挂方式、制冷方式、动态与静态是完全不同的。

静态磁体中骨架与线圈只需考虑两者间的绝缘；静态磁体低温励磁状态下，仅受电磁力的影响，达到平衡后线圈稳定运行。

而动态磁体要骨架和线圈除了要保证良好的绝缘特性外，还需要考虑线圈与骨架在高强度的振动和冲击过程中，两者产生的摩擦热的问题，磁体结构设计需要从减少摩擦热的角度出发。但同时由于部分摩擦热是不能避免的，所以我们仍需考虑从如何移走摩擦热。

动态磁体励磁完成后，需要在高强度的振动和冲击环境下实用，同时受到电磁力和外部激励及涡流的影响，很难达到平衡，如果按照静态磁体的结构形式，磁体非常容易失超，运行极度不稳定。

本发明主要是研究线圈的结构及加工的工艺的角度，来提高动态磁体在高强度的振动和冲击下运行稳定性。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种动态环境下的超导磁体线圈结构，超导线圈与骨架之间采用特氟龙和无氧铜板，既具有绝缘效果，又有效降低摩擦热，同时无氧铜片有非常高的导热效率，以便产生的摩擦热迅速被带走，降低超导线圈的失超风险。

为实现上述目的，设计一种动态环境下的超导磁体线圈结构，包括超导线圈、骨架，绝缘层、无氧铜板，其特征在于：位于骨架的外缘均布设有若干超导线圈凹槽，超导线圈凹槽内设有超导线圈，所述的超导线圈与超导线圈凹槽的内壁之间设有绝缘层和无氧铜板；超导线圈外侧分别设有玻璃丝布及铝带；所述的铝带的高度超出超导线圈凹槽0.1~0.4mm；位于超导线圈的外侧装配铝罩。

所述的绝缘层为特氟龙绝缘层，并位于超导线圈凹槽内侧壁的绝缘层与超导线圈之间设有无氧铜板；所述的绝缘层与无氧铜板对粘，并且绝缘层的光面朝向超导线圈凹槽。

所述的特氟龙绝缘层为特氟龙胶带。

所述的绝缘层与无氧铜板粘接

所述的绝缘层的厚度为0.05~0.15m。

所述的无氧铜板的厚度为0.1~0.3mm。

所述的玻璃丝布环向绕制在超导线圈的外侧，所述的铝带环向绕制在玻璃丝布的外侧，并且铝带厚度高于超导线圈凹槽的上端的骨架端板。

所述的铝罩套设在超导线圈的外表面，并且铝罩采用螺钉与骨架连接。

所述的骨架的内部及侧面的加工精度为1.6。

所述的超导磁体超导线圈结构的制备工艺如下：

（1）采用酒精或者丙酮将骨架的超导线圈凹槽擦拭干净；

（2）在超导线圈凹槽底部贴特氟龙绝缘层，侧面的特氟龙绝缘层先与无氧铜片对粘，然后将粘接好的材料特氟龙面朝向超导线圈凹槽的侧面，采用胶带进行预固定；

（3）在贴好特氟龙绝缘层及无氧铜板的超导线圈凹槽内绕制超导线圈，采用湿绕工艺，即一边绕线一边刷树脂；

（4）超导线圈绕制完成后，绕制4~6层玻璃丝布，然后再玻璃丝布的外侧再绕制铝带；

（5）铝带绕制完成后，确保铝带的高度略高于骨架端板的高度，然后将铝罩插入至骨架上，并用螺钉固定连接。

本发明同现有技术相比，提供一种动态环境下的超导磁体线圈结构，超导线圈与骨架之间采用特氟龙绝缘层和无氧铜板，降低摩擦热，同时无氧铜片有非常高的导热效率，以便产生的摩擦热迅速被带走，降低超导线圈的失超风险。

超导线圈绕制完成后，绕制玻璃丝布及铝带确保整体结构略高于骨架法兰，套入开有流道的铝罩，用螺钉固定在骨架上，使超导线圈受到一定的预紧力低温下铝罩收缩进一步紧固超导线圈，确保超导线圈在低温励磁的状态下振动冲击超导线圈不会产生微小移动，降低超导线圈的失超风险。

铝罩内环沿周向均匀分布流道，既减少铝罩与超导线圈的接触面积，又增加超导线圈与液氦的接触面积，进一步提高超导线圈在振动、冲击环境下的稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明主视图。

图3为本发明结构剖视图。

图4为图3的局部放大示意图。

参见图1至图4，1为骨架，2为螺钉，3为铝罩，4为铝带，5为玻璃丝布，6为超导线圈，7为绝缘层，8为无氧铜板，9为线圈凹槽。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1至图4所示，位于骨架1的外缘均布设有若干线圈凹槽9，线圈凹槽9内设有超导线圈6，所述的超导线圈6与线圈凹槽9的内壁之间设有绝缘层7和无氧铜板8；超导线圈6外侧分别设有玻璃丝布5及铝带4；所述的铝带4的高度超出线圈凹槽90.2mm；位于超导线圈6的外侧装配铝罩3。

绝缘层7为特氟龙绝缘层，并位于线圈凹槽9内侧壁的绝缘层7与超导线圈6之间设有无氧铜板8；所述的绝缘层7与无氧铜板8对粘，并且绝缘层7的光面朝向线圈凹槽9。

特氟龙绝缘层为特氟龙胶带。

绝缘层7与无氧铜板8粘接。

绝缘层7的厚度为0.05~0.15m。

无氧铜板8的厚度为0.1~0.3mm。

玻璃丝布5环向绕制在超导线圈6的外侧，所述的铝带4环向绕制在玻璃丝布5的外侧，并且铝带4厚度高于线圈凹槽9的上端的骨架端板。

铝罩3套设在超导线圈6的外表面，并且铝罩3采用螺钉2与骨架1连接。

骨架1的内部及侧面的加工精度为1.6。

超导磁体线圈结构的制备工艺如下：

（1）采用酒精或者丙酮将骨架的线圈凹槽擦拭干净；

（2）在线圈凹槽底部贴特氟龙绝缘层，侧面的特氟龙绝缘层先与无氧铜片对粘，然后将粘接好的材料特氟龙面朝向线圈凹槽的侧面，采用胶带进行预固定；

（3）在贴好特氟龙绝缘层及无氧铜板的线圈凹槽内绕制线圈，采用湿绕工艺，即一边绕线一边刷树脂；

（4）线圈绕制完成后，绕制4~6层玻璃丝布，然后再玻璃丝布的外侧再绕制铝带；

（5）铝带绕制完成后，确保铝带的高度略高于骨架端板的高度，然后将铝罩插入至骨架上，并用螺钉固定连接。

超导线圈6与骨架1之间保证较高的绝缘性能得同时又要提高换热效率，采用0.05~0.15m的特氟龙的绝缘层7和0.1~0.3mm无氧铜板8，作为超导线圈圈6与骨架1侧面的过度结构，采用壁厚非常薄的特氟龙的绝缘层7提高过度结构的硬度，降低摩擦热，同时无氧铜片8有非常高的导热效率，以便产生的摩擦热迅速被带走，降低线圈的失超风险。

超导线圈6绕制完成后，绕制玻璃丝布5及铝带4确保整体结构略高于骨架法兰，套入开有流道的铝罩3，用螺钉2固定在骨架1上，使超导线圈6受到一定的预紧力低温下铝罩3收缩进一步紧固超导线圈6，确保超导线圈6在低温励磁的状态下振动冲击超导线圈6不会产生微小移动，降低超导线圈6的失超风险。

铝罩3内环沿周向均匀分布流道，即线圈凹槽9的位置，铝罩3是个圆环，流道是开在圆环内部；线圈凹槽9的开槽尺寸是环向接触与非接触尺寸接近，深度根据电磁力和铝环厚度决定；既减少铝罩3与超导线圈6的接触面积，又增加超导线圈6与液氦的接触面积，进一步提高线圈在振动、冲击环境下的稳定性。

根据超导线圈6电磁设计及底部和侧面绝缘尺寸，加工超导线圈6的骨架1，骨架1的内部和侧面要又较高的加工精度（粗糙度1.6），骨架1外圆加工铝罩3的安装台阶，台阶外圆加工精度控制在±0.1mm内。

根据骨架1的设计参数裁剪超导线圈6底部的特氟龙绝缘层7，裁剪侧面特氟龙绝缘层7及无氧铜板8。

将骨架1的线圈凹槽9用酒精（或丙酮）擦拭干净，贴好底部和侧面的特氟龙绝缘层7，其中侧面特氟龙绝缘层7先将特氟龙绝缘层7与无氧铜板8粘接，特氟龙绝缘层7面朝骨架1侧板，保证无氧铜板8与骨架1的绝缘。

超导线圈6采用湿绕工艺，边绕线边刷树脂，根据不同的振动冲击量级，适当添加层间的玻璃丝布5，提高超导线圈6的内部强度。

超导线圈6绕制完成后，绕制4-6层玻璃丝布5，起到保护超导线圈6的作用，外围根据超导线圈6的环向应力绕制一定层数的铝带4。

铝带4绕制完成后，确保铝带4略高出骨架1端板，将两端的铝罩3插入，并用螺钉2固定，给超导线圈6一定的预紧力，完成磁体线圈结构的装配。