【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高温超导hts磁体领域。具体地，本专利技术涉及一种用于hts线圈的缠绕方法、由该缠绕方法产生的线圈、以及被配置为执行该缠绕方法的装置。
技术介绍
1、超导材料通常被划分为“高温超导体”(hts)和“低温超导体”(lts)。诸如nb和nbti之类的lts材料是可以通过bcs理论描述其超导性的金属或金属合金。所有低温超导体具有低于约30k的自场临界温度(即使在零外磁场下，在其以上也无法使材料超导的温度)。bcs理论未描述hts材料的行为，并且这种材料可以具有高于约30k的自场临界温度(尽管应当注意，定义hts和lts材料的是成分和超导操作的物理差异，而不是自场临界温度)。最常用的hts是“铜酸盐超导体”——基于铜酸盐(包含氧化铜基团的化合物)的陶瓷，例如，bscco或rebco(其中，re是稀土元素，通常是y或gd)。其他hts材料包括铁磷化物(例如，feas和fese)和二硼酸镁(mgb2)。
2、rebco通常被制造为磁带，其结构如图1所示。这种磁带100通常为约100微米厚，并且包括基板101(通常是电解抛光的镍-钼合金，例如，约50微米厚的哈氏合金tm(hastelloytm))，一系列缓冲层通过ibad、磁控溅射或其他合适的技术沉积在该基板101上，该一系列缓冲层被称为缓冲堆叠102，其厚度约为0.2微米。外延rebco-hts层103(通过金属氧化物化学气相沉积(mocvd)或其他合适的技术沉积)覆盖缓冲堆叠，并且通常为1微米厚。1至2微米的银层104通过溅射或其他合适的技术沉积在hts层上，并
3、另外，可以制造“剥离式”hts磁带，该“剥离式”hts磁带缺少基板和缓冲堆叠，但通常具有银的“周围涂层”，即，hts层的两侧和边缘上的层。具有基板的磁带将被称为“基板式”hts磁带。
4、hts电缆包括一条或多条hts磁带，其经由导电材料(通常为铜)沿其长度连接。hts磁带可以被堆叠(即，布置为使得hts层平行)，或者它们可以具有可以沿电缆的长度而变化的一些其他磁带布置。hts电缆的显著特例是单条hts磁带和hts对。hts对包括一对hts磁带，其被布置为使得hts层平行。在使用基板式磁带的情况下，hts对可以是0型(其中hts层彼此面对)、1型(其中一条磁带的hts层面对另一磁带的基板)或2型(其中基板彼此面对)。包括多于2条磁带的电缆可以将一些或全部磁带布置成hts对。堆叠的hts磁带可以包括hts对的各种布置，最常见的布置是1型对的堆叠或0型对(或，等同地，2型对)的堆叠。hts电缆可以包括基板式磁带和剥离式磁带的混合。
5、通过缠绕hts电缆或通过提供由hts电缆制成的线圈的部分并将它们连接在一起，将hts电缆(或单独的hts磁带，其出于该描述的目的可以被视为单磁带电缆)布置成线圈来形成超导磁体。hts线圈分为三大类：
6、·绝缘的，在匝之间具有电绝缘材料(使得电流仅可以在“螺旋路径”中流过hts电缆)。
7、·非绝缘的，其中这些匝径向地电连接以及沿电缆电连接。
8、·部分绝缘的，其中通过使用具有高电阻(例如，与铜相比)的材料或通过在线圈之间提供间歇性绝缘，将这些匝与受控电阻径向地连接。
9、非绝缘线圈也可以被认为是部分绝缘线圈的低电阻情况。
10、hts线圈通常如图2所示通过向hts电缆210的线轴201提供磁力制动器202以施加张力来制造。然后，通过围绕线圈移动线轴(从限定线圈的形状的线圈架或支撑结构203开始)或者使线圈绕其轴旋转同时保持线轴静止，将电缆逐匝地缠绕到线圈上。诸如绝缘体、部分绝缘层(即，在其内部具有电流路径的绝缘体、或电阻介于典型绝缘体和导体之间的材料)、失超检测组件等附加层可以与hts电缆一起缠绕。
11、这并不适合于所有线圈形状和电缆结构。具体地，堆叠的磁带电缆(包括在所有点处都与线圈相切的若干条平行hts磁带)不能以这种方式缠绕在具有急转弯的线圈上，因为这将在这些匝外部的磁带上产生很大的应变。对于这种线圈，可以使用如图3所示的备选缠绕方法，其中，通过提供hts磁带301a至301e的多个线轴来现场构建堆叠的磁带电缆，因此hts磁带同时从若干个线轴缠绕到线圈302上。hts磁带可以在它们被缠绕时涂上助焊剂，并且随后可以用焊料浸渍线圈以便将hts磁带接合在一起，或者hts磁带可以在它们被缠绕时焊接在一起。后者通常更适合于较大的线圈，以避免长时间将整个线圈保持在高温下，这将带来hts磁带劣化的风险。与前一情况类似，其他组件可以缠绕在形成每个电缆的hts磁带层之间。
12、通常难以获得足够长度的hts磁带，以使得图3中的hts磁带的每个线轴可以容纳足够整个线圈的磁带。然而，hts磁带可以在每条hts磁带用完时或按照预定图案进行替换。结果是如图4中示意性所示(其中线圈“拉直”并且长度显著缩短)的磁带端到磁带端“对接”接头的图案，其中，hts磁带的每个层包括对接接头401，其中，hts磁带停止，并且其他层的hts磁带402与该对接接头重叠，从而产生与典型砌砖类似的整体图案。如前所述，图4中的长度显著缩短——通常每条hts磁带具有数米至数百米量级的长度以及百分之几毫米至十分之几毫米量级的厚度。
13、使用单独磁带的缠绕方法的一个缺点是：焊接是一次性完成的。线圈必须保持在高温下的时间随着线圈尺寸和缠绕截面的增加而增加。如果超出了温度随着时间积分的公认限制，这可能导致hts的临界电流下降的问题。它还使得焊接错误难以检测和修复。另外，对于承载大电流或在需要大量磁带的极端环境中操作的线圈，单独磁带线轴的数量对构造缠绕机构提出了挑战。
14、这两种缠绕方法都难以引入线圈的“分级”——即，具有围绕线圈而变化的零场临界电流(通常是为了在使用时补偿线圈上的不均匀的磁场、温度或应变)的hts线圈，因为它们产生基本上均匀的线圈。通过包括沿特定弧的附加hts电缆或磁带，可以在一定程度上缓解这种情况，但这需要附加工具。
15、另外，上述缠绕方法难以在复杂的线圈形状(例如，在单个平面中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温超导HTS励磁线圈，包括：
2.根据权利要求1所述的HTS励磁线圈，其中，每条HTS磁带通过以下项之一接合到相邻HTS磁带：
3.根据前述权利要求中任一项所述的HTS励磁线圈，其中，每条HTS磁带和相邻HTS磁带之间的偏移围绕所述线圈而变化。
4.根据权利要求3所述的HTS励磁线圈，其中，对于所述线圈的所有匝，所述偏移的变化使得所述线圈的第一弧中的平均偏移大于所述线圈的第二弧中的平均偏移。
5.根据前述权利要求中任一项所述的HTS励磁线圈，其中，所述基板包括以下项中的任一项或多项：
6.根据前述权利要求中任一项所述的HTS励磁线圈，其中，所述基板包括其内具有沟道的导电材料，并且其中，所述HTS磁带在所述沟道内，使得所述沟道的侧面将所述HTS磁带彼此电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的HTS励磁线圈，其中，每条HTS磁带与位于所述HTS磁带的径向外侧的相邻HTS磁带重叠至少90％的所述相邻HTS磁带的长度，更优选地重叠至少95％的所述相邻HTS磁带的长度。
8.一种缠绕高温超导H
9.根据权利要求8所述的方法，并且包括：在铺设每条HTS磁带期间或之前，在每条HTS磁带和前一HTS磁带之间施加接合剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接合剂是焊料。
11.根据权利要求10所述的方法，并且包括：在铺设下一HTS磁带之前，将每条HTS磁带加热至足以熔化所述焊料的温度。
12.根据权利要求10所述的方法，并且包括：在铺设所述多条HTS磁带之后，将所述HTS励磁线圈加热至足以熔化所有HTS磁带之间的焊料的温度。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，所述线圈架包括所述基板的初始部分，并且其中，所述第一HTS磁带铺设在所述基板的所述初始部分上。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，并且包括：在铺设所述HTS磁带之后监测每条HTS磁带，并且确定所述HTS磁带是否已经正确地铺设在所述HTS励磁线圈上。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的方法，其中，每条HTS磁带的每个端部与相邻HTS磁带的对应端之间的偏移距离围绕所述线圈而变化。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，对于所述线圈的所有匝，所述偏移的变化使得所述线圈的第一弧中的平均偏移大于所述线圈的第二弧中的平均偏移。
17.一种用于在高温超导HTS励磁线圈上铺设HTS磁带的装置，所述装置包括：
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述控制器被配置为：重复分配HTS磁带、分离所分配的磁带、以及沿所述第二方向向后移动的步骤，使得每条HTS磁带被分配有在所述第一方向上从前一HTS磁带的起始位置偏移的起始位置。
19.根据权利要求17或18所述的装置，并且包括接合剂分配器，所述接合剂分配器被配置为：当分配所述HTS磁带时，将接合剂施加到所述HTS励磁线圈上。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述接合剂是以下项之一：
21.根据权利要求19或20所述的装置，其中，所述接合剂分配器被配置为：在分配所述HTS磁带之前将一片接合剂施加到所述励磁线圈，以便将所述HTS磁带的起始位置接合到所述励磁线圈。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的装置，并且包括接合剂激活器，所述接合剂激活器被配置为：在分配所述HTS磁带之后，激活所述接合剂并且使所述接合剂将所述HTS磁带接合到所述励磁线圈。
23.根据权利要求17至22中任一项所述的装置，并且包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为监测所分配的HTS磁带。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述传感器包括以下项中的任一项或多项：
25.根据权利要求23或24所述的装置，其中，所述控制器被配置为：根据所述传感器的输出来确定所述HTS磁带是否已经被正确地施加到所述励磁线圈。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的装置，其中，所述馈送机构包括以下项中的一项或多项：
27.一种高温超导HTS励磁线圈，包括：
28.一种制造高温超导HTS励磁线圈的方法，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种高温超导hts励磁线圈，包括：
2.根据权利要求1所述的hts励磁线圈，其中，每条hts磁带通过以下项之一接合到相邻hts磁带：
3.根据前述权利要求中任一项所述的hts励磁线圈，其中，每条hts磁带和相邻hts磁带之间的偏移围绕所述线圈而变化。
4.根据权利要求3所述的hts励磁线圈，其中，对于所述线圈的所有匝，所述偏移的变化使得所述线圈的第一弧中的平均偏移大于所述线圈的第二弧中的平均偏移。
5.根据前述权利要求中任一项所述的hts励磁线圈，其中，所述基板包括以下项中的任一项或多项：
6.根据前述权利要求中任一项所述的hts励磁线圈，其中，所述基板包括其内具有沟道的导电材料，并且其中，所述hts磁带在所述沟道内，使得所述沟道的侧面将所述hts磁带彼此电连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的hts励磁线圈，其中，每条hts磁带与位于所述hts磁带的径向外侧的相邻hts磁带重叠至少90％的所述相邻hts磁带的长度，更优选地重叠至少95％的所述相邻hts磁带的长度。
8.一种缠绕高温超导hts励磁线圈的方法，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，并且包括：在铺设每条hts磁带期间或之前，在每条hts磁带和前一hts磁带之间施加接合剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接合剂是焊料。
11.根据权利要求10所述的方法，并且包括：在铺设下一hts磁带之前，将每条hts磁带加热至足以熔化所述焊料的温度。
12.根据权利要求10所述的方法，并且包括：在铺设所述多条hts磁带之后，将所述hts励磁线圈加热至足以熔化所有hts磁带之间的焊料的温度。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，所述线圈架包括所述基板的初始部分，并且其中，所述第一hts磁带铺设在所述基板的所述初始部分上。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，并且包括：在铺设所述hts磁带之后监测每条hts磁带，并且确定所述hts磁带是否已经正确地铺设在所述hts励磁线圈上。
【专利技术属性】
技术研发人员：杰伦·范努格特伦，马修·布里斯托，
申请(专利权)人：托卡马克能量有限公司，
类型：发明
国别省市：
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