一种高温超导磁体二元电流引线的制作方法

1.本发明涉及超导磁体中的电流引线技术领域，更具体的说是涉及一种高温超导磁体二元电流引线。


背景技术：

2.二元电流引线通常由非超导的铜引线和高温超导带两部分组成，因其励磁时产生的热扰动小而被广泛用于超导磁体励磁线路。但高温超导带使用稳定性仍需提高，特别是用在大电流励磁时，容易损坏且在安装过程中需辅助一定的保护措施。同时目前的二元电流引线多用于低温超导磁体，末端可用低温超导线连接电流引线和超导磁体主线圈，对于使用温度高于低温超导临界温度的高温超导磁体，特别是在大电流的情况下，低温超导线发热严重。目前仍没有适合大电流的高温超导磁体二元电流引线。
3.中国专利cn103839649a公开了一种传导冷却方式下的二元电流引线结构，该装置采用分段变截面的树脂来固定高温超导带，减小引线漏热，但对高温超导带的保护不足，且空间有限，不适合大电流的磁体。
4.中国专利cn113782294a公开了一种二元电流引线，该装置通过不锈钢带固定高温超导带，高温超导带与磁体间采用铜制柔性连接组件。但对于大电流的情况，为减小焦耳热，铜制柔性连接组件势必会占据不小空间，且安装不方便，热容过大，对磁体冷却也不友好。
5.中国专利cn103177843a公开了一种磁共振成像超导磁体的高温超导电流引线，该电流引线具有可分离的超导段。但仍存在工作温度不同，不适用高温超导磁体的问题。
6.因此，提出一种高温超导磁体二元电流引线，来解决现有技术的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供了一种高温超导磁体二元电流引线，具有安装灵活、方便、快速，运行可靠性和稳定性高，适应性好且励磁热扰动小的特点。
8.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种高温超导磁体二元电流引线，包括非超导段引线、一级温区连接块、一级温区冷却板、高温超导带基板、定位保护片，第一基板连接块、第二基板连接块、低温超导线、第一低温超导铜鼻子、第二低温超导铜鼻子、二级温区连接块、高温超导带、高温超导铜鼻子、基板配合凹槽、高温超导带定位凹槽；
10.非超导段引线与一级温区连接块通过焊接的方式连接，一级温区冷却板通过螺栓连接在一级温区连接块上，且与非超导段引线在一级温区连接块同侧；第一基板连接块以螺栓连接的方式从一级温区冷却板上引出；
11.高温超导带基板两个一对，通过基板配合凹槽与第一基板连接块和第二基板连接块固定；定位保护片安装在布置有高温超导带的高温超导带基板、第一基板连接块和第二
基板连接块外侧；
12.低温超导线一端焊接第一低温超导铜鼻子，另一端焊接第二低温超导铜鼻子，其中第二低温超导铜鼻子与第二基板连接块螺栓连接，第一低温超导铜鼻子与被励磁磁体连接；
13.高温超导带一端焊接在二级温区连接块上，二级温区连接块与第二基板连接块螺栓连接，另一端焊接在高温超导铜鼻子上，高温超导带通过高温超导铜鼻子接入被励磁磁体。
14.可选的，一级温区冷却板与一级温区冷屏螺栓连接并设置电绝缘层。
15.可选的，高温超导带基板和第一基板连接块、第二基板连接块的外表面在同一平面上，并均设有高温超导带定位凹槽。
16.可选的，定位保护片上开有与高温超导带基板、第一基板连接块和第二基板连接块对应的定位螺栓孔，且与二者贴合。
17.可选的，高温超导带的数量根据励磁电流和当前温区的高温超导临界电流确定，低温超导线的线径和数量由铜超比及临界电流确定。
18.可选的，除高温超导带基板、定位保护片、低温超导线和高温超导带外，其余材料均采用电导率高的高纯无氧铜。
19.可选的，非超导段引线、一级温区连接块和一级温区冷却板组成第一段电流引线；第一基板连接块、高温超导带基板、定位保护片、第二基板连接块和被安装其中的高温超导带组成第二段电流引线；低温超导线、第一低温超导铜鼻子、第二低温超导铜鼻子、二级温区连接块、高温超导带和高温超导铜鼻子组成第三段电流引线；三段电流引线依次连接。
20.可选的，在超导磁体工作温度高于低温超导线临界温度时，一部分或者全部电流从第三段电流引线的高温超导带进入磁体，此时低温超导线作为安全备份，承担剩余电流；而在超导磁体工作温度低于低温超导线临界温度时，电流大部分流经低温超导线，高温超导带作为安全备份。
21.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高温超导磁体二元电流引线，具有以下有益效果：
22.很好的填补了大电流高温超导磁体二元电流引线的空白，针对大电流和高温超导的特点进行了设计，提高了安装灵活和稳定性，降低了励磁过程中的热扰动。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明一种高温超导磁体二元电流引线的整体结构图；
25.图2为本发明图1的a区放大图；
26.图3为本发明图1的b区放大图；
27.图4为本发明一种高温超导磁体二元电流引线的基板连接块结构示意图；
28.图5为本发明一种高温超导磁体二元电流引线的高温超导带基板结构示意图；
29.其中：1-非超导段引线，2-一级温区连接块，3-一级温区冷却板，4-高温超导带基板，5-定位保护片，6-第一基板连接块，7-低温超导线，8-第一低温超导铜鼻子，9-二级温区连接块，10-高温超导带，11-第二低温超导铜鼻子，12-高温超导铜鼻子，13-第二基板连接块，14-基板配合凹槽，15-高温超导带定位凹槽。
具体实施方式
30.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
31.参照图1所示，本发明公开了一种高温超导磁体二元电流引线，包括非超导段引线1、一级温区连接块2、一级温区冷却板3、高温超导带基板4、定位保护片5，第一基板连接块6、第二基板连接块13、低温超导线7、第一低温超导铜鼻子8、第二低温超导铜鼻子11、二级温区连接块9、高温超导带10、高温超导铜鼻子12；
32.非超导段引线1与一级温区连接块2通过焊接的方式连接，一级温区冷却板3通过螺栓连接在一级温区连接块2上，且与非超导段引线1在一级温区连接块2同侧；第一基板连接块6以螺栓连接的方式从一级温区冷却板3上引出；
33.高温超导带基板4两个一对，通过基板配合凹槽14与第一基板连接块6和第二基板连接块13固定；定位保护片5安装在布置有高温超导带的高温超导带基板4、第一基板连接块6和第二基板连接块13外侧；
34.低温超导线7一端焊接第一低温超导铜鼻子8，另一端焊接第二低温超导铜鼻子11，其中第二低温超导铜鼻子11与第二基板连接块13螺栓连接，第一低温超导铜鼻子8与被励磁磁体连接；
35.高温超导带10一端焊接在二级温区连接块9上，二级温区连接块9与第二基板连接(13螺栓连接，另一端焊接在高温超导铜鼻子12上，高温超导带10通过高温超导铜鼻子12接入被励磁磁体。
36.具体的，非超导段引线1、一级温区连接块2、一级温区冷却板3、第一基板连接块6、第二基板连接块13、低温超导铜鼻子8、二级温区连接块9和高温超导铜鼻子11均采用rrr大于50的高纯无氧铜，高温超导带基板4和定位保护片5均采用g10材料。高温超导带基板4厚度为2mm，其上开深度为0.2mm的定位槽，定位保护片5厚度为1mm。
37.进一步的，一级温区冷却板3与一级温区冷屏螺栓连接并设置电绝缘层；
38.具体的，非超导段引线1通过一级温区连接块2上的安装孔安装并进行锡焊以减少接触热阻和电阻；一级温区连接块2和一级温区冷却板3间放置0.5mm厚铟片起导电和导热的作用；一级温区冷却板3与一级冷屏间布置氮化铝薄片来电绝缘并导热。第一基板连接块6与一级温区冷却板3间同样放置铟片。
39.第二基板连接块13和第二段电流引线的高温超导带之间采用锡焊，高温超导带的长度匹配两个基板连接块和高温超导带基板4上的定位凹槽长度；定位保护片5长度比第二段电流引线的高温超导带略长，但不与第一基板连接块6上部的螺栓干涉；高温超导带10和二级温区连接块9以及高温超导铜鼻子12之间的连接均采用锡焊，保证低的接触热阻和电
阻，低温超导线7和两端第一低温超导铜鼻子8和第二低温超导铜鼻子11也采用锡焊。
40.一级温区冷却板3安装在一级温区冷屏上，通过一级温区冷屏确保第二、三段电流引线温度低于高温超导临界温度。
41.更进一步的，高温超导带基板4和第一基板连接块6、第二基板连接块13的外表面在同一平面上，并皆开有高温超导带定位凹槽15。
42.进一步的，定位保护片5上开有与高温超导带基板4、第一基板连接块6和第二基板连接块13对应的定位螺栓孔，且与二者贴合，保护焊在外侧的高温超导带。
43.具体的，非超导段引线1在一端与磁体/杜瓦外侧固定后，一级温区连接块2开孔插入引线，焊接完成后，再与固定在冷屏上的一级温区冷却板3螺栓连接，连接前先垫好铟片，第一基板连接块6采用同样的方法固定在一级温区冷却板3上。在此之前，两对基板连接块和高温超导带基板4已经安装完成，并焊好高温超导带，且装入定位保护片5。两端焊好二级温区连接块9以及高温超导铜鼻子12的高温超导带10以同样以铟片加螺栓的方式固定在第二段电流引线的第二基板连接块13上。两端焊好低温超导铜鼻子8的低温超导线7采用与高温超导带10一致的连接方式。高温超导铜鼻子12、第一低温超导铜鼻子8最好也通过螺栓加铟片的连接方式安装在高温超导磁体上，至此，一种高温超导磁体二元电流引线安装完成。
44.更进一步的，高温超导带10的数量根据励磁电流和当前温区的高温超导临界电流确定，低温超导线7的线径和数量由铜超比及临界电流确定。
45.进一步的，除高温超导带基板4、定位保护片5、低温超导线7和高温超导带10外，其余材料均采用电导率高的高纯无氧铜。
46.更进一步的，非超导段引线1、一级温区连接块2和一级温区冷却板3组成第一段电流引线；第一基板连接块6、第二基板连接块13、高温超导带基板4、定位保护片5和被安装其中的高温超导带组成第二段电流引线如图2所示；低温超导线7、第一低温超导铜鼻子8、第二低温超导铜鼻子11、二级温区连接块9、高温超导带10和高温超导铜鼻子12组成第三段电流引线如图3所示；三段电流引线依次连接。
47.进一步的，在超导磁体工作温度高于低温超导线临界温度时，一部分或者全部电流从第三段电流引线的高温超导带10进入磁体，保证第三段电流引线小的焦耳热，此时低温超导线7作为安全备份，承担剩余电流，并保证高温超导线失去作用时励磁仍能正常进行；而在超导磁体工作温度低温超导线临界温度时，电流大部分流经低温超导线7，高温超导带10作为安全备份。
48.如图4所示，为一种高温超导磁体二元电流引线的基板连接块；如图5所示，为一种高温超导磁体二元电流引线的高温超导带基板。
49.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
50.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，包括非超导段引线(1)、一级温区连接块(2)、一级温区冷却板(3)、高温超导带基板(4)、定位保护片(5)，第一基板连接块(6)、低温超导线(7)、第一低温超导铜鼻子(8)、第二低温超导铜鼻子(11)、二级温区连接块(9)、高温超导带(10)、高温超导铜鼻子(12)、第二基板连接块(13)、基板配合凹槽(14)、高温超导带定位凹槽(15)；非超导段引线(1)与一级温区连接块(2)通过焊接的方式连接，一级温区冷却板(3)通过螺栓连接在一级温区连接块(2)上，且与非超导段引线(1)在一级温区连接块(2)同侧；第一基板连接块(6)以螺栓连接的方式从一级温区冷却板(3)上引出；高温超导带基板(4)两个一对，通过基板配合凹槽(14)与第一基板连接块(6)和第二基板连接块(13)固定；定位保护片(5)安装在布置有高温超导带的高温超导带基板(4)、第一基板连接块(6)和第二基板连接块(13)外侧；低温超导线(7)一端焊接第一低温超导铜鼻子(8)，另一端焊接第二低温超导铜鼻子(11)，其中第二低温超导铜鼻子(11)与第二基板连接块(13)螺栓连接，第一低温超导铜鼻子(8)与被励磁磁体连接；高温超导带(10)一端焊接在二级温区连接块(9)上，另一端焊接在高温超导铜鼻子(12)上，二级温区连接块(9)与第二基板连接块(13)螺栓连接，高温超导带(10)通过高温超导铜鼻子(12)接入被励磁磁体。2.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，一级温区冷却板(3)与一级温区冷屏螺栓连接并设置电绝缘层。3.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，高温超导带基板(4)和第一基板连接块(6)、第二基板连接块(13)的外表面在同一平面上，均设有高温超导带定位凹槽(15)。4.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，定位保护片(5)上设有与高温超导带基板(4)、第一基板连接块(6)和第二基板连接块(13)对应的定位螺栓孔。5.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，高温超导带(10)的数量根据励磁电流和当前温区的高温超导临界电流确定，低温超导线(7)的线径和数量由铜超比及临界电流确定。6.根据权利要求1所述的一种高温超导磁体二元电流引线，其特征在于，非超导段引线(1)、一级温区连接块(2)和一级温区冷却板(3)组成第一段电流引线；第一基板连接块(6)、高温超导带基板(4)、定位保护片(5)、第二基板连接块(13)和被安装其中的高温超导带组成第二段电流引线；低温超导线(7)、第一低温超导铜鼻子(8)、第二低温超导铜鼻子(11)、二级温区连接块(9)、高温超导带(10)和高温超导铜鼻子(11)组成第三段电流引线；第一段电流引线、第二段电流引线、第三段电流引线依次连接。

技术总结
本发明公开了一种高温超导磁体二元电流引线，应用于超导磁体中的电流引线技术领域。本发明包括：非超导段引线、一级温区连接块、一级温区冷却板、高温超导带基板、定位保护片，第一基板连接块、第二基板连接块、低温超导线、第一低温超导铜鼻子、第二低温超导铜鼻子、二级温区连接块、高温超导带、高温超导铜鼻子、基板配合凹槽、高温超导带定位凹槽；该高温超导磁体二元电流引线针对高温超导磁体温区及所需的大电流工况设置三段电流引线。本发明安装灵活、方便、快速；运行可靠，稳定性高；可适应复杂的磁体结构；可保证在大电流励磁时对超导磁体相对小的热流冲击。相对小的热流冲击。相对小的热流冲击。


技术研发人员：夏涛 刘庭崧 盛杰
受保护的技术使用者：上海翌曦科技发展有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/16