CN109841372B

CN109841372B - 一种高温超导堆叠带材励磁装置

Info

Publication number: CN109841372B
Application number: CN201910168166.7A
Authority: CN
Inventors: 黄振; 郝鲁宁; 董方亮
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2039-03-06
Also published as: CN109841372A

Abstract

本发明公开了一种高温超导堆叠带材励磁装置，属于超导体制作装置领域，装置包括励磁磁体底座、基座、滑块、励磁磁体滑片和样品滑片五个模块，其中，所述励磁磁体底座与所述基座通过焊接连接；所述滑块用于承载所述样品滑片，并可在所述基座上滑动；所述滑块与所述基座可通过螺丝固定；所述励磁磁体滑片用于承载励磁磁体，并固定在所述励磁磁体底座上；所述样品滑片用于固定被励磁的堆叠带材。本发明可工作在液氮环境，工作温度低于常用超导材料的临界温度，并可兼容堆叠带材的所有励磁方式，包括场冷、零场冷以及脉冲励磁，装置的励磁磁体兼容永磁体和电磁体，并适用于不同尺寸的堆叠带材，装置设计合理完善，应用范围广泛。

Description

一种高温超导堆叠带材励磁装置

技术领域

本发明涉及超导体制作装置领域，尤其涉及一种高温超导堆叠带材励磁装置。

背景技术

目前，超导材料由于其良好的电磁性能，广泛应用于发电机、电动机、磁悬浮等设备中。第二代高温超导ReBCO(一种超导材料，化学式为(Re)Ba2Cu3O7)材料形式可大致分为三种：块材，带材，以及薄膜。其中，将若干片相同的形状和大小的超导带材堆叠并固定在一起，形成与块材相类似的类块材，其在温度降低时，捕获磁场不会饱和，而会一直增大；另外，堆叠带材中的铜、银、哈氏合金等金属层，也极大地增强了堆叠带材的机械强度。

将超导带材堆叠成为类块材后，还需进行励磁，堆叠带材才能捕获磁场成为超导磁体。堆叠带材的励磁方式和块材相同，主要分为场冷、零场冷和脉冲励磁。场冷需要将堆叠带材在恒定磁场环境下冷却至工作温度，而后将产生磁场的永磁体移走或者撤销外加磁场；零场冷是将堆叠带材冷却至工作温度后再施加外磁场，维持一段时间后撤销外磁场。脉冲励磁是指在超导体冷却至工作温度后，对堆叠带材施加脉冲磁场进行励磁，脉冲的峰值和脉宽需要根据实际需要进行调节。在实际应用中，由于场冷和零场冷励磁所需要的稳定强磁场的产生非常困难，因此脉冲励磁是所有励磁方式中最为方便和实用的。

由于存在多种励磁方式，且励磁磁体可能是永磁体，也可能是电磁体，传统的励磁装置无法兼容多种励磁方式，在励磁磁体的切换上也存在困难，另外，堆叠带材的尺寸不尽相同，也给励磁装置的设计带来挑战。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种堆叠带材励磁装置，能够同时满足多种励磁方式的应用需求，并可以方便地切换励磁磁体，同时还能兼容不同尺寸的堆叠带材。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构合理，操作简单，无须复杂拆装，气隙长度可调节且定位准确，兼容永磁体和电磁体，兼容不同尺寸堆叠带材的励磁装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种高温超导堆叠带材励磁装置，包括励磁磁体底座、基座、滑块、励磁磁体滑片和样品滑片五个模块，其中，所述励磁磁体底座与所述基座通过焊接连接；所述滑块用于承载所述样品滑片，并可在所述基座上滑动；所述滑块与所述基座之间可通过螺丝固定；所述励磁磁体滑片用于承载励磁磁体，并固定在所述励磁磁体底座上；所述样品滑片用于固定被励磁的堆叠带材。

进一步地，所述基座呈L型，分为长边和短边。

进一步地，所述基座的长边沿垂直方向，上有定位横槽；所述短边沿水平方向，上有定位滑槽。

进一步地，所述定位横槽的数量大于1，所述的定位滑槽的数量大于1。

进一步地，所述基座的长边顶端表面有刻度尺，刻度尺标度与所述滑块的移动位置相对应。

进一步地，所述励磁磁体底座呈“凹”型，两侧各有一个卡槽，所述卡槽尺寸与所述励磁磁体滑片尺寸相对应。

进一步地，所述滑块在垂直方向上分为上半区和下半区，上下半区由一隔板隔离。

进一步地，所述滑块的下半区两侧各有一个卡槽，卡槽尺寸与所述样品滑片相对应；所述滑块的底部有多个半球形定位楔，定位楔的尺寸与所述基座短边上的定位滑槽相对应；所述滑块的上半区两侧各有多个螺丝定位孔，螺丝定位孔的位置与所述基座长边的定位横槽相对应。

进一步地，其特征在于，所述样品滑片上有密集的横孔，所述横孔大小不同，用于固定不同尺寸的堆叠带材。

进一步地，其特征在于，所述励磁磁体滑片与励磁磁体之间通过低温胶固定，可承载永磁体或者电磁体。

本发明的优点是：

(1)可以工作在液氮环境，温度低于ReBCO超导材料的临界温度；

(2)可以兼容堆叠带材的所有励磁方式，包括场冷、零场冷以及脉冲励磁；

(3)励磁过程中可以调节气隙长度，并且滑块不会发生侧向位移；

(4)励磁磁体选择灵活，可以选择永磁体和电磁体；

(5)可适用于尺寸小于样品滑片的任何尺寸的堆叠带材；

(6)滑块可以机械固定，适用于励磁磁体和样品之间存在较大电磁力的情形。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的整体示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例从另一个角度的整体示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的励磁磁体底座和滑块的俯视图；

图4是本发明的一个较佳实施例的滑块的前视图；

图5是本发明的一个较佳实施例的不同励磁磁体滑片的示意图。

其中，1-励磁磁体底座；2-基座；3-滑块；4-励磁磁体滑片；5-样品滑片；6-堆叠带材；7-刻度尺；81-电磁体；82-永磁体；9-定位滑槽；10-定位横槽；11-卡槽；12-卡槽；13-滑块上半区；14-滑块下半区；15-定位楔。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1和图2所示，为一种高温超导堆叠带材励磁装置。在该实施例中，装置包括励磁磁体底座1、基座2、滑块3、励磁磁体滑片4和样品滑片5五个模块，其中，励磁磁体底座1与基座2通过焊接连接；滑块3用于承载样品滑片5，并可在基座2上滑动；滑块3与基座2可通过螺丝固定；励磁磁体滑片4用于承载励磁磁体81，并固定在所述励磁磁体底座1上；样品滑片5用于固定被励磁的堆叠带材6。

基座2呈L型，分为长边和短边。长边沿垂直方向，上有定位横槽10；短边沿水平方向，上有定位滑槽9。在本实施例中，定位横槽的数量为2，定位滑槽的数量为2。基座2的长边顶端表面有刻度尺7，刻度尺7标度与所述滑块3的移动位置相对应。

励磁磁体底座1呈“凹”型，两侧各有一个卡槽11，卡槽尺寸与所述励磁磁体滑片4尺寸相对应。

如图3所示，为励磁磁体底座1和滑块3的俯视图。在励磁磁体底座1两侧，分别有一个卡槽11，用于固定励磁磁体滑片4；在滑块3的两侧，也有两个卡槽12，用于固定样品滑片5。

如图4所示，为滑块3的前视图，滑块3在垂直方向上分为上半区13和下半区14，上下半区由一隔板隔离。滑块3底部有两个半球形定位楔15，用于将滑块3安装到励磁磁体底座1的定位滑槽9上。因此，励磁过程中可以调节气隙长度，并且滑块3不会发生侧向位移。

如图5所示，励磁磁体滑片4与励磁磁体81或82之间通过低温胶固定，可承载电磁体81或者永磁体82。

以下结合附图说明本发明的一个较佳实施例在场冷、零场冷以及脉冲励磁三种不同工作模式下的工作流程：

(1)场冷

对堆叠带材进行场冷励磁时，使用图5中所示的永磁体滑片。将滑块3滑至堆叠带材6靠近永磁体的位置，并在滑块3的螺丝孔与基座2的定位横槽10之间通过螺丝螺母进行紧定，然后将整套装置浸入液氮之中，液氮液面没过堆叠带材样品即可。待液氮沸腾稳定之后，将紧定的螺丝螺母拆下，握住滑块上半区13的顶端横把手，沿着基座定位滑槽9滑动滑块3，使滑块3远离永磁体82，待气隙长度达到15cm以上时，永磁体82的磁场在堆叠带材6处已基本衰减至零，场冷励磁完成。此时堆叠带材6的捕获磁场包括两部分，一部分是超导带材中本征缺陷禁锢住的磁场，一部分是远离永磁体82过程中产生的涡流产生的磁场。

(2)零场冷

零场冷励磁过程与场冷大致相同，不同点在于将装置浸入液氮中时，滑块3被固定在远离永磁体82的位置。待液氮沸腾稳定后，将滑块3逐渐靠近永磁体82，保持一段时间后再将滑块3逐渐远离永磁体82。零场冷励磁后的堆叠带材6中，产生的磁场的主要成分为感生涡流产生的磁场。

(3)脉冲励磁

脉冲励磁使用图5中所示的电磁体81。在励磁过程中，气隙长度不需要发生变化。将滑块靠近电磁体81放置并固定，将电磁体81与脉冲充磁机相连。将装置浸入液氮，待液氮沸腾稳定之后，通过脉冲机给电磁体81充入脉冲电流，电磁体81产生脉冲磁场，对堆叠带材6进行脉冲励磁。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种高温超导堆叠带材励磁装置，其特征在于，包括励磁磁体底座、基座、滑块、励磁磁体滑片和样品滑片五个模块，其中，所述励磁磁体底座与所述基座通过焊接连接；所述滑块用于承载所述样品滑片，并在所述基座上滑动；所述滑块与所述基座之间通过螺丝固定；所述励磁磁体滑片用于承载励磁磁体，并固定在所述励磁磁体底座上；所述样品滑片用于固定被励磁的堆叠带材；所述基座垂直于所述励磁磁体底座；

所述基座呈L型，分为长边和短边；

所述基座的长边沿垂直方向，上有定位横槽；所述短边沿水平方向，上有定位滑槽；

所述定位横槽的数量大于1，所述的定位滑槽的数量大于1；

所述基座的长边顶端表面有刻度尺，刻度尺标度与所述滑块的移动位置相对应；

所述励磁磁体底座呈“凹”型，两侧各有一个卡槽，所述卡槽尺寸与所述励磁磁体滑片尺寸相对应；

所述滑块在垂直方向上分为上半区和下半区，上半区、下半区由一隔板隔离；

所述滑块的下半区两侧各有一个卡槽，卡槽尺寸与所述样品滑片相对应；所述滑块的底部有多个半球形定位楔，定位楔的尺寸与所述基座短边上的定位滑槽相对应；所述滑块的上半区两侧各有多个螺丝定位孔，螺丝定位孔的位置与所述基座长边的定位横槽相对应；

所述样品滑片上有密集的横孔，所述横孔大小不同，用于固定不同尺寸的堆叠带材；

所述励磁磁体滑片与励磁磁体之间通过低温胶固定，承载永磁体或者电磁体。