具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置

本发明涉及超导磁体应用，尤其涉及具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置。

背景技术：

1、强磁场的产生和应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种部队以及高精度的科学仪器都具有重要的意义。超导磁体技术在商业化应用方面日趋成熟，在医用领域mri和强磁场领域获得了广泛应用。

2、常规高温超导磁体由超导带材绕制，可以是双饼结构或层绕螺管结构，由外部电源励磁。但是，由于高温超导带材无法实现无阻焊接，导致高温超导磁体无法实现闭环运行。此外，由于高温超导材料失超传播速度慢，磁体失超热量容易集中，导致局部温升过高，严重时会烧毁磁体。因此，高温超导磁体的失超检测及失超保护非常困难，需要一种具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置，其特征在于，所述高温超导永磁体装置包括若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元；其中，单连通双孔闭环超导片堆叠单元包括若干堆叠的单连通双孔闭环超导片和螺线管；所述单连通双孔闭环超导片上开有第一圆孔和第二圆孔，且第一圆孔和第二圆孔之间设有狭缝；单连通双孔闭环超导片通过第一圆孔套在螺线管上；若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元以第二圆孔为中心在周向均匀分布。

2、第一圆孔的半径大于第二圆孔的半径。

3、若干单连通双孔闭环超导片的堆叠方式为：每个超导片的第一圆孔重合，且每个超导片的第二圆孔也重合。

4、磁场不饱和时第二圆孔的磁通密度为：

5、b2＝k*b1*(r4/r3)

6、其中，b2为第二圆孔的磁通密度，k为单连通双孔闭环超导片堆叠单元的数量，b1为第一圆孔的磁通密度，r3为第一圆孔的半径，r4为第二圆孔的半径。

7、一种具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置的使用方法，其特征在于，将不同数量的单连通双孔闭环超导片堆叠单元以第二圆孔为中心在周向均匀分布，在第一圆孔中放置带铁芯线常规圈提供原始磁通，利用场冷励磁方法设计通入电流i0的方向，产生在第一圆孔外围持续流动的恒定电流i1，使所有单连通双孔闭环超导片堆叠单元的磁通密度方向相同，实现第二圆孔中不同数量的单连通双孔闭环超导片堆叠单元的磁通累加。

8、本发明的有益效果在于：

9、1、本发明由单连通双孔闭环超导片堆叠而成，无弯曲与绕制环节，也无需焊接等工艺，仅需提供超导态环境即可实现无阻闭环运行，制作工艺简单，无引线漏热，运行成本低，具有磁通自稳定、自我保护和自恢复功能，无需复杂的失超检测和保护措施。

10、2、本发明利用超导闭合回路的磁通守恒原理和场冷励磁的技术，在大孔中用常规铁芯线圈提供磁通密度，可以在小孔中产生更大的磁通密度，具有磁通密度放大功能。

11、3、该装置可以根据需要设计堆叠的单连通双孔闭环超导片的双孔的大小以及超导片堆叠单元的数量实现在装置的中心孔中磁通密度聚焦的目的；无需外接电源，仅需提供能使超导片维持在超导态，就可以在小尺寸的超导片上产生高磁场。

12、4、本发明由全超导回路构成，结构简单，可稳定输出所需的强磁场，广泛应用于稳态强磁场场合。

技术特征：

1.具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置，其特征在于，所述高温超导永磁体装置包括若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元；其中，单连通双孔闭环超导片堆叠单元包括若干堆叠的单连通双孔闭环超导片和螺线管；所述单连通双孔闭环超导片上开有第一圆孔和第二圆孔，且第一圆孔和第二圆孔之间设有狭缝；单连通双孔闭环超导片通过第一圆孔套在螺线管上；若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元以第二圆孔为中心在周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置，其特征在于，第一圆孔的半径大于第二圆孔的半径。

3.根据权利要求1所述具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置，其特征在于，若干单连通双孔闭环超导片的堆叠方式为：每个超导片的第一圆孔重合，且每个超导片的第二圆孔也重合。

4.根据权利要求1、2或3所述具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置，其特征在于，磁场不饱和时第二圆孔的磁通密度为：

5.一种权利要求1所述具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置的使用方法，其特征在于，将不同数量的单连通双孔闭环超导片堆叠单元以第二圆孔为中心在周向均匀分布，在第一圆孔中放置带铁芯线常规圈提供原始磁通，利用场冷励磁方法设计通入电流i0的方向，产生在第一圆孔外围持续流动的恒定电流i1，使所有单连通双孔闭环超导片堆叠单元的磁通密度方向相同，实现第二圆孔中不同数量的单连通双孔闭环超导片堆叠单元的磁通累加。

技术总结
本发明公开了属于超导磁体应用技术领域的具有磁通密度放大和磁通累加功能的高温超导永磁体装置。高温超导永磁体装置包括若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元；其中，单连通双孔闭环超导片堆叠单元包括若干堆叠的单连通双孔闭环超导片和螺线管；单连通双孔闭环超导片上开有第一圆孔和第二圆孔，且第一圆孔和第二圆孔之间设有狭缝；单连通双孔闭环超导片通过第一圆孔套在螺线管上；若干单连通双孔闭环超导片堆叠单元以第二圆孔为中心在周向均匀分布。本发明由全超导回路构成，结构简单，可稳定输出所需的强磁场，广泛应用于稳态强磁场场合。

技术研发人员：孟紫晴,王银顺,时雁晨,束安鹏,皮伟
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14