Magnet coil framework for supporting closed-loop connection of stacked superconducting coils and use method of magnet coil framework

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种支撑堆叠超导线圈闭环连接的磁体线圈骨架，包括上盖板1、下盖板2、线圈骨架3以及圆柱，圆柱分布于下盖板2上，线圈骨架3连接于上盖板1和下盖板2中间，且线圈骨架3的接头连接于圆柱上。上盖板1上均匀分布有四个圆孔，圆孔与圆柱一一对应连接。

工作原理：将线圈骨架3端部引出线连接做成接头，形成闭合线圈，将闭合线圈的接头绕于圆柱上，在线圈骨架3的端部引出线纵向改变位置时，圆柱为线圈骨架3的端部引出线提供螺旋转向支撑、并使其位置进行改变。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上完成的，通过第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6的结构，使其表面形成螺纹轨迹，使对应接头缠绕时不易损伤，具体的：

圆柱包括光滑圆柱4、第一支撑圆柱5以及第二支撑圆柱6，第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6分别与光滑圆柱4位于下盖板2上两侧直线边上。光滑圆柱4对称分布于下盖板2一端，第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6对称分布于下盖板2另一端。如图3a所示，光滑圆柱4为平柱，如图3b、3c所示，第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6为凹柱。光滑圆柱4在线圈骨架3的端部引出线纵向改变位置时提供螺旋转向支撑，第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6上设有螺纹轨迹，通过螺纹轨迹使闭合线圈的接头在纵向上改变位置。

如图3b所述，第一支撑圆柱5包括第一圆柱体51、第一凸起52、第二凸起53以及第三凸起54，第三凸起54分布于第一圆柱体51的一端，第一凸起52分布于第一圆柱体51的另一端，多个第二凸起53间隔分布于第一圆柱体51的中间。第一凸起52、第二凸起53以及第三凸起54之间形成第一支撑圆柱5上的螺纹轨迹。

如图3c所述，第二支撑圆柱6包括第二圆柱体61、第四凸起62以及第五凸起63，第四凸起62分布于第二圆柱体61的一端，多个第五凸起63间隔分布于第二圆柱体61的中间。第四凸起62、第五凸起63以及第二圆柱体61另一端之间形成第二支撑圆柱6上的螺纹轨迹。

优选的，多个第三凸起54间隔分布于第一圆柱体51的一端，多个第一凸起52间隔分布于第一圆柱体51的另一端，实现第一支撑圆柱5的减重。多个第四凸起62间隔分布于第二圆柱体61的一端，实现第二支撑圆柱6的减重。

由于线圈32采用超导带材，而超导材料的高宽厚比，超导带材在宽度方向上弯折时，容易导致带材损伤。故而，在本实施例中，第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6上的螺纹轨迹的宽度≥对应接头的宽度，使超导带材绕于螺纹轨迹上时不易损伤。

工作原理：将线圈骨架3中顶端引出线先绕于光滑圆柱4上降低纵向差后，和末端引出线对接，形成首尾接头；将线圈骨架3中其余相邻的中间引出线先绕于光滑圆柱4上降低纵向差后，再进行两两对接，形成中间接头；如图9b所示，将首尾接头绕于第二支撑圆柱6的螺旋轨迹上，如图9a所示，将中间接头绕于第一支撑圆柱5的螺旋轨迹上，形成线圈闭环连接。

实施例3

本实施例3是在实施例2的基础上完成的，线圈32通过引出线的两两相对接，形成闭环连接，具体的：

如图5-6所示，线圈骨架3包括架体31和线圈32，架体31堆叠连接，线圈32分别绕于架体31上。架体31包括上饼架体311、分道片312以及下饼架体313，上饼架体311和下饼架体313之间设有分道片312，分道片312为上饼架体311和下饼架体313提供隔离面。线圈32包括上饼线圈321和下饼线圈322，上饼线圈321缠绕于上饼架体311上，下饼线圈322缠绕于下饼架体313上。如图6所示，上饼线圈321和下饼线圈322的最内匝引出线通过分道片312的间隙连接过度，如图5所示，上饼线圈321和下饼线圈322的最外匝的引出线在线圈的最外侧，便于连接。

工作原理：将上饼线圈321和下饼线圈322的最内匝引出线连接，再将顶部的架体31中上饼线圈321的引出线绕于光滑圆柱4上减少纵度差后、与底部的架体31中下饼线圈322的引出线相连接，形成首尾接头。再然后，将顶部的架体31中下饼线圈322的引出线绕于光滑圆柱4上减少纵度差后、与其相邻的下侧架体31中上饼线圈321的引出线连接，形成中间接头，并依次类推，直至与底部的架体31中上饼线圈321的引出线连接，从而使线圈骨架3形成闭环连接。最后，如图9a-9b所示，将首尾接头顺着第二支撑圆柱6的螺纹轨迹绕接于第二支撑圆柱6周围，将中间接头顺着第一支撑圆柱5的螺纹轨迹绕接于第一支撑圆柱5周围。

实施例4

本实施例4是在实施例3的基础上完成的，采用两个架体31进行堆叠，使其形成闭环连接，具体的：

如图7a-7b所示，上架体31的上饼线圈321引出线先绕于光滑圆柱4上，使引出线通过旋转缠绕的方式在纵向上改变位置后，使其与下架体31的下饼线圈322引出线保持在同一水平线上，然后再将两根引出线进行对接，形成首尾接头，并将首尾接头根据自身纵向上的高度绕于第二支撑圆柱6的底部。

上架体31的下饼线圈322引出线先绕于光滑圆柱4上，使引出线通过旋转缠绕的方式在纵向上改变位置后，使其与下架体31的上饼线圈321引出线保持在同一水平线上，然后再将两根引出线进行对接，形成中间接头，并将中间接头根据自身纵向上的高度绕于第一支撑圆柱5上。

实施例5

本实施例5是在实施例3的基础上完成的，采用多个架体31进行堆叠，使其形成闭环连接，具体的：

如图8a-8b所示，采用四个光滑圆柱4，并将其两两堆叠，分别置于下盖板2的两侧边上，且使堆叠的两个光滑圆柱4高度高于上架体31的上饼线圈321引出线的高度。采用两个第一支撑圆柱5进行堆叠，使第一支撑圆柱5最顶部的螺纹轨迹的高度高于中间架体31的上饼线圈321引出线的高度。

上架体31的上饼线圈321引出线先绕于光滑圆柱4上，使引出线通过旋转缠绕的方式在纵向上改变位置后，使其与下架体31的下饼线圈322引出线保持在同一水平线上，然后再将两根引出线进行对接，形成首尾接头，并将首尾接头根据自身纵向上的高度绕于第二支撑圆柱6的底部螺纹轨迹上。

上架体31的下饼线圈322引出线先绕于光滑圆柱4上，使引出线通过旋转缠绕的方式在纵向上改变位置后，使其与中间架体31的上饼线圈321引出线保持在同一水平线上，然后再将两根引出线进行对接，形成中间接头，并将中间接头根据自身纵向上的高度绕于相对应的第一支撑圆柱5螺纹轨迹上。

中间架体31的下饼线圈322引出线先绕于光滑圆柱4上，使引出线通过旋转缠绕的方式在纵向上改变位置后，使其与下架体31的上饼线圈321引出线保持在同一水平线上，然后再将两根引出线进行对接，形成中间接头，并将中间接头根据自身纵向上的高度绕于相对应的第一支撑圆柱5螺纹轨迹上。

更为具体的，随着架体31数量的增加，使其堆叠线圈32增多，随着线圈32增多，用于中间接头环绕的第一支撑圆柱5和为引出带材提供转向的光滑圆柱4的高度也相应增加，光滑圆柱4可为多根引出线提供转向，第一支撑圆柱5上可以绕多根中间接头。

如图8a-8b所示，3个堆叠线圈的闭环连接，为了方便展示，图中适当的隐藏了图1较佳实施例架体的部分元件，比如上盖板1，并且增大了堆叠线圈32之间的高度。另外接头在第一支撑圆柱5和第二支撑圆柱6上的缠绕方式在图9a-图9b中示出。更多的堆叠线圈32的连接方式可参考图8a-8b，增加相应圆柱的高度即可。

实施例6

本发明还提供了一种实施例1-5中任一项支撑堆叠超导线圈闭环连接的磁体线圈骨架的使用方法，包括以下步骤：

S1、将上饼线圈321缠绕于上饼架体311上，下饼线圈322缠绕于下饼架体313上，并将上饼线圈321和下饼线圈322的最内匝引出线通过分道片312对接，将多个架体31堆叠，组装成开环超导线圈的线圈骨架3；

S2、并将顶部架体31中上饼线圈321的引出线绕于光滑圆柱4上减少纵度差后、与底部第二架体31中下饼线圈322的引出线相连接，形成首尾接头；

S3、将相邻两个架体31中，上侧架体31中下饼线圈322的引出线绕于光滑圆柱4上减少纵度差后、与下侧架体31中上饼线圈321的引出线相连接，形成中间接头；

S4、将首尾接头顺着第二支撑圆柱6的螺纹轨迹绕在绕接于第二支撑圆柱6周围，将中间接头顺着第一支撑圆柱5的螺纹轨迹绕在绕接于第一支撑圆柱5周围；

S5、将上盖板1和下盖板2通过平头对锁螺丝分别连接于线圈骨架3的上下侧。

实施例7

本实施例7是在实施例1-3任一项的基础上完成的，采用多个架体31堆叠连接，绕接线圈后形成线圈骨架3，并将线圈骨架3进行闭合连接形成永磁体，具体的：

将多个线圈32分别绕接于相对应的架体31上，使其形成线圈骨架3。线圈32采用超导线圈，超导线圈堆叠可以产生强磁场。再将多个线圈32按照以上实施例的方法进行闭合连接，从而形成闭环磁体线圈。由于超导材料的零电阻特性，其磁场衰减很慢，一定时间段内可以将其当做具有强磁场的永磁体。

更为具体的，考虑到本实施例中需要多个架体31，为了节省磁体体积，闭合线圈需要安装在架体31内部侧边，并需要将其固定以免因为磁体的机械振动而移动。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。