一种热控式高温超导开关及其制作方法

本发明涉及超导开关，尤其涉及一种用于高温超导磁体的热控式高温超导开关及其制作方法。

背景技术：

1、热控式超导开关“关断”的工作原理是通过加热超导带材使其失超，从而实现超导开关由导通到关断的转变。

2、现有公告号为cn102054623b的中国专利申请文献，其公开了一种热控式超导开关，包括开关骨架、超导线圈、加热器和绝热层。超导开关骨架由导热差的绝缘材料制成；超导线圈由高电阻率的超导线无感绕制而成。加热器包括齿状不锈钢薄片和聚酰亚胺薄膜，超导线圈和加热器间隔排列，每层超导线圈的内外表面均粘贴加热器。绝热层位于最外层加热器的外侧。

3、现有技术中超导开关绕制过程较为复杂，交替绕制开关线圈和加热线圈，交换绕制时需要副骨架用来暂存待绕的导线，操作繁琐，热控式超导开关结构相对复杂，需要较高的制作工艺，制作成本较高。且加热器直接粘贴在超导带材上，超导开关由导通到断开的转变过程中温度变化较大，直接对超导带材进行加热，容易造成超导带材表面损伤，影响热控式超导开关运行时的稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热控式高温超导开关及其制作方法。

2、根据本发明提供的一种热控式高温超导开关，包括超导带材、第一支撑金属片、第二支撑金属片、加热线圈以及保温板；所述第一支撑金属片、超导带材以及第二支撑金属片三者依次堆叠设置，所述加热线圈缠绕在堆叠完的第一支撑金属片、第二支撑金属片上，所述加热线圈的加热部分位于保温板内，所述保温板用于将超导带材、第一支撑金属片、第二支撑金属片以及加热线圈紧固连接。

3、本发明还提出一种热控式高温超导开关的制作方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、制作保温板；先剪裁出两块大小适中的聚苯乙烯泡沫作为第一保温板和第二保温板，在第一保温板中心处掏出一个大小和深度适中的槽，之后再在槽中灌入适量绝热胶，使其流平，并等待其干透；

5、s2、将第一支撑金属片和第二支撑金属片与超导带材的接触面用绝缘胶带粘贴，将电压引线正极和电压引线负极分别焊接在超导带材两端合适的位置；

6、s3、超导带材表面涂抹低温导热硅脂后，将第一支撑金属片、超导带材及第二支撑金属片按顺序合并堆叠；

7、s4、将加热线圈缠绕在堆叠完成的支撑金属片上，加热线圈的两端引出线缆用于通电流加热超导带材；

8、s5、在加热线圈缠绕堆叠完成的支撑金属片及测温探头上涂抹低温导热硅脂，再依次放入第一保温板深槽中并调整至合适的位置；

9、s6、将第一保温板与第二保温板缝隙处用低温胶密封连接。

10、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

11、1、本发明通过较为简单工艺制作的热控式高温超导开关结构相对简单，制作所需成本较低。

12、2、本发明通过将加热线圈缠绕在支撑金属片上，利用支撑金属片通过热传导来加热超导带材，有助于减少加热器直接对超导带材加热造成的超导带材的折损，且借助支撑金属片将加热线圈与超导带材分隔，防止加热线圈直接缠绕超导带材造成表面的割伤。

13、3、本发明通过支撑金属片解决了在振动环境和突然冲击的作用下可能导致超导带材在宽度方向的形变的问题，超导开关在运行的过程中由于热量变化导致的形变会影响内部超导带材的延展，支撑金属片能够起到帮助超导带材承受横向不均匀压力的作用，支撑金属片还能够解决超导开关降温过程中的导热性能均较差以及降温过程较慢导致闭合时间较长的问题。

14、4、本发明通过测温探头对保温板内的温度进行实时监测，根据测量温度对所述加热线圈的加热功率进行实时反馈控制，有助于提高超导开关工作状态时控制的稳定性。

15、5、本发明采用加热线圈采用无感缠绕，以尽量减小超导开关的热触发时延。更为具体地，提出一种无感线圈绕制方法，使得两根并绕的加热线圈电流方向相反，有效提高超导开关的响应时间。

1.一种热控式高温超导开关，其特征在于，包括超导带材(1)、加热线圈(3)、第一支撑金属片(4)、第二支撑金属片(6)以及保温板；所述第一支撑金属片(4)、超导带材(1)以及第二支撑金属片(6)三者依次堆叠设置，所述加热线圈(3)缠绕在堆叠完成的第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)表面上，所述加热线圈(3)的加热部分位于保温板内，所述保温板用于将超导带材(1)、第一支撑金属片(4)、第二支撑金属片(6)以及加热线圈(3)紧固连接。

2.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述加热线圈(3)与第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)接触，所述加热线圈(3)缠绕方式为无感缠绕。

3.如权利要求2所述的热控式高温超导开关，其特征在于，无感线圈绕制采用双绕法，将用于绕制的漆包镍铬丝由中点并在一起，先将该中点固定在第一支撑金属片(4)的某个位置，然后两股漆包镍铬丝沿堆叠后的第一支撑金属片(4)、超导带材(1)及第二支撑金属片(6)同一方向同时绕制，加热线圈绕制的间隙较小，绕制结束后，将加热线圈正极(9)和加热线圈负极(10)沿支撑金属片表面一侧同时引出，此时两根并绕的加热线圈电流方向相反。

4.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)以及超导带材(1)两者长度的两端均伸出保温板；所述第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)伸出保温板的长度相等。

5.如权利要求2所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述加热线圈(3)缠绕在第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)上的整体宽度大于等于超导带材(1)的宽度；所述第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)的宽度相等；所述第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)的宽度大于等于超导带材(1)的宽度。

6.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)的厚度在200um-300um。

7.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，还包括测温探头(7)，所述保温板内设置有测温探头(7)，所述测温探头(7)的测温线(12)延伸出保温板并与测温仪器连接，根据测量温度对所述加热线圈(3)的加热功率进行反馈控制。

8.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述保温板包括第一保温板(2)和第二保温板(8)，材质为聚苯乙烯泡沫。

9.如权利要求8所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述第一保温板(2)中间位置槽口深度为400um-600um；槽口宽度大于等于支撑金属片的宽度。

10.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，所述热控式高温超导开关的工作环境为能够使超导带材(1)导通的低温环境。

11.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，还包括电压引线正极(5)、电压引线负极(11)，电压引线正极(5)和电压引线负极(11)分别焊接在超导带材(1)的两端合适位置。

12.如权利要求1所述的热控式高温超导开关，其特征在于，加热线圈(3)采用直径为0.5mm表面绝缘的漆包镍铬丝cr20ni80，第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)为纯铜片。

13.一种热控式高温超导开关的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)伸出保温板的长度相等。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，加热线圈(3)采用直径为0.5mm表面绝缘的漆包镍铬丝cr20ni80，第一支撑金属片(4)和第二支撑金属片(6)为纯铜片。