全文摘要
本申请实施例提供了一种高温超导储能磁体，通过在空心结构的超导线圈内部增加一个铁芯，从而增大超导储能磁体的电感值，同时，铁芯可以降低超导线圈表面磁场强度，从而提高超导线圈传输电流的数值，通过增大电感值和提升传输电流，均可以大幅增加超导储能磁体的出能量，同时还由于磁通大部分被约束在铁芯内部，从而可以降低空气中的漏磁场，减少了超导储能磁体对外部的电磁污染，解决了储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大的技术问题。
主设计要求
1.一种高温超导储能磁体，其特征在于，包括：超导线圈、低温容器和铁芯；所述超导线圈套接于所述铁芯外部后，整体设置于所述低温容器的低温腔体中。
设计方案
1.一种高温超导储能磁体，其特征在于，包括：
超导线圈、低温容器和铁芯；
所述超导线圈套接于所述铁芯外部后，整体设置于所述低温容器的低温腔体中。
2.根据权利要求1所述的高温超导储能磁体，其特征在于，所述超导线圈包括超导线匝和骨架；
所述骨架为环形结构；
所述超导线匝绕至于所述骨架上并贴合为一体。
3.根据权利要求2所述的高温超导储能磁体，其特征在于，所述骨架具体为圆形结构。
4.根据权利要求2所述的高温超导储能磁体，其特征在于，所述骨架具体为D形结构。
5.根据权利要求1所述的高温超导储能磁体，其特征在于，所述低温容器的低温腔体中有液氮。
设计说明书
技术领域
本申请涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种高温超导储能磁体。
背景技术
超导磁储能(superconducting magnetic energy storage system，SMES)是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能回馈电网或其他负载，并对电网的电压凹陷、谐波等进行灵活治理，或提供瞬态大功率有功支撑的一种电力设施。其工作原理是：正常运行时，电网电流通过整流向超导电感充电，然后保持恒流运行(由于采用超导线圈储能，所储存的能量几乎可以无损耗地永久储存下去，直到需要释放时为止)。当电网发生瞬态电压跌落或骤升、瞬态有功不平衡时，可从超导电感提取能量，经逆变器转换为交流，并向电网输出可灵活调节的有功或无功，从而保障电网的瞬态电压稳定和有功平衡。根据电磁储能公式：
式中，W表示储能量，L为电感值，I为电流值。可以看出，为增大储能量，一方面可以增大电感值，另一方面可以提高运行电流。
储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大，成为变电站内电磁污染的主要来源之一。采用磁屏蔽或电磁屏蔽的方法抑制磁体漏磁虽然可以将空间磁污染抑制到可接受的水平，但是各种屏蔽方法均会导致磁体运行损耗的增加，并引起电感参数的变化。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种高温超导储能磁体，减少了超导储能磁体对外部的电磁污染，解决了储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大的技术问题。
有鉴于此，本申请提供了一种高温超导储能磁体，包括：
超导线圈、低温容器和铁芯；
所述超导线圈套接于所述铁芯外部后，整体设置于所述低温容器的低温腔体中。
可选地，所述超导线圈包括超导线匝和骨架；
所述骨架为环形结构；
所述超导线匝绕至于所述骨架上并贴合为一体。
可选地，所述骨架具体为圆形结构。
可选地，所述骨架具体为D形结构。
可选地，所述低温容器的低温腔体中有液氮。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，提供了一种高温超导储能磁体，通过在空心结构的超导线圈内部增加一个铁芯，从而增大超导储能磁体的电感值，同时，铁芯可以降低超导线圈表面磁场强度，从而提高超导线圈传输电流的数值，通过增大电感值和提升传输电流，均可以大幅增加超导储能磁体的出能量，同时还由于磁通大部分被约束在铁芯内部，从而可以降低空气中的漏磁场，减少了超导储能磁体对外部的电磁污染，解决了储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种高温超导储能磁体的结构示意图；
其中，附图标记为：
1、超导线圈；2、低温容器；3、铁芯。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请设计了一种高温超导储能磁体，减少了超导储能磁体对外部的电磁污染，解决了储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大的技术问题。
为了便于理解，请参阅图1，图1为本申请实施例中一种高温超导储能磁体的结构示意图，如图1所示，具体为：
超导线圈1、低温容器2和铁芯3；
所述超导线圈1套接于所述铁芯3外部后，整体设置于所述低温容器2的低温腔体中。
进一步地，所述超导线圈1包括超导线匝和骨架；
所述骨架为环形结构；
所述超导线匝绕至于所述骨架上并贴合为一体。
进一步地，所述骨架具体为圆形结构。
进一步地，所述骨架具体为D形结构。
进一步地，所述低温容器2的低温腔体中有液氮。
需要说明的是，本申请实施例中的超导线圈1包括超导线匝和骨架。
超导线匝采用高温超导材料制成，主要包括铋系超导带材和钇系超导带材。由于单根超导带材的长度和传输电流的能力有限，因此一般采用多根超导带材串、并联的方式构成超导线匝。
骨架是为超导线匝提供定位和固定的基础，为了避免在超导线圈磁通变化过程中在骨架内产生涡流，骨架一般采用非金属材料制成，主要材料为玻璃钢。骨架的基础形状为环形结构，具体地可根据实际需要选择圆形结构和D形结构等多种结构形式。
将超导线匝逐步按照串并联方式绕制于骨架上，最终超导线匝和骨架贴合为一体，形成本申请实施例中的超导线圈1。
本申请实施例中，超导线匝采用YBCO超导材料制作，该超导材料为4.8mm宽带材，在77K液氮条件下的最大传输电流为90A；超导线匝由2根YBCO超导带材并联制成，构成D型结构；骨架采用玻璃钢材料制成，为D形结构。本申请实施例中的超导线圈1由16个D型线圈串联构成空心结构，其电感值为9mH。
本申请实施例中的低温容器2是为超导线圈1提供低温运行环境的容器，其包括低温腔体。低温容器2一般采用金属材料制成，在其低温腔体中盛放有液氮。
本申请实施例中，低温容器2采用304不锈钢制造，为圆环形结构，采用高真空绝热，其低温腔体内部盛放液氮，低温腔体的内径为1000mm，外径为1200mm，高度为1000mm。超导线圈1同轴放置于低温容器2的低温腔体内。
本申请实施例中的铁芯3主要是将超导线圈1产生的主要磁通聚集，从而减少超导线圈1的漏磁通。铁芯3的尺寸需与设计电感值、以及超导线圈1结构尺寸等进行配合。若给定储能量W和运行电流I，则根据上述公式可得电感值L＝2W\/I2。根据该电感值，可以采用有限元仿真软件对超导线圈1和铁芯3的尺寸进行计算，基本计算过程为：在分析软件中建立超导线圈1和铁芯3的几何模型，然后由软件计算该模型对应的电感值，若电感值与所需值存在偏差，则修改上述几何模型后反复迭代计算，直至电感值满足设计要求。铁芯3一般采用硅钢片制成，根据几何尺寸将硅钢片裁剪成相应形状后叠加于一体，并绑扎固定即可。超导线圈1套接于铁芯3外部后，整体设置于低温容器2的低温腔体中。
本申请实施例中，铁芯3为D型结构，采用B30P105牌号的硅钢片制造，铁芯3同轴设置于超导线圈1的内部，然后再整体放置于低温容器2的低温腔体中。增加该铁芯3后，高温超导储能磁体的电感值由空心超导线圈1的9mH增加至38mH，在保持运行电流不变的情况下储能量能够增加为原来的4.2倍。而与此同时，由于铁芯3能够极大降低超导线圈1的漏磁场，从而大幅降低了高温超导储能磁体的电磁污染。
本申请实施例中，提供了一种高温超导储能磁体，通过在空心结构的超导线圈内部增加一个铁芯，从而增大超导储能磁体的电感值，同时，铁芯可以降低超导线圈表面磁场强度，从而提高超导线圈传输电流的数值，通过增大电感值和提升传输电流，均可以大幅增加超导储能磁体的出能量，同时还由于磁通大部分被约束在铁芯内部，从而可以降低空气中的漏磁场，减少了超导储能磁体对外部的电磁污染，解决了储能磁体在工作时，磁体外部的磁场呈轴对称状分布在空气中，漏磁较大的技术问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201921181303.2
申请日:2019-07-25
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:81(广州)
授权编号:CN209822413U
授权时间:20191220
主分类号:H01F6/00
专利分类号:H01F6/00;H01F6/06
范畴分类:38B;
申请人:广东电网有限责任公司;广东电网有限责任公司电力科学研究院
第一申请人:广东电网有限责任公司
申请人地址:510600 广东省广州市越秀区东风东路757号
发明人:夏亚君;宋萌;史正军;胡南南;罗运松;程文锋;李力;林友新;韦玮
第一发明人:夏亚君
当前权利人:广东电网有限责任公司;广东电网有限责任公司电力科学研究院
代理人:黄忠;沈闯
代理机构:11227
代理机构编号:北京集佳知识产权代理有限公司 11227
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计