CN105593954B - 包括构成接合处的htsl带状导体和lts金属线的励磁线圈装置 - Google Patents
包括构成接合处的htsl带状导体和lts金属线的励磁线圈装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种励磁线圈装置(1)，其包括：至少一个线圈段(2)，该线圈段被以高温超导(＝HTSL)带状导体(4)卷绕；和低温超导(＝LTS)金属线(7)，所述HTSL带状导体(4)和LTS金属线(7)电串联连接，并且HTSL带状导体(4)和LTS金属线(7)构成接合处(6)，其特征在于，所述HTSL带状导体(4)第一端部(19)前方的HTSL带状导体(4)第一端部区段(19a)和LTS金属线(7)第一端部(20)前方的LTS金属线(7)第一端部区段(20a)在连接区段(17)中在该连接区段(17)的长度上导电地、但非超导地彼此连接，LTS金属线(7)至少在连接区段(17)的区域中构造成扁平的，并且该扁平的LTS金属线(7)以一侧贴靠在HTSL带状导体(4)上，并且所述连接区段(17)具有至少5m的长度。本发明还提供一种励磁线圈装置，在其中以简单的方式建立可接受地小的残留的欧姆电阻。
Description
技术领域
本发明涉及一种励磁线圈装置，其包括：
－至少一个线圈段，该线圈段被以高温超导(＝HTSL)带状导体卷绕，和
－低温超导(＝LTS)金属线，
所述HTSL带状导体和LTS金属线电串联连接。
背景技术
一种此类的励磁线圈装置例如由DE 102004007340A1公开。
在实践中，超导体可无欧姆损耗地承载电流。所述超导体特别是用于需要高电流强度的地方、因此也用于励磁线圈中。
在励磁线圈中通常安装两类超导体。金属的低温超导体(LTS)(如NbTi或Nb3Sn)通常以金属线的形式存在，所述金属线包含由LTS材料制成的长丝。陶瓷的高温超导体(HTS、也称为HTSL)(如ReBCO型)通常以带状基底(如钢带)上的涂层形式存在。BSCCO型HTSL超导体通常也是带状的、但与LTS导体一样具有长丝，这些长丝通常嵌入银基质中。
在DE 102004007340A1中提出一种具有径向嵌套的部分线圈的磁场系统，其中，LTS部分线圈和HTS部分线圈电串联连接并且通过LTS－HTS接合处彼此连接。未提及接合处结构的细节。
在接合处上，在两种超导体部分件之间发生电流通过。在此，在技术上困难的是，在所述超导体部分件之间建立真正超导的电流通过；通常在接合处必须忍受虽然很小、但仍可觉察的欧姆电阻。对于LTS和HTS材料之间的接合处特别是如此。此类欧姆电阻特别是可能在励 磁线圈装置的短路运行(“持久模式”)中引起干扰性的漂移。
发明目的
本发明所基于的目的在于，在开头所提类型的励磁线圈装置中以简单的方式实现可接受地小的残留的欧姆电阻。励磁线圈装置特别是应在短路运行中能够实现足够小的漂移。
发明的简要说明
该目的通过开头所提类型的励磁线圈装置来实现，该励磁线圈装置的特征在于：
HTSL带状导体和LTS金属线构成接合处，HTSL带状导体第一端部前方的HTSL带状导体第一端部区段和LTS金属线第一端部前方的LTS金属线第一端部区段在连接区段中彼此导电连接，
并且所述连接区段具有至少0.5m的长度。
根据本发明，HTSL带状导体和LTS金属线在较大的长度上、即在与所参与导体的宽度相比长许多倍(通常为至少10倍或至少100倍)的连接区段上彼此导电连接，所述HTSL带状导体和LTS金属线在该连接区段中彼此平行延伸。在连接区段(连接区域)中，HTSL带状导体和LTS金属线通常通过一个或多个金属层(如铜层)和/或焊料以欧姆(即通常非超导的)接触的方式重叠。
但是基于连接区段的至少0.5m、并且通常5m或更长、优选10m或更长、亦或20m或更长的大长度或者说基于相应大的表面(通过该表面可发生横向的电流通过)，横向欧姆电阻极小并且对于常见的励磁线圈装置几乎可忽略不计，从而建立了近似超导的连接。该接合处特别是在按照本发明的励磁线圈装置的短路运行的情况下仅引起极小的漂移，如需要或希望，则该漂移可简单地通过常见的补偿方法被补偿。
本发明的优选实施方式
具有卷绕的连接区段的实施方式
在按照本发明的励磁线圈装置的一种特别优选的实施方式中，连接区段被卷绕。由此，连接区段可节省空间地安装，并且也可以按简单的方式使连接区段或者其中所含的HTSL带状导体有针对性地相对于由励磁线圈装置产生的磁场定向。特别是可实现这样的定向或定位，在该定向或定位中，所产生的局部磁场在连接区段中处处基本上平行于带状导体的局部的带平面延伸。在此特别是可设有用于连接区段的载体，在该载体中构造(如铣入)有用于HTSL带状导体(和LTS金属线)的导向部，借助该导向部这样导向HTSL带状导体，使得该HTSL带状导体的局部的带平面处处平行于励磁线圈装置的局部磁场方向；励磁线圈装置的磁场延伸可预先计算。由此可在连接区段中优化HTSL带状导体的载流能力。作为替代方案，连接区段例如可成形为线团并放入盒中。
该实施方式的如下的一种扩展方案是有利的，该扩展方案规定，所述HTSL带状导体在连接区段的区域中以相应的局部的带平面基本上平行于卷绕轴线的方式延伸，并且连接区段这样定位，使得由励磁线圈装置在运行中产生的磁场在连接区段的区域中基本上平行于卷绕轴线地延伸。通过这种方式可极简单地实现HTSL带状导体相对于静态磁场的有利于良好载流能力的定向。所述局部的带平面由局部的切向平面决定。根据该扩展方案，局部的带平面在连接区段中处处基本上平行于卷绕轴线。带状导体通常一匝圈一匝圈地围绕卷绕轴线被卷绕；带状导体也可以每层(在一个层或多个层中)多个匝圈地围绕卷绕轴线被卷绕。最简单的是，在圆柱形卷绕体上进行卷绕。根据该扩展方案，通过连接区段或者卷绕轴线在磁场中的定位或定向自动实现：磁场局部地基本上平行于带状导体中的超导HTSL层延伸，由此在HTSL带状导体中建立最大可能的临界电流。在本发明的范围内，当平行性偏差小于20°、优选小于10°、特别优选小于5°时，定向被视为基本上平行。
在该扩展方案中优选规定，卷绕轴线相对于励磁线圈装置的线圈轴线倾斜，特别是以20°至70°之间的、优选30°至60°之间的倾角倾 斜。通过使卷绕轴线相对于线圈轴线(励磁线圈装置的纵轴线)倾斜可适应局部的磁场线延伸，并且磁场对于HTSL带状导体的横向分量被最小化。连接区段可在宽的空间范围中放置。
如下的一种扩展方案也是有利的，在该扩展方案中，连接区段按照盘形线圈的样式被卷绕。在此情况下，每层仅具有一个(HTSL带状导体和LTS金属线的)匝圈，这可特别简单地卷绕并且避免了层过渡时的弯曲。在该扩展方案中(如希望的话)大致盘状的连接区段可构造成略微弯曲的，以便适应局部的磁场延伸并且最大化载流能力；局部的盘平面于是基本上垂直于局部的磁场线延伸。
在一种替代的扩展方案中，连接区段按照螺线管线圈的样式被卷绕。在此情况下，在一个层中轴向相邻地卷绕多个匝圈；螺线管线圈可包括一个或多个径向叠置的层。在该扩展方案中，更大长度的、特别是10m或更长的连接区段也可在空间上紧凑地被安装；卷绕的连接区段的径向尺寸(与盘形线圈相比)可保持为小，这更易于在局部的磁场和局部的带平面之间保持小的角度。
在该扩展方案中优选规定，螺线管线圈轴线弯曲地延伸，连接区段围绕该螺线管线圈轴线被卷绕，特别是螺线管线圈轴线的延伸相应于由励磁线圈装置在运行中产生的局部磁场的磁力线延伸。由此可在连接区段中最小化磁场对于HTSL带状导体的横向分量并且因此优化载流能力。该实施方式在卷绕的连接区段具有明显的轴向尺寸时尤为有利。
如下的一种扩展方案是有利的，在该扩展方案中，连接区段卷绕在外横截面为圆形的卷绕体上。由此，HTSL带状导体在长侧上的弯曲被保持得均匀小，这特别是避免了带状导体中HTSL层的损坏。
在一种替代扩展方案中，连接区段卷绕在外横截面为长形的、在相对置端部上倒圆的卷绕体上。通过该长形外横截面可在一个横向方向上将卷绕的连接区段的空间需求保持为小，这在一些情况下可简化卷绕的连接区段在低温恒温器中的安装。特别是也可通过旋转卷绕体的位置、即相对于局部磁场定向长横向轴线和短横向轴线来最小化磁 场对于HTSL带状导体的横向分量并且因此优化载流能力。
如下的一种扩展方案是特别有利的，该扩展方案规定，HTSL带状导体的和LTS金属线的所述第一端部设置在连接区段的同一侧上，并且所述连接区段被以HTSL带状导体的和LTS金属线的所述第一端部位于径向内侧的方式卷绕。由此在连接区段的区域中的HTSL带状导体和LTS金属线中实现了相反的电流流动方向，从而最小化由连接区段中的电流流动引起的磁场。此外，可非常简单地设计连接区段的卷绕过程。
励磁线圈装置的一般实施方式
在一种有利的实施方式中规定，所述连接区段具有至少10m的长度。通过连接区段的较大长度可大幅减小HTSL带状导体和LTS金属线之间的欧姆电阻。在实践中可为连接区段设置20m或更长的长度。最简单的是，在展开状态下可以确定连接区段沿导体延伸方向(或者说顺着或逆着电流流动方向)的长度。
如下的一种实施方式也是有利的，在该实施方式中，LTS金属线至少在连接区段的区域中构造成扁平的，特别是该LTS金属线的宽度相应于HTSL带状导体的宽度。扁平的LTS金属线于是以一个侧面极好地贴靠到HTSL带状导体上；在宽度一致时优化了可用于横向电流交换的表面。通常，LTS金属线在连接区段中被轧宽。否则，LTS金属线通常具有圆形或矩形横截面。
此外优选如下的一种实施方式，在该实施方式中，在连接区段的区域中，LTS金属线的LTS长丝的包套被完全或部分去除、特别是被腐蚀掉或冲刷掉。由此最小化电流流入HTSL带状导体时的欧姆电阻。倘若LTS金属线具有绝缘物，则该绝缘物在连接区段的区域中自然也被完全或部分去除，以便建立面式电连接。也可完全或部分去除LTS金属线的护套部分、如铜护套。
另一种有利的实施方式规定，在连接区段的区域中，HTSL带状导体的HTSL层上的一个或多个保护层和/或分流层被去除、特别是被腐蚀掉或冲刷掉。由此最小化电流流入LTS金属线时的欧姆电阻。倘 若HTSL带状导体具有绝缘物，则该绝缘物在连接区段的区域中自然也被完全或部分去除，以便建立面式电连接。
特别优选如下的一种实施方式，在该实施方式中，HTSL带状导体和LTS金属线在连接区段中借助焊料彼此焊接。借助焊料可在HTSL带状导体(或者说其HTSL层)和LTS金属线(或者说其LTS长丝)之间建立导电性良好的面式接触。通常，焊料被连续地施加到连接区段的整个长度上和HTSL带状导体的整个宽度上。
在一种有利的扩展方案中，焊料含锡。含锡的焊料可特别好地加工并且在相对低的温度下液化，从而可在焊接时避免或至少最小化HTSL材料的损坏。
如下的一种实施方式是有利的，在该实施方式中，所述连接区段与被以HTSL带状导体卷绕的线圈段轴向间隔开。由此减小了连接区段上的磁场强度，这改善了接合处的载流能力。通常，连接区段的区域中的磁场下降到励磁线圈装置的最大磁场(在磁中心)的约1/10或更小。
优选如下的一种实施方式，在该实施方式中，LTS金属线具有含NbTi的长丝。以NbTi作为LTS材料可在实践中极可靠地制造根据本发明来连接特别是ReBCO型的HTSL带状导体的接合处。
也优选如下的一种实施方式，在该实施方式中，所述HTSL带状导体具有含ReBCO、特别是含YBCO的HTSL层，其中，Re是来自稀土族的元素。以ReBCO作为HTSL材料可在实践中极为可靠地制造根据本发明来连接LTS金属线、特别是含NbTi的LTS金属线的接合处。
具有另外的或附加的接合处的实施方式
也优选按照本发明的励磁线圈装置的如下的一种实施方式，该实施方式规定，所述励磁线圈装置具有附加LTS金属线，其中，LTS金属线和该附加LTS金属线含有不同的超导LTS材料，特别是附加LTS金属线含有Nb3Sn；并且LTS金属线在第二端部前方的第二端部区段上构成有连接所述附加LTS金属线一个端部区段的附加接合处，所述 第二端部远离HTSL带状导体。(通常在NbTi和Nb3Sn之间的)该附加接合处可以由现有技术中公开的方式来构造。所述附加LTS金属线例如可以属于励磁线圈装置的另一线圈段。当HTSL带状导体和附加LTS金属线在技术上很难直接连接(例如由于以Nb3Sn为基础的附加LTS金属线的必要的热处理/反应退火，这可能在HTSL附近损坏HTSL)时，LTS金属线(通常以NbTi为基础)在此可作为在HTSL带状导体和附加LTS金属线(通常以Nb3Sn为基础)之间的传递者起作用。
也优选如下的一种实施方式，该实施方式规定，所述励磁线圈装置具有另一LTS金属线，其中，HTSL带状导体在其第一端部前方的第一端部区段上构成有连接LTS金属线的接合处，并且在HTSL带状导体第二端部前方的第二端部区段上构成有连接所述另一LTS金属线的另一接合处，特别是LTS金属线和所述另一LTS金属线含有相同的超导LTS材料。借助该实施方式，HTSL带状导体可以轻易地集成到励磁线圈装置的短路运行中。通过LTS金属线和所述另一LTS金属线，HTSL带状导体可在两侧被低欧姆地电连接。在该实施方式中，所述另一接合处如上面所描述的(HTSL带状导体和LTS金属线之间的)接合处那样根据本发明来构造。
一种包括上面所描述的根据本发明的励磁线圈装置的NMR波谱仪(NMR＝核磁共振)也落入本发明的范围内。
本发明的其它优点由说明书和附图给出。上面已描述并且仍进一步说明的特征根据本发明也可分别单独地或多个以任意组合的方式被使用。所显示和描述的实施方式不能理解为穷尽性叙述，而是相反地具有用于描述本发明的示例性特征。
附图说明
在附图中示出本发明并且借助实施例详细说明本发明。附图如下：
图1为按照本发明的励磁线圈装置的一种实施方式的示意性、局部纵向剖切的视图，该励磁线圈装置包括在HTSL带状导体和LTS金 属线之间的卷绕成盘形线圈的连接区段；
图2为图1和图3的剖面II的区域中的连接区段的示意性横剖视图；
图3为在图1中的在卷绕的连接区段的区域中的局部图；
图4为按照本发明的励磁线圈装置的另一种实施方式的示意性俯视图，该励磁线圈装置包括卷绕成螺线管线圈的连接区段；
图5为图5的励磁线圈装置的半部的示意性纵剖视图；
图6为按照本发明的NMR波谱仪的示意图，该NMR波谱仪包括按照本发明的励磁线圈装置。
图7为卷绕成盘形线圈的连接区段的示意性横剖视图，该连接区段包括横截面为长形的卷绕体；
图8为按照本发明的励磁线圈装置的另一种实施方式的电路示意图；
图9为用于本发明的、根据螺线管线圈方式被卷绕的连接区段的示意图，该连接区段具有弯曲的螺线管线圈轴线。
具体实施方式
图1示出按照本发明的励磁线圈装置1的一种实施方式，该励磁线圈装置例如使用在NMR波谱仪、特别是高分辨率NMR波谱仪中。励磁线圈装置1在此包括两个径向嵌套的彼此电串联连接的线圈段2、3。
内侧的第一线圈段2被以至少一个HTSL带状导体4卷绕，在此以围绕线圈轴线A的螺线管的形式。HTSL带状导体4以第一端部通向接合处6，在该接合处上，HTSL带状导体4与LTS金属线7低欧姆地连接，LTS金属线在此包含由NbTi制成的长丝。在接合处6中，HTSL带状导体4和LTS金属线7在连接区段(连接区域)17中在在此为10m的长度上并行引导并且也在该长度上连续地彼此电连接、特别是通过焊接连接来连接，连接区段17被卷绕(对此亦参见图3)。接合处6沿轴向与第一线圈段2间隔开，使得由励磁线圈装置1产生 的磁场强度在接合处6的区域中下降到励磁线圈装置1的中心区域中的样品体积中的磁场强度的约1/10或更少。
励磁线圈装置1的位于外侧的第二线圈段3被以另一LTS金属线5卷绕，所述另一LTS金属线在此含有由Nb3Sn制成的长丝。含有NbTi长丝的LTS金属线7借助(本身由现有技术已知的)附加接合处9与含有Nb3Sn长丝的所述另一LTS金属线5连接。在附加接合处9的区域中在此也为所述另一LTS金属线5集成有夹紧装置。
图2以示意性横剖视图(其中，剖面垂直于HTSL带状导体4和LTS金属线7的延伸方向、即图2的剖面垂直于电流流动方向)示出图1的接合处6中的连接区段。
HTSL带状导体4包括基底10，在基底上沉积了在此由YBCO材料制成的HTSL层11。HTSL带状导体4足够柔软，以便将其卷绕(对此参见图1、图3)；特别是基底10可以是钢带。HTSL带状导体4的典型宽度为2mm至60mm。在基底10和HTSL层11之间通常设有一个或多个例如由CeO制成的缓冲层(未进一步示出)。HTSL带状导体4在此具有在此由Cu制成的分流层12，该分流层在所有侧面包围HTSL带状导体4，但在连接区段中在朝向LTS金属线7的一侧上被腐蚀掉。
LTS金属线7包括多个NbTi长丝13，所述长丝在此分别被一个由Nb制成的包套14包围(“Nb阻挡层”)。NbTi长丝13设置在例如由CuMn制成的基质15中。LTS金属线7在连接区段中被轧扁并且部分基质15被腐蚀掉，从而在朝向HTSL带状导体4的一侧上露出部分NbTi长丝13。在靠近表面的这部分长丝13中，朝向HTSL带状导体4一侧上的包套14也被腐蚀掉。
HTSL层11和所述靠近表面的这部分NbTi长丝13借助导电性良好的焊料16直接连接，所述焊料通常含锡和/或含贵金属、特别是含金和/或含银。由此在长丝13和HTSL层11之间建立良好的导电连接。应注意，该良好的导电连接在在此为10m的连接区段长度上(在此沿垂直于图示平面的方向)延伸并且由此该连接的欧姆电阻很小。焊料 16的典型厚度在1μm至20μm之间。
应注意，为了最佳的电流通过，LTS金属线7的宽度BL(例如通过适当的轧制)应相应于HTSL带状导体4的宽度BH，并且焊料16应基本上覆盖整个宽度BL或BH。
图3以放大的局部图示出图1的接合处6。此外标出图2的剖面II。
在所示实施方式中，在接合处6中，HTSL带状导体4和LTS金属线7在示出的实施方式中在螺旋状卷绕的连接区段17中面式地并且连续地彼此电连接、在此通过焊料16电连接，该焊料设置在HTSL带状导体4和LTS金属线7之间。连接区段17通过HTSL带状导体4的第一端部区段19a(该端部区段远离HTSL带状导体4的第一端部19延伸)和LTS金属线7的第一端部区段20a(该端部区段远离LTS金属线7的第一端部20延伸)的重叠形成。
连接区段17在此围绕垂直于图示平面延伸的卷绕轴线WA卷绕到横截面在此为圆形的卷绕体18上，在此按照盘形线圈的样式且每层仅具有一个匝圈。通过卷绕连接区段17，该连接区段能够紧凑地安装且卷绕螺旋直径通常为20cm或更少，尽管该连接区段沿HTSL带状导体4或LTS金属线7的延伸方向的长度在此为10m。
HTSL带状导体4和LTS金属线7的第一端部19、20(第一端部区段19a、20a远离所述第一端部延伸)在此位于连接区段17的在卷绕中设置在径向内侧的同一侧(端侧)17a上。在连接区段17的关于卷绕位于径向外侧的另一侧(端侧)17b上，HTSL带状导体4和LTS金属线7分开。
卷绕体18或者说卷绕轴线WA这样定位或定向，使得由励磁线圈装置产生的局部磁场21基本上平行于HTSL带状导体4的相应的局部的带平面BE(或者说平行于HTSL带状导体4的HTSL层的局部表面)延伸。示例性地说明在图3中位于外侧的匝圈。HTSL带状导体4在位置OR处的局部的带平面BE在那里贴靠(“切向”)于HTSL带状导体4并且垂直于图示平面地延伸。此外，位置OR附近的磁场 21的局部磁力线垂直于图示平面延伸。因此，带平面BE和磁力线彼此平行定向。由此可优化HTSL带状导体4中的载流能力。在图2中也标出带平面BE。应注意，带平面BE在HTSL带状导体被卷绕时沿带状导体可变化(“局部带平面”)。
当连接区段17中的局部的带平面BE处处至少基本上平行于卷绕轴线WA地延伸并且卷绕轴线WA就其而言至少基本上平行于连接区段17的区域中的磁场21时，以最简单的方式实现了HTSL带状导体4相对于磁场21的合适定向。通常，卷绕轴线WA平行于连接区段17的中心(卷绕体18的中心)的磁场来定向。应指出，磁场21在连接区段17/接合处6的整个区域上原则上局部可变，因为磁场总是以闭合的线延伸并且因此具有曲率。因而，在实际的且连接区段17具有明显空间尺寸的励磁线圈装置中只能以一定的公差来说明相对于局部磁场的定向。倘若在此指出，两个参数的定向应基本平行，那么该条件在平行性的(最大)偏差小于20°、优选小于10°、特别优选小于5°就被满足。
在所示实施方式中，LTS金属线7的第二端部24前方的第二端部区段24a在附加接合处9中与附加的LTS金属线5(参见图1)的端部区域连接(在图3中未进一步示出)。
应注意，为了励磁线圈装置1在超导短路运行中的运行，通常可以使用特别是相应于接合处6的第二接合处或特别是相应于接合处6和附加接合处9的第二接合处装置。
图4和图5示出按照本发明的励磁线圈装置1的另一种实施方式的俯视图(参见图4)和励磁线圈装置1的半部的纵剖视图(参见图5)。
励磁线圈装置1在在此为圆柱形的样品体积8(该样品体积通常是至少1cm3、优选10cm3)中在匀场过程之前、即在未通过借助独立匀场电流运行的匀场线圈和/或铁磁匀场片进行进一步匀化的情况下产生均匀性通常为100ppm或更好、优选10ppm或更好、特别优选2ppm或更好的静态磁场B0。励磁线圈装置1包括被以HTSL带状导体4卷绕的第一线圈段2和被以LTS金属线7卷绕的第二线圈段3。 LTS金属线7在此配备有NbTi长丝。LTS金属线7在所示实施方式中借助夹紧装置22夹紧，以便实现LTS金属线7在第二线圈段3中的最佳位置。
HTSL带状导体4和LTS金属线7在根据本发明的接合处6中彼此导电连接。接合处6在此包括螺线管状卷绕的连接区段17，参见最上层中各个相邻的匝圈。在此，HTSL带状导体4和LTS金属线7围绕卷绕轴线WA以每层多个匝圈的方式彼此平行并且面式彼此连接地卷绕；HTSL带状导体4的局部的带表面处处至少基本上平行于卷绕轴线WA定向。
卷绕轴线WA在所示实施方式中在此以约35°的角度α相对于励磁线圈装置1的轴线A倾斜，以便使卷绕轴线WA基本上平行于连接区段17中的或者说接合处6的体积中的局部磁场21定向。
在纵剖视图(图5)中，基于接合处6在此小的深度T(“接合处线圈”的线圈长度)而在此在深度T上在卷绕轴线WA和局部磁场21之间未出现平行性的明显偏差。但另一方面在俯视图(图4)中看出，接合处6具有较大的直径D，从而局部磁场21的磁力线23在接合处6的边缘区域中已经相对于卷绕轴线WA形成了在此约7°的角度β。但平行性的这种小偏差仅使接合处6的载流能力少许、但尚可良好接受地减少。
在图6中示例性且示意性示出根据本发明的NMR波谱仪31，在该波谱仪中可使用根据本发明的励磁线圈装置1。
NMR波谱仪31包括根据本发明的、例如在图1中示出的励磁线圈装置1(NMR励磁线圈)，该励磁线圈装置通常设置在低温恒温器(未进一步示出)中。在励磁线圈装置1的磁中心在样品体积中设置样品32(例如填充有待检测物质的样品管)。样品32被HF发射线圈33和HF接收线圈34包围(应注意，在其它结构方式中也可以是组合式HF发射和接收线圈)。借助HF发生器35和发射线圈33向样本32中发射HF脉冲。借助HF检测器36和HF接收线圈34测量样品32的响应。借助分析单元37处理测量结果并且将它们例如转换为 NMR波谱。
图7以示意性横剖视图示出HTSL带状导体4(以虚线表示)和LTS金属线7(以实线表示)的另一种接合处6或者说连接区段17，其与图3所示出和描述的类似。为简化起见，下面仅详细说明区别，在此未详细示出连接HTSL金属线4和LTS金属线7的焊料。
连接区段17在此围绕卷绕轴线WA卷绕到横截面为长形的卷绕体40上，在长边方向上相对置的端部41、42被倒圆，从而贴靠的HTSL带状导体4或LTS金属线7在长边和短边之间的过渡部上没有剧烈的弯折。接合处6在(图7)从左向右的方向上构造得特别紧凑，这可简化在低温恒温器中的安装。
在图8中示意性示出用于按照本发明的励磁线圈装置1的另一种实施方式的电路图50。第一线圈段2在此被以HTSL带状导体4卷绕。HTSL带状导体4的第一端部19前方的第一端部区段19a与LTS金属线7(在此含有NbTi长丝)的第一端部20前方的第一端部区段20a在接合处6中或者说沿着连接区段17导电连接；该连接区段17被卷绕。
LTS金属线7构成第二线圈段3。LTS金属线7以其第二端部52终止于超导开关53；在超导开关53的区域中也可设有用于为励磁线圈装置1充电的馈电装置。
HTSL带状导体4的第二端部51前方的第二端部区段51a在另一接合处54或者说另一连接区段中与另一LTS金属线56(在此也含有NbTi长丝)的第一端部55前方的第一端部区段55a连接。所述另一接合处54或者说所述另一连接区段相应于接合处6或者说连接区段17构造；特别是所述另一连接区段也被卷绕。所述另一LTS金属线56以其第二端部57连接到超导开关53的另一侧上。
在短路运行中，超导开关53以超导方式闭合，励磁线圈装置1在不考虑极小漂移的情况下能够以恒定的回路电流运行，线圈段2、3在样品体积中产生时间上恒定的静态磁场B0。接合处6、54上的漂移必要时可忽略不计或借助自身已知的用于漂移补偿的措施被补偿。
图9示出连接区段17，该连接区段按照螺线管线圈的样式被卷绕。但在此，所属的螺线管线圈轴线SOA弯曲，所述螺线管线圈轴线在图9中以点划线示出并且HTSL带状导体和LTS金属线围绕其卷绕。该弯曲在此相应于连接区段17的径向中心中的局部磁场21的延伸。由此可最小化磁场的横向分量(该横向分量垂直于HTSL带状导体的局部的带平面延伸)，从而最大化连接区段17中的载流能力。
Claims (30)
1.励磁线圈装置(1)，包括：
－至少一个线圈段(2)，该线圈段被以高温超导带状导体(4)卷绕，和
－低温超导金属线(7)，
所述高温超导带状导体(4)和低温超导金属线(7)电串联连接，并且高温超导带状导体(4)和低温超导金属线(7)构成接合处(6)，
其特征在于，
所述高温超导带状导体(4)第一端部(19)前方的高温超导带状导体(4)第一端部区段(19a)和低温超导金属线(7)第一端部(20)前方的低温超导金属线(7)第一端部区段(20a)在连接区段(17)中在该连接区段(17)的长度上导电地、但非超导地彼此连接，
低温超导金属线(7)至少在连接区段(17)的区域中构造成扁平的，并且该扁平的低温超导金属线(7)以一侧贴靠在高温超导带状导体(4)上，
并且所述连接区段(17)具有至少5m的长度。
2.根据权利要求1所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)被卷绕。
3.根据权利要求2所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述高温超导带状导体(4)在连接区段(17)的区域中以相应的局部的带平面(BE)基本上平行于卷绕轴线的方式延伸，并且连接区段(17)这样定位，使得由励磁线圈装置(1)在运行中产生的磁场(21)在连接区段(17)的区域中基本上平行于卷绕轴线地延伸。
4.根据权利要求3所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述卷绕轴线相对于励磁线圈装置(1)的线圈轴线倾斜。
5.根据权利要求4所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述卷绕轴线相对于励磁线圈装置(1)的线圈轴线以20°至70°之间的倾角(α)倾斜。
6.根据权利要求4所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述卷绕轴线相对于励磁线圈装置(1)的线圈轴线倾斜以30°至60°之间的倾角(α)倾斜。
7.根据权利要求2至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)按照盘形线圈的样式被卷绕。
8.根据权利要求2至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)按照螺线管线圈的样式被卷绕。
9.根据权利要求8所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，螺线管线圈轴线弯曲地延伸，连接区段(17)围绕该螺线管线圈轴线被卷绕。
10.根据权利要求9所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，螺线管线圈轴线的延伸相应于由励磁线圈装置(1)在运行中产生的局部磁场(21)的磁力线延伸。
11.根据权利要求2至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)卷绕在外横截面为圆形的卷绕体(18)上。
12.根据权利要求2至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)卷绕在外横截面为长形的、在相对置端部(41、42)上倒圆的卷绕体(40)上。
13.根据权利要求2至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，高温超导带状导体(4)的和低温超导金属线(7)的所述第一端部(19、20)设置在连接区段(17)的同一端侧(17a)上，并且所述连接区段(17)被以高温超导带状导体(4)的和低温超导金属线(7)的所述第一端部(19、20)位于径向内侧的方式卷绕。
14.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)具有至少10m的长度。
15.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述扁平的低温超导金属线(7)的宽度(BL)构成为等于高温超导带状导体(4)的宽度(BH)。
16.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，在连接区段(17)的区域中，低温超导金属线(7)的低温超导长丝(13)的包套(14)被完全或部分去除。
17.根据权利要求16所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，在连接区段(17)的区域中，低温超导金属线(7)的低温超导长丝(13)的包套(14)被腐蚀掉或冲刷掉。
18.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，在连接区段(17)的区域中，高温超导带状导体(4)的高温超导层(11)上的一个或多个保护层和/或分流层(12)被去除。
19.根据权利要求18所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，在连接区段(17)的区域中，高温超导带状导体(4)的高温超导层(11)上的一个或多个保护层和/或分流层(12)被腐蚀掉或冲刷掉。
20.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述高温超导带状导体(4)和低温超导金属线(7)在连接区段(17)中借助焊料(16)彼此焊接。
21.根据权利要求20所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述焊料(16)含锡。
22.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述连接区段(17)与被以高温超导带状导体(4)卷绕的线圈段(2)轴向间隔开。
23.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述低温超导金属线(7)具有含NbTi的长丝(13)。
24.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述高温超导带状导体(4)具有含ReBCO的高温超导层(11)，其中，Re是来自稀土族的元素。
25.根据权利要求24所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述高温超导带状导体(4)具有含YBCO的高温超导层(11)。
26.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述励磁线圈装置(1)具有附加低温超导金属线(5)，其中，低温超导金属线(7)和该附加低温超导金属线(5)含有不同的超导低温超导材料；并且低温超导金属线(7)在第二端部(24)前方的第二端部区段(24a)上构成有连接所述附加低温超导金属线(5)一个端部区段的附加接合处(9)，所述第二端部远离高温超导带状导体(4)。
27.根据权利要求26所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述附加低温超导金属线(5)含有Nb3Sn。
28.根据权利要求1至6之一所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，所述励磁线圈装置(1)具有另一低温超导金属线(56)，其中，高温超导带状导体(4)在其第一端部(19)前方的第一端部区段(19a)上构成有连接低温超导金属线(7)的接合处(6)，并且在高温超导带状导体(4)第二端部(51)前方的第二端部区段(51a)上构成有连接所述另一低温超导金属线(56)的另一接合处(54)。
29.根据权利要求28所述的励磁线圈装置(1)，其特征在于，低温超导金属线(7)和所述另一低温超导金属线(56)含有相同的超导低温超导材料。
30.NMR波谱仪(31)，包括根据权利要求1至29之一所述的励磁线圈装置(1)。
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