專利名稱：一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種加強(qiáng)型超導(dǎo)繞組線材結(jié)構(gòu)，可以適用于任何涉及使用超導(dǎo)線材制作的繞組。
背景技術(shù)：
隨著超導(dǎo)電力應(yīng)用研究的不斷深入，超導(dǎo)電力設(shè)備如超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)電機(jī)等正逐步接近實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化水平，這些超導(dǎo)電力設(shè)備的核心部件之一都是超導(dǎo)繞組。由于高溫超導(dǎo)線材的制作工藝復(fù)雜，其機(jī)械強(qiáng)度較傳統(tǒng)導(dǎo)電線材差。目前，無(wú)論是 第一代的Bi-2223/Ag鉍系銀包套帶材，還是第二代YBCO涂層高溫超導(dǎo)帶材，超導(dǎo)體都是脆性氧化物陶瓷材料，較大曲率的彎折會(huì)導(dǎo)致其通流性能變差或折斷。此外，超導(dǎo)繞組工作在低溫和電磁環(huán)境下，還會(huì)受到形變應(yīng)力(熱脹冷縮)和電磁力作用。在各種力的相互作用下，超導(dǎo)線材若無(wú)可靠機(jī)械強(qiáng)度則很容易發(fā)生局部失穩(wěn)或崩斷，不僅使線材正常通流能力受到影響，可能在故障處產(chǎn)生電壓突變，損壞絕緣，其抗短路和過(guò)載能力更無(wú)從談起。雖然，目前一些超導(dǎo)線材生產(chǎn)商提供的加強(qiáng)型超導(dǎo)帶可以對(duì)機(jī)械強(qiáng)度有所增加，但其價(jià)格十分昂貴且焊接工藝性較差。同時(shí)，電力設(shè)備中的超導(dǎo)繞組應(yīng)具有一定的絕緣強(qiáng)度。而不管是哪一種線材包繞絕緣后都不利于導(dǎo)體散熱，尤其是以傳導(dǎo)散熱為主的繞組結(jié)構(gòu)。例如，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置中的超導(dǎo)繞組，很容易因熱傳導(dǎo)效果不好而失超。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其用于繞制超導(dǎo)繞組，能夠大幅度提高超導(dǎo)繞組的機(jī)械強(qiáng)度和抗短路能力，并可增強(qiáng)繞組內(nèi)的熱傳導(dǎo)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案
一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，包括有一組超導(dǎo)線材，該組超導(dǎo)線材至少為一根；其還包括有一組加強(qiáng)線材，該組加強(qiáng)線材至少為一根；所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材相互重疊接觸組合構(gòu)成；至少在各超導(dǎo)線材的外露側(cè)覆有絕緣層。所述超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的一組加強(qiáng)線材為非金屬加強(qiáng)線材和金屬加強(qiáng)線材中的至少一根。所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)中，可以在所有超導(dǎo)線材與加強(qiáng)線材共同的組合材之外包覆公共絕緣層；或是各超導(dǎo)線材包覆絕緣層后與各加強(qiáng)線材再重疊組合。所述的一組加強(qiáng)線材至少包含有一根金屬加強(qiáng)線材時(shí)，在各超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材間加置絕緣層后再共同包覆絕緣層；或各超導(dǎo)線材與各金屬加強(qiáng)線材先分別包覆絕緣層后再重疊組合。所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材均在兩根以上，采用一根超導(dǎo)線材與一根加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置。所述的一組超導(dǎo)線材及所述的一組加強(qiáng)線材包括有兩個(gè)以上的單元組，以一個(gè)單元組超導(dǎo)線材與一個(gè)單元組加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置；其中，所述的各單元組超導(dǎo)線材至少含有一根；所述的各單元組加強(qiáng)線材至少含有一根金屬加強(qiáng)線材和一根非金屬加強(qiáng)線材。本發(fā)明的另一目的是提供一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的方法，利用該方法可制作性能優(yōu)良的超導(dǎo)繞組。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以 下設(shè)計(jì)方案
一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的方法，包括一組超導(dǎo)線材，該組超導(dǎo)線材至少為一根；加入一組加強(qiáng)線材，該組加強(qiáng)線材為非金屬加強(qiáng)線材和金屬加強(qiáng)線材中的至少一根；將該組加強(qiáng)線材與一組超導(dǎo)線材相互重疊接觸；至少在各超導(dǎo)線材的外露側(cè)包覆絕緣層。所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的方法還可進(jìn)一步采用下列方法之一
a)在所有超導(dǎo)線材與加強(qiáng)線材共同的組合材之外包覆公共絕緣層；
b)將各超導(dǎo)線材包覆絕緣層后與各加強(qiáng)線材再重疊組合；
c)一組加強(qiáng)線材至少包含有一根金屬加強(qiáng)線材時(shí)，在各超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材間加置絕緣層后再共同包覆絕緣層；或各超導(dǎo)線材與各金屬加強(qiáng)線材先分別包覆絕緣層后再重疊組合；
d)所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材均在兩根以上時(shí)，采用一根超導(dǎo)線材與一根加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置；
e)所述的一組超導(dǎo)線材及所述的一組加強(qiáng)線材包括有兩個(gè)以上的單元組時(shí)，以一個(gè)單元組超導(dǎo)線材與一個(gè)單元組加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置；其中，所述的各單元組超導(dǎo)線材至少含有一根；所述的各單元組加強(qiáng)線材至少含有一根金屬加強(qiáng)線材。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是解決了超導(dǎo)繞組制作過(guò)程中及超導(dǎo)線材單獨(dú)使用時(shí)機(jī)械特性差、易失穩(wěn)和損壞的問(wèn)題。本發(fā)明不僅可以保證線材的機(jī)械強(qiáng)度，還可以增強(qiáng)繞組的抗短路和過(guò)載能力，避免故障時(shí)，電流急劇變化引起的畸變感應(yīng)電壓損壞絕緣；在特定散熱條件下可增強(qiáng)繞組內(nèi)的熱傳導(dǎo)。


圖I為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的典型態(tài)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)
圖2為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖3為圖2所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)。圖4為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖5為圖4所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)。圖6為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖7為圖6所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)。圖8為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖9為圖8所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面)。圖10為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖11為圖10所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖12為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第六實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體圖)。圖13為圖12所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖14為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第七實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。
圖15為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第八實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖16為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第九實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖17為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖18為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖19為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖20為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖21為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖22為本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的第十四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(截面圖)。圖中
I-超導(dǎo)線材；2_加強(qiáng)線材；21_非金屬加強(qiáng)線材；22_金屬加強(qiáng)線材；3_絕緣層(共同組合材之外包覆)；31_絕緣層(超導(dǎo)線材外包覆)；321_絕緣層(非金屬加強(qiáng)線材外包覆)；322-絕緣層(金屬加強(qiáng)線材外包覆)33-絕緣層(超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材間加置)。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式參閱圖I所示，本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)主要包括有一組超導(dǎo)線材1，該組超導(dǎo)線材至少為一根；其還包括有一組加強(qiáng)線材2，該組加強(qiáng)線材亦至少為一根；所述的一組超導(dǎo)線材I與一組加強(qiáng)線材2相互重疊接觸組合構(gòu)成；至少在各超導(dǎo)線材I的外露側(cè)覆有絕緣層31。所述的一組加強(qiáng)線材2可以是非金屬加強(qiáng)線材21和金屬加強(qiáng)線材22中的一種或兩種混合，可以是一根、兩根或多根。所述的金屬加強(qiáng)線材可以選用導(dǎo)電材料，如鋼材、金、銀、銅或鋁等等。所述的非金屬加強(qiáng)線材可以選用耐低溫性能的絕緣材料，如四氟、尼龍或聚酰亞胺等等。本發(fā)明超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)的形式可以是多種形式，下面以多個(gè)實(shí)施例舉例說(shuō)明
第一實(shí)施例參見(jiàn)圖2、圖3，為一根超導(dǎo)線材I與一根非金屬加強(qiáng)線材21的組合，在超導(dǎo)線材I與非金屬加強(qiáng)線材21相互重疊接觸構(gòu)成的共同組合材之外包覆公共絕緣層3。第二實(shí)施例參見(jiàn)圖4至圖5，為一根超導(dǎo)線材I與一根非金屬加強(qiáng)線材21的組合，先將超導(dǎo)線材I包覆絕緣層31，再與非金屬加強(qiáng)線材21相互重疊接觸構(gòu)成組合材。第三實(shí)施例參見(jiàn)圖6至圖7，為一根超導(dǎo)線材I與一根金屬加強(qiáng)線材22的組合，同樣是在超導(dǎo)線材I與金屬加強(qiáng)線材22相互重疊接觸構(gòu)成的共同組合材之外包覆公共絕緣層3。第四實(shí)施例參見(jiàn)圖8至圖9，為一根超導(dǎo)線材I與一根金屬加強(qiáng)線材22的組合，先在超導(dǎo)線材I與金屬加強(qiáng)線材間加置一絕緣層33，再在超導(dǎo)線材I與金屬加強(qiáng)線材22構(gòu)成的共同組合材之外包覆公共絕緣層3。第五實(shí)施例參見(jiàn)圖10至圖11，為一根超導(dǎo)線材I與一根金屬加強(qiáng)線材22的組合，先將超導(dǎo)線材I和金屬加強(qiáng)線材22分別包覆絕緣層31、32后再重疊組合。第六實(shí)施例參見(jiàn)圖12至圖13，為一根超導(dǎo)線材I與一根金屬加強(qiáng)線材22的組合，只將超導(dǎo)線材I包覆絕緣層32，再和金屬加強(qiáng)線材22重疊組合。第一至第二實(shí)施例中，所示的組合結(jié)構(gòu)均可起到對(duì)超導(dǎo)線材機(jī)械加強(qiáng)的作用；而、第三至第五實(shí)施例中，由于采用了超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材組合結(jié)構(gòu)，不僅可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，還可提高抗短路和過(guò)載的能力，金屬線材可起到分流，電壓等位作用，避免超導(dǎo)線材故障時(shí)電流急劇變化，感應(yīng)電壓損壞絕緣；第六實(shí)施例中，所示組合結(jié)構(gòu)不僅可以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，提高抗短路和過(guò)載能力，由于金屬加強(qiáng)線材不做絕緣處理，且與超導(dǎo)線材以最大接觸面積接觸，其導(dǎo)熱能力比單獨(dú)的超導(dǎo)線材要好很多，增強(qiáng)了繞組內(nèi)的熱傳導(dǎo)。第一至第六實(shí)施例中，僅僅舉例的是一根超導(dǎo)線材與一根加強(qiáng)線材(非金屬加強(qiáng)線材或金屬加強(qiáng)線材)的組合；除此之外，亦可以是一組加強(qiáng)線材為一根非金屬加強(qiáng)線材21和一根金屬加強(qiáng)線材22,如圖14、圖15和圖16所不的第七、第八和第九實(shí)施例,可以是在三者(超導(dǎo)線材I、非金屬加強(qiáng)線材21和金屬加強(qiáng)線材22)構(gòu)成的共同組合材之外包覆公共絕緣層3 ;或可以是在兩者(超導(dǎo)線材I和非金屬加強(qiáng)線材21，或超導(dǎo)線材I和金屬加強(qiáng)線材22)構(gòu)成的共同單元組合材之外包覆公共絕緣層3后再與金屬加強(qiáng)線材21或非金屬加強(qiáng)線材22重疊接觸組合，參見(jiàn)圖17至圖20所示的第十至第十三實(shí)施例；或可以是在兩者(超導(dǎo)線材I和金屬加強(qiáng)線材22)間加置一絕緣層33后再與非金屬加強(qiáng)線材21重疊接觸組合，在該組合材之外整體包覆公共絕緣層3，參見(jiàn)圖21所示的第十四實(shí)施例；或還可以 是在超導(dǎo)線材I包覆絕緣層31后再與非金屬加強(qiáng)線材21、金屬加強(qiáng)線材22重疊接觸組合，參見(jiàn)圖22所示的第十五實(shí)施例。同樣，可以是一組(兩根以上)超導(dǎo)線材與一組(兩根以上)加強(qiáng)線材的組合。上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說(shuō)明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本申請(qǐng)專利的保護(hù)范圍。本發(fā)明加強(qiáng)型超導(dǎo)繞組線材的構(gòu)成形式還可以是更多，此處不一一列舉，本發(fā)明的主創(chuàng)點(diǎn)是以超導(dǎo)線材為基礎(chǔ)體,加入加強(qiáng)線材組成共同體,可以根據(jù)需要,進(jìn)行不同的組合，以滿足各種要求加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度；提高抗短路和過(guò)載的能力；起到分流，電壓等位作用；避免超導(dǎo)線材故障時(shí)電流急劇變化；感應(yīng)電壓損壞絕緣；提聞抗短路和過(guò)載能力、導(dǎo)熱能力。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，包括有一組超導(dǎo)線材，該組超導(dǎo)線材至少為一根；其特征在于還包括有一組加強(qiáng)線材，該組加強(qiáng)線材至少為一根；所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材相互重疊接觸組合構(gòu)成；至少在各超導(dǎo)線材的外露側(cè)覆有絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的一組加強(qiáng)線材為非金屬加強(qiáng)線材和金屬加強(qiáng)線材中的至少一根。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于在所有超導(dǎo)線材與加強(qiáng)線材共同的組合材之外包覆公共絕緣層；或是各超導(dǎo)線材包覆絕緣層后與各加強(qiáng)線材再重疊組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的一組加強(qiáng)線材至少包含有一根金屬加強(qiáng)線材時(shí)，在各超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材間加置絕緣層后再共同包覆絕緣層；或各超導(dǎo)線材與各金屬加強(qiáng)線材先分別包覆絕緣層后再重疊組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材均在兩根以上，采用一根超導(dǎo)線材與一根加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的一組超導(dǎo)線材及所述的一組加強(qiáng)線材包括有兩個(gè)以上的單元組，以一個(gè)單元組超導(dǎo)線材與一個(gè)單元組加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置；其中，所述的各單元組超導(dǎo)線材至少含有一根；所述的各單元組加強(qiáng)線材至少含有一根金屬加強(qiáng)線材和一根非金屬加強(qiáng)線材。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的金屬加強(qiáng)線材選用導(dǎo)電材料；所述的非金屬加強(qiáng)線材選用耐低溫性能的絕緣材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)電材料為鋼材、金、銀、銅和鋁中的一種；所述的非金屬加強(qiáng)線材為四氟、尼龍和聚酰亞胺中的一種。
9.一種超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的方法，包括一組超導(dǎo)線材，該組超導(dǎo)線材至少為一根；其特征在于加入一組加強(qiáng)線材，該組加強(qiáng)線材為非金屬加強(qiáng)線材和金屬加強(qiáng)線材中的至少一根；將該組加強(qiáng)線材與一組超導(dǎo)線材相互重疊接觸組合；至少在各超導(dǎo)線材的外露側(cè)包覆絕緣層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超導(dǎo)繞組線材加強(qiáng)的方法，其特征在于進(jìn)一步采用下列方法之一 a)在所有超導(dǎo)線材與加強(qiáng)線材共同的組合材之外包覆公共絕緣層； b)將各超導(dǎo)線材包覆絕緣層后與各加強(qiáng)線材再重疊組合； c)一組加強(qiáng)線材至少包含有一根金屬加強(qiáng)線材時(shí)，在各超導(dǎo)線材與金屬加強(qiáng)線材間加置絕緣層后再共同包覆絕緣層；或各超導(dǎo)線材與各金屬加強(qiáng)線材先分別包覆絕緣層后再重疊組合； d)所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材均在兩根以上時(shí)，采用一根超導(dǎo)線材與一根加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置； e)所述的一組超導(dǎo)線材及所述的一組加強(qiáng)線材包括有兩個(gè)以上的單元組時(shí)，以一個(gè)單元組超導(dǎo)線材與一個(gè)單元組加強(qiáng)線材周期性間隔設(shè)置；其中，所述的各單元組超導(dǎo)線材至少含有一根；所述的各單元組加強(qiáng)線材至少含有一根金屬加強(qiáng)線材。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種加強(qiáng)型超導(dǎo)繞組線材，包括有一組超導(dǎo)線材，該組超導(dǎo)線材至少為一根；其還包括有一組加強(qiáng)線材，該組加強(qiáng)線材至少為一根；所述的一組超導(dǎo)線材與一組加強(qiáng)線材相互重疊接觸組合構(gòu)成；至少在各超導(dǎo)線材的外露側(cè)覆有絕緣層。所述的一組加強(qiáng)線材為非金屬加強(qiáng)線材和金屬加強(qiáng)線材中的至少一根。其用于繞制超導(dǎo)繞組，能夠大幅度提高超導(dǎo)繞組的機(jī)械強(qiáng)度和抗短路能力，并可增強(qiáng)繞組內(nèi)的熱傳導(dǎo)。
文檔編號(hào)H01B12/02GK102751041SQ20121024015
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者信贏, 張敬因, 洪輝, 王海珍, 龔偉志 申請(qǐng)人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司