CN101006527A - 电导体缆线及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于电流的长距离传输的电导体缆线。该导体缆线包括多个单独的圆柱形的非导电部件。该导电缆线还包括位于芯体外部的导电构件。还提供一种形成所述导体缆线的方法。

Description

电导体缆线及其形成方法
技术领域
本发明涉及被设计用于在支撑杆或支架塔之间传输电力的电导体缆线的领域，更具体地说，涉及电导体缆线及其形成方法。
背景技术
现有技术教导由被设计成承载包括诸如铝或铜导体的电导体的整个缆线的钢部件或支撑构件来形成电传输导体。通常，导体封装在钢支撑构件的包皮层中。
近年来，对电缆线的兴趣增加，在所述电缆线中，当缆线在彼此距离相当大距离的一对立杆之间跨越时，要有加固型塑料复合物部件，即使不是承载所有负载，其也会承载缆线的负载的大部分。
在2001年12月28日提交的第10/037,814号美国专利申请中阐述了一种公知装置，其中，一个或多个电导体围绕包括加固型塑料复合物部件的承载负载的芯体。芯体包括各个梯形的片，其按用于形成圆柱芯体的方式连接在一起。为了允许内部承载光缆或其它消息承载缆线，需要这种类型的结构。然而，在很多情况下，没有使用消息承载缆线，因此，不需要涉及梯形芯体部件的复杂结构。
其它努力关注于限制缆线中的“垂度”，其作为通过传输电力所生成的热量以及由其自身重量随时间加在缆线上的负载的结果而产生。热塑性塑料和玻璃纤维都已经用于支撑导体缆线，但两种材料显示出垂度随时间改变的趋势。
导体缆线必须还能够承受由于将缆线盘绕在用于存储和/或传送的卷轴(spool)或电缆盘(drum)上而产生的内部力量。然而，对于承受缆线的负载显示出充足刚性的芯体部件会使得其难以进行盘绕。
导体缆线经受由风产生的振动而导致的振荡，这反过来导致缆线的金属部分的金属疲劳。
因此，需要可充分支撑缆线的负载并可廉价且高效地制造的缆线支撑结构。还需要可关于卷轴高效进行盘绕并且当悬挂时可减少由风产生的振动的影响的缆线。
发明内容
本发明具体针对现有技术的缺点。更具体地说，本发明教导一种电导体缆线及其形成方法，其中，在电导体缆线中，中心支撑芯体包括多个单独的不导电的圆柱形的芯体部件以及位于芯体的外部表面的导电构件。
在一个示例性实施例中，芯体部件包括诸如玻璃纤维环氧树脂化合物的加固型塑料复合物材料。芯体部件中的每一个可有效地被拉挤，即它们通过在其中加热树脂并允许浸渗纤维并进行固化的挤压类型装置而被拉出。还可使用包括其它纤维性材料和其它树脂的其它形式的加固型塑料复合物材料。还能够使用各个芯体的混合，其中所述芯体中的某些与其它芯体具有不同的特性。例如，可将碳复合物芯体与多个玻璃复合物芯体混合。碳纤维芯体具有低的徐变和高的张力强度，而玻璃纤维芯体较便宜并且垂度较小。
中心芯体还可包括芯体部件，所述芯体部件包括以具有高基质(matrix)软化温度的可固化树脂基质浸渗的纤维性绞合线(strand)。可用紫外线硬化技术来形成这样的芯体部件，其中，通过挤压类型模具(die)来推挤材料，其后由紫外光固化。紫外光使树脂相对快地固化，从而可采用每分钟多于一百英尺的速度，而拉挤受限于非常低的速度。然而，拉挤可采用多模具，其中，例如，可同时挤压8-10个芯体部件。通常由于所涉及的高速度而在某个时间对一个芯体部件执行紫外光固化工艺。由于圆柱芯体部件比其它更复杂的形状更容易拉挤，并且可同时拉挤许多芯体部件，同时紫外光固化方法采用以其它方式不可获得的高速，因此每一工艺提供减少的成本。
芯体部件可单独形成，并可被缠绕在一起或另外按大体上圆柱形的芯体布置在一起。多个芯体部件可通过允许高速细丝缠绕的几何稳定工艺而扭绞在中心的单独的芯体部件的周围。芯体部件包围在包皮层中，随着芯体部件被布置在一起，可同时将芯体部件放置在包皮层中。包皮层充当保护芯体部件不受水影响的作用，并可包括塑模的玻璃纤维或玻璃纤维带。在可选实施例中，没有包皮层被包括在缆线中。
多部件芯体在减少制造成本以及尤其是缠绕成本方面是有效的。各个芯体部件的对称性允许以扭绞的方式形成总的中心芯体，从而其是几何稳定的，并需要可按高速运行的简单缠绕机器。
根据本发明的芯体部件可被扭绞或可保持不扭绞。在某些情况下，扭绞部件允许对电缆盘或相似的设备的较大的缠绕能力。然而，圆柱形的芯体部件的一般使用允许本发明中的芯体容易地并且无困难地缠绕在卷轴上并且从卷轴解开，而不会使缆线降低性能。
使用由多个芯体部件形成的圆柱形的芯体不仅使制造更有效且成本更低，而且完成的缆线更容易接合。就各个芯体部件来说，接合处理不需要处理复杂形状，诸如梯形芯体部件，这简化了接合工艺。
本发明提供的较小的拉挤的部件远比现有技术构造中的部件更灵活，这还进一步有助于简化在卷轴或电缆盘上缠绕缆线。因此，多芯体缆线更加灵活，接合更加可靠。
缆线的导电部件可以是围绕和包围芯体和包皮层的圆柱形的电导体。可通过本领域公知的高速细丝缠绕工艺在芯体和包皮层上放置导体。在该工艺中，导电材料沿着芯体的长度在一个方向上螺旋地缠绕。可沿着芯体的长度(优选地在与第一缠绕的方向相反的方向上)执行导电材料的第二螺旋缠绕。
在示例性实施例中，导电部件包括多个单独的通常是圆柱形的延伸导电元件，其结合在一起围绕因此形成的芯体和包皮层。在可选实施例中，通过梯形电线形成导电材料，当沿着芯体的长度螺旋缠绕时，梯形电线创建基本类似包皮层的外部导电表面。虽然应理解，加固型复合物部件可在导电芯体周围伸展，但在本发明的这些实施例中，芯体组成加固型塑料复合物部件。
本发明的一个明显优点在于，在使用圆柱芯体部件形成缆线的中心芯体的情况下，形成芯体部件比梯形部件要便宜得多。按照该方式，可使用简单的标准拉挤布置。在梯形部件的情况下，需要使用特殊模具等。此外，通过使用圆柱形的芯体部件，吞吐量速率大幅增加。
本发明的另一明显优点在于，可在当前使用传统缆线并且将它们以相同的方式精确地安装的位置处精确地使用导体缆线。因此，可用低成本，更重要的是，在现有缆线放置设备的情况下，容易地完成本发明的缆线的替换。
多部件芯体的另一明显优点在于抑止所述部件的影响。各个芯体部件的表面之间的摩擦具有对由风产生的振动的阻力。
本发明的另一明显优点在于，用于包括电导体缆线的芯体的材料具有大于是钢的一半的热延展(thermal expansion)系数。这种芯体中的较低的热延展系数与导电材料的热延展系数结合，并通过混合定律提供小于采用具有比本发明所使用的材料的热延展系数大的钢或其它材料的传统导体缆线更小的延展(因此下垂较小)。
本发明从而提供一种独特和新颖的电导体缆线，从而其实现所有上述目的以及其它目的，在对本发明的可实施的形式进行考虑的情况下，所述目的将变得更容易理解。
在示例性实施例中，提供一种用于电流的长距离传输的电导体缆线。该缆线包括多个单独的圆柱形的非导体部件。所述部件一起构成大体上圆柱形的芯体。还提供位于圆柱形的芯体的外表面的导电构件。该导电构件提供电流的传输，芯体基本上承载由缆线施加的全部负载。
在另一示例性实施例中，芯体部件包括碳复合物材料。在另一示例性实施例中，芯体部件包括玻璃复合物材料。在另一示例性实施例中，芯体部件包括加固型塑料材料。在另一示例性实施例中，芯体部件包括碳复合物材料、玻璃复合物材料以及加固型塑料材料的任意组合。
在另一示例性实施例中，使用紫外光固化芯体部件。在另一示例性实施中，在中心芯体部件周围扭绞芯体部件。在另一示例性实施例中，在卷轴周围盘绕导体缆线。
在另一示例性实施例中，圆柱形的包皮层围绕中心芯体。在另一示例性实施例中，六个芯体部件螺旋缠绕在中心芯体部件周围。
在另一示例性实施例中，提供一种用于形成电导体缆线的方法。该方法包括：用树脂浸渗芯体部件材料。该方法还包括：拉挤经浸渗的芯体部件材料以形成多个芯体部件，布置芯体部件以形成芯体，形成外部导电表面，以及在芯体部件周围放置外部导电表面，芯体部件和外部导电表面的组合形成所述电导体缆线。
在另一示例性实施例中，每一芯体部件具有圆柱形的形状。在另一示例性实施例中，在拉挤之后，布置芯体部件以形成大体上圆柱的芯体。在另一示例性实施例中，芯体部件包括从包含碳复合物材料、玻璃复合物材料以及加固型塑料材料的群组中选择的材料。
在另一示例性实施例中，布置包括：在中心芯体部件的长度周围螺旋缠绕芯体部件。在另一示例性实施例中，该方法还要求在卷轴周围盘绕电导体缆线。在另一示例性实施例中，形成外部导电表面包括：在芯体的长度周围螺旋盘绕导电构件。
在另一示例性实施例中，提供一种用于形成电导体缆线的方法。该方法包括：用可固化的树脂浸渗芯体部件材料，拉伸芯体部件材料通过用于形成芯体部件的模具，以紫外光固化树脂，布置芯体部件以形成芯体，形成外部导电表面，以及以外部导电表面围绕芯体部件，其中，芯体部件和外部导电表面的组合形成所述电导体缆线。
在另一示例性实施例中，芯体部件具有圆柱形的形状。在另一示例性实施例中，芯体部件包括从包含碳复合物材料、玻璃复合物材料以及加固型塑料材料的群组中选择的材料。
在另一示例性实施例中，布置包括：在中心芯体部件的长度周围螺旋缠绕芯体部件。
在另一示例性实施例中，该方法还要求：在卷轴周围盘绕电导体缆线。在另一示例性实施例中，形成外部导电表面要求：在芯体的长度周围螺旋盘绕导电构件。
在附图中更充分的示出本发明，并且本发明在本发明的下面的详细描述中描述。然而，应理解，仅为了示出本发明的一般原理的目的而阐述附图和详细描述。
附图说明
因此，参照附图以通用术语描述本发明，其中：
图1是本发明的示例性实施例的端示图；
图2是图1的示例性实施例的透视图。
具体实施方式
本发明教导一种电导体缆线以及形成该电导体缆线的方法，其中，在所述电导体缆线中，中心支撑芯体包括多个单独的不导电的圆柱形的芯体部件，导电构件位于芯体的外部表面上。
图1示出本发明的示例性实施例的端示图。示出电导体缆线10。电导体缆线10包括芯体12，其具有外部包皮层14和芯体部件16。缆线10还包括导电外部表面18，其位于芯体12的包皮层14之上。
芯体12的芯体部件16可通过加固型塑料复合物、碳纤维复合物或玻璃复合物或其任意组合来形成。可用任意已知方法以树脂浸渗和固化用于形成芯体部件16的材料，所述已知方法包括在拉挤工艺期间进行固化或通过紫外光进行固化。在以树脂浸渗之前，芯体部件可还涂敷抗腐蚀玻璃层，因此确保在固化的树脂基质中的任何破裂不会对缆线的抗腐蚀能力产生消极影响。由于抗腐蚀玻璃比普通玻璃昂贵，因此仅使用抗腐蚀玻璃作为涂敷，而不是形成芯体部件16，从而减少制造成本。
可通过拉挤工艺形成本发明的芯体部件16。可从以树脂浸渗的外部导电表面分别地或同时地拉挤芯体部件16。每一独立芯体部件可放置在卷轴上。通过加热或通过在拉挤工艺期间加热的模具来固化树脂。此外，可通过拉伸以树脂浸渗的芯体部件材料通过模具来形成芯体部件16。其后，使用紫外光固化拉伸的芯体部件。示例性实施例中的芯体部件材料可包括加固型塑料复合物、碳纤维复合物或玻璃复合物或其任意组合。在示例性实施例中，树脂是热固树脂。在示例性实施例中，芯体部件基本上是图1所示的圆柱形的。可通过前述工艺中的任意工艺来实现这一点。
其后，可由缠绕机器一起缠绕芯体部件16或以其它方式将其一起布置在大体上圆柱形的芯体12中。在示例性实施例中，中心芯体部件充当中心点，在其周围螺旋地缠绕另外六个芯体部件16。各个芯体部件的缠绕可以是锐的(sharp)或钝的(lazy)，但在示例性实施例中，每中心芯体部件的长度的3英尺在中心芯体部件的圆周周围包括一个旋转。
可用模制的玻璃纤维、或玻璃纤维带或用于保护芯体部件不受到水或其它外部腐蚀材料侵蚀的其它材料来制造芯体12的包皮层14。在可选实施例中，不出现包皮层14。
图1和图2示出缆线10的导电外部表面18。为了清楚，图2示出具有交错的不同层的电导体缆线10。导电外部表面18可包括任意公知导电材料，例如铜或铝，其可被挤压或另外以任意传统金属形成操作来形成。导电外部表面材料18通过缠绕机器(例如高速细丝缠绕机器)放置在芯体12和包皮层14上。缆线的导电外部表面包括一层或多层导电构件20。在示例性实施例中，导电构件20包括1/8英寸圆柱电线。第一组电线在限定第一层22的一个方向上沿着芯体12的长度螺旋地盘绕，第二组电线在限定第二层24的相反方向上螺旋地盘绕。此外，梯形电线用于形成层，因此创建基本类似包皮层的外部导电表面。
在示例性实施例中，导体缆线直径近似1英寸，而芯体在大于1/3至大约1/2英寸的范围中的某个点处。各个芯体部件的直径是大约1/6英寸至大约1/8英寸，但可根据所使用的芯体部件的数量而改变。在示例性实施例中，除了具有用于传输电力以在当前系统中运行的足够的容量之外，当悬挂电力线等时，本发明的缆线能够支撑其自身重量。
在另一示例性实施例中，芯体部件16可交织或扭绞在一起。在另一示例性实施例中，导电缆线包括在导电外部表面18周围的保护和/或绝缘包皮层。
当被形成时，导电线缆10可缠绕在用于传输或存储的卷轴或电缆盘上。用于形成线缆的几何结构和材料允许缠绕在卷轴或电缆盘上或从其上解开，而不对缆线的结构产生损坏。
虽然已经通过示例性实施例描述了本发明，但应理解，已经使用的词语是描述性的词语，而并非限制性的词语。因此，在不脱离本发明的真实范围和精神的情况下，可在所附权利要求的范围内进行改变。

Claims (24)

1、一种用于电流的长距离传输的电导体缆线，包括：
多个单独的圆柱形的非导电部件，其中，所述部件一起构成大体上圆柱形的中心芯体；以及
位于圆柱形的芯体的外部表面上的导电构件，其中导电构件提供电流的传输，其中芯体基本上承载由缆线施加的全部负载。
2、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述芯体包括碳复合物材料。玻璃复合物材料和加固型塑料材料
3、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述芯体包括玻璃复合物材料。
4、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述芯体包括加固型塑料材料。
5、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，芯体部件包括从包含碳复合物材料、玻璃复合物材料和加固型塑料材料的群组中选择的材料。
6、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述芯体部件中的每一个由抗腐蚀层所围绕。
7、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，使用紫外光来固化所述芯体部件。
8、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述芯体部件扭绞在中心芯体周围。
9、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，所述导体缆线盘绕在卷轴周围。
10、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，圆柱形的包皮层围绕所述中心芯体。
11、如权利要求1所述的电导体缆线，其中，仅六个芯体部件螺旋缠绕在中心芯体部件周围。
12、一种用于形成电导体缆线的方法，包括：
用树脂浸渗芯体部件材料；
拉挤经浸渗的芯体部件材料以形成多个芯体部件；
布置芯体部件以形成芯体；
形成外部导电表面；以及
在芯体部件周围放置外部导电表面，芯体部件和外部导电表面的组合形成所述电导体缆线。
13、如权利要求12所述的方法，其中，所述芯体部件具有圆柱形的形状。
14、如权利要求12所述的方法，其中，在拉挤之后，布置芯体部件以形成大体上圆柱的芯体。
15、如权利要求12所述的方法，其中，所述芯体部件包括从包含碳复合物材料、玻璃复合物材料和加固型塑料材料的群组中选择的材料。
16、如权利要求12所述的方法，其中，布置的步骤包括：在中心芯体部件的长度周围螺旋地缠绕芯体部件。
17、如权利要求12所述的方法，还包括：在卷轴周围盘绕电导体缆线。
18、如权利要求12所述的方法，其中，形成外部导电表面包括：在芯体的长度周围螺旋地盘绕导电构件。
19、一种用于形成电导体缆线的方法，包括以下步骤：
用树脂浸渗芯体部件材料；
将芯体部件材料拉伸通过用于形成芯体部件的模具；
利用紫外线光来固化所述树脂；
布置所述芯体部件以形成芯体；
形成外部导电表面；以及
用外部导电表面围绕芯体，其中芯体部件和外部导电表面的组合形成所述电导体缆线。
20、如权利要求19所述的方法，其中，所述芯体部件具有圆柱形的性状。
21、如权利要求19所述的方法，其中，所述芯体部件包括从包含碳复合物材料、玻璃复合物材料和加固型塑料材料的群组中选择的材料。
22、如权利要求19所述的方法，其中，布置的步骤包括：在中心芯体部件的长度周围螺旋地缠绕芯体部件。
23、如权利要求19所述的方法，还包括：在卷轴周围盘绕电导体缆线。
24、如权利要求19所述的方法，其中，形成外部导电表面的步骤包括：在芯体的长度周围螺旋地盘绕导电构件。
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