CN102569635A - 用于制造超导电导体的方法和超导电导体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造超导电导体的方法，该超导电导体具有陶瓷材料作为超导材料。为了实施该方法，使金属带(3)围绕大量扁平的、涂有超导陶瓷材料的载体的条片(1)沿纵向成型为带有沿纵向延伸的缝隙的管道，将管道在所述缝隙处相邻的边缘相互焊接。通过不断的换位，将所述条片(1)输送给所述管道，使得各条片在所述导体的走向上处于所述导体横截面中的不同位置。随后将通过焊接工艺封闭的管道(9)减小到大致相当于包裹位于所述管道中的所有条片(1)的包络线的净宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造超导电导体的方法，该超导电导体具有陶瓷材料作为超导材料。此外本发明还涉及一种超导电导体(EP 1 916 720B1)。
背景技术
需要通过按本发明的方法制造的超导电导体由一种复合材料组成，该复合材料的超导陶瓷材料在足够低的温度下转变为超导状态。只要不超过确定的电流强度，由这种材料制成的导体的直流电阻在充分冷却的情况下为零。合适的陶瓷材料例如是BSCCO(铋-锶-钙-铜-氧化物)或ReBCO(稀土-钡-铜-氧化物)，尤其是YBCO(钇-钡-铜-氧化物)。使这种材料进入超导状态的足够低的温度例如在67K至110K之间。合适的冷却剂例如是氮气、氦气、氖气和氢气或这些物质的混合物。
US-A-5 739 086描述了不同的用于制造带状的称作高温超导体的电导体的方法。对于BSCCO超导体，将例如粉末状的BSCCO材料填充入银质管道中并且压实。通过管道的机械变形和随后的热处理(退火)达到超导状态。对于YBCO超导体，首先在例如双轴向纹理的金属带上涂覆至少一层作为基底的缓冲层，再在该缓冲层上涂覆YBCO材料。双轴向纹理的基底例如由镍、铜或铁或这些材料的合金组成。对于缓冲层可以使用例如铜或银。最后同样通过热处理将YBCO材料置于超导状态。这样制备的超导体可以如已提及那样有利地使用在用于电动马达和磁铁的电缆以及绕组中。但该超导体由于其带状的形状只能在一个方向上弯曲。
通过按开头所述的EP 1 916 720B1的方法，制造一种圆形的超导体，该圆形的超导体可以与传统金属线一样地加工，而不必在弯曲时保持一个特殊的方向。通过这种已知的方法，首先使作为带状物存在的、具有纹理的金属基底在其纵向上围绕长条形的、带有圆形横截面的金属载体成型为切缝管，该切缝管具有沿纵向延伸的、在缝隙处相邻的边缘。随后通过缝隙的焊接将切缝管封闭。之后使封闭的管道贴靠在载体上。接着将超导的陶瓷材料涂覆到管道上，最后实施热处理。这种方法在实践中证明是可行的。但为其实施需要较大的耗费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可简单实施的用于制造超导电导体的方法，该电导体对直流电和交流电的传递来说均在整个横截面上具有均匀的电流分布。
该技术问题通过一种用于制造超导电导体的方法解决，该超导电导体具有陶瓷材料作为超导材料，按本发明，
-使金属带围绕大量扁平的、涂有超导陶瓷材料的载体条片沿纵向成型为带有沿纵向延伸的缝隙的管道，将管道在缝隙处相邻的边缘相互焊接，
-通过不断的换位将条片输送给所述管道，使得各条片在导体的走向上处于导体横截面中的不同位置，以及
-随后将通过焊接工艺封闭的管道减小到大致相当于包裹位于管道中的所有条片的包络线的净宽。
在运用这种方法时，只需从具有涂覆有超导材料的载体的预制带上切割下一些条片并且引入管道中。所述管道例如在EP 1 916 720B1公开的技术中由纵向延伸的金属带成型并且被焊接成封闭的管道。封闭的管道的净尺寸最后减小到使得它尽可能紧贴包绕全部条片，而不会施压到这些条片上。超导材料在制成的导体中受到防机械损伤保护地安置在管道的内部。因此，通过该方法制造的导体可以不用特别预防措施地使用并且通过商业上常用装置加工。通过条片在它们输入管道中时的不断换位还会使在交流电工作时已知的集肤效应在导体横截面中的电流分布方面得到中和，因为通过采用这种方法即使在交流电工作时电流也会流过所有的条片。这一点结合大量位于管道中的具有超导材料的条片会导致在交流电工作时导体在相应的电缆中只产生很小的交流电损失。
除了条片外，有利地将填料引入管道中，该填料与条片共同填满管道的净尺寸。这种材料优选是一种在较低温度时熔化的金属，将这种金属在液态或粘稠状态中填充入仍然敞开的管道中。在制成的导体中，该金属在凝固状态下包绕具有超导材料的条片，从而可以通过一般的接触元件实现该导体与其它电导体的导电连接。
附图说明
根据附图在实施例中阐述本发明的方法以及由此制成的导体。在附图中：
图1是实施按本发明方法的装置的示意图；
图2是沿剖切线II-II剖切图1得到的放大横截面；
图3是沿剖切线III-III剖切图1得到的按本发明导体的放大横截面；
图4是具有相对图2和3变化的横截面形状的导体；
图5和6是按图1的装置的两个不同实施形式的细节。
具体实施方式
对于按本发明的导体来说，一般采用ReBCO，尤其是YBCO作为超导材料，YBCO在以下的说明中被视作特殊的ReBCO材料。
例如从开头提及的US-A-5739086中得知如何制造带有在其上涂覆YBCO的载体的带。这种带可以从市场上获得。它们的宽度例如在4厘米至10厘米之间。
为实施按本发明的方法，将预加工的涂有YBCO的带切分成宽例如为0.2毫米至4毫米的条片。以下所使用的词语“条片”是一种由涂有YBCO的载体构成的狭窄的扁平条片。首先可以将这些条片从所述带上切割下并且卷绕到卷轴上。但这些条片也可以在切割过程之后直接被继续加工。
为了制造超导体，首先可以有利地使一条金属带围绕大量扁平的、具有超导材料的条片纵向延伸地成型为一个外壳并且焊接，而在此时不用进行条片的不断换位。按这种方式产生了含有大量条片的圆导线。通过将多根这种预加工的圆导线以预先给定的扭绞节距相互绞合(并且没有反向扭绞)，实现了条片在导体横截面中的不断换位。在此可以附加地设置中央的核心元件，圆导线围绕该核心元件绞合。由于作为绞合元件的圆导线没有进行反向扭绞，所以在如此合成的横截面结构中，亦即在导体横截面中实现了条片的换位。这使得所有的条片到导体中心的距离沿导体长度平均后得到的平均距离均相等。由此实现交流电流在条片或导体中的平均分布。
按本发明的方法可以与只示意性地描述用于输送具有超导材料的条片的可能装置的图5和图6相应地，例如如下地实施：
借助未示出的卸料装置使大部分条片1沿箭头2的方向移动。在此，条片1穿过导引装置FE，该导引装置FE可能的工作方式将在后面根据图5和图6阐述。在导引装置FE中，条片1不断地进行换位。当条片1离开导引装置FE之后，绕着条片1将一条可以与条片1一样借助相同的卸料装置从卷轴4上取下的金属带3在由两个滚子5和6表示的成型单元7中沿纵向成型为一根带有沿纵向延伸的缝隙的管道，金属带3的边缘在该缝隙处相邻。之后将缝隙在焊接装置8中焊接。由此封闭的管道9从图2中得知。条片1位于管道9的下部区域内，该管道9在上部区域内通过焊缝10封闭。
金属带3例如可以由铜、铝或优质钢构成，但也可以由这些材料的合金，例如青铜构成。
在沿卸料方向(箭头2)紧接着的拉伸单元11中，将管道9减小至大致相当于包裹位于管道9中的所有条片1的包络线的净宽，使得管道9几乎接触条片1，而不施压到这些条片上。由此制成的超导体12例如由图3得知。
可以借助输送单元13附加地将填料填充入仍然敞开的管道中。作为填料优选使用低熔点的金属，该金属在液态或粘稠状态下填充入管道中并且在室温下以及尤其在较低的、用于产生超导性的温度下是固态的。这种金属例如是在大致为73摄氏度至77摄氏度时熔化的伍德合金，或熔点为大约95摄氏度的罗氏铋合金。
导体9或12按图2和图3设计成圆形。但该导体还可以具有非圆形的横截面，例如具有多边形的横截面形状。各横截面形状可以有利地在拉伸单元11中形成。在图4中示出的优选实施形式中，导体12具有大致呈梯形的、带有两个相对置的拱曲侧面的横截面。这种导体尤其适合作为单个元件以便构造由大量这种导体组成的绞线。
导引单元FE可以构造不同。该导引单元FE应当根据可能性与传统的由电缆技术已知的元件一同工作。由图5和图6得知导引单元FE的两种可能的实施形式。
按图5的导引单元FE具有大量仅示意表示的凸轮盘或盘形凸轮14，该盘形凸轮14在实施方法时围绕其轴线转动。杆件15以其一端抵靠在盘形凸轮14的周向曲面上，杆件15在其另一端上分别配有小环16，在实施该方法时这些小环16分别由至少一个条片1导引穿过。通过盘形凸轮14的转动，小环16沿双向箭头17的方向来回移动。小环由此不断地处于管道9横截面中的不同位置，管道9在图5中通过用虚线画出的圆圈18表示。
盘形凸轮14可以连续地以相同的速度围绕其轴线转动，从而形成条片1在导体横截面中有针对性的、系统的分布。但盘形凸轮也可以以变化的速度驱动。这导致条片1在导体横截面中更随机地分布。
在该方法的另一种实施形式中，首先可以在预加工中将条片1联合成多股分别卷绕到卷轴上的条片束。卷轴可以布置于在电缆技术中常见的绞线机的绞线框中或固定的运行支架(Ablaufgestellen)中。
导引单元FE在按图6的实施形式中例如由支承在框架18中的、可围绕其轴线转动的圆盘19构成。该圆盘19具有多个用以使预加工的条片束穿过的通孔20。该圆盘19可以与带有该条片束的绞线框共同沿相同的方向围绕其轴线转动。但圆盘19也可以以相反的方向转动。这样的优点是，可以为条片束的卷轴使用固定的运行过程。
Claims (11)
1.一种用于制造超导电导体的方法，该超导电导体具有陶瓷材料作为超导材料，其特征在于，
-使金属带(3)围绕大量扁平的、涂有超导陶瓷材料的载体条片(1)沿纵向成型为带有沿纵向延伸的缝隙的管道，将所述管道在所述缝隙处相邻的边缘相互焊接，
-通过不断的换位将所述条片(1)输送给所述管道，使得各条片在所述导体的走向上处于所述导体横截面中的不同位置，以及
-随后将所述通过焊接工艺封闭的管道(9)减小到大致相当于包裹位于所述管道中的所有条片(1)的包络线的净宽。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，系统而有针对性地实施所述条片的换位。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述条片的换位通过随机的分布实施。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，首先将所述条片联合成多股彼此分隔的束，这些条片束在其输送至管道时相对地移动并且相对于所述管道横截面在周向上移动。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
-首先制造多根圆导线，在各个圆导线中，分别将多个条片组合在一个共同的外壳中，以及
-不反向扭绞地使所述圆导线相互绞合。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述圆导线围绕中央核心元件绞合。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，除了所述条片(1)外还将填料填充入所述管道中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，作为填料使用低熔点金属。
9.一种通过权利要求1所述的方法制造的超导电导体，其特征在于，
-大量扁平的、涂有超导陶瓷材料的载体条片(1)布置在由金属制成的管道(12)中，所述管道(12)的净横截面几乎被所述条片(1)完全填满以及
-所述条片(1)在所述导体的走向上处于所述导体的横截面中的不同位置。
10.如权利要求9所述的超导电导体，其特征在于，所述导体具有圆形的横截面。
11.如权利要求9所述的超导电导体，其特征在于，所述导体具有梯形的横截面，该横截面具有两个相互对置的拱曲侧面。
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