CN102751041A - 一种超导绕组线材加强的结构及方法 - Google Patents

一种超导绕组线材加强的结构及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加强型超导绕组线材，包括有一组超导线材，该组超导线材至少为一根；其还包括有一组加强线材，该组加强线材至少为一根；所述的一组超导线材与一组加强线材相互重叠接触组合构成；至少在各超导线材的外露侧覆有绝缘层。所述的一组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根。其用于绕制超导绕组，能够大幅度提高超导绕组的机械强度和抗短路能力，并可增强绕组内的热传导。

Description

一种超导绕组线材加强的结构及方法
技术领域
本发明属于超导应用技术领域，尤其涉及一种加强型超导绕组线材结构，可以适用于任何涉及使用超导线材制作的绕组。
背景技术
随着超导电力应用研究的不断深入，超导电力设备如超导储能装置、超导故障限流器、超导电机等正逐步接近实用化和产业化水平，这些超导电力设备的核心部件之一都是超导绕组。
由于高温超导线材的制作工艺复杂，其机械强度较传统导电线材差。目前，无论是第一代的Bi-2223/Ag铋系银包套带材，还是第二代YBCO涂层高温超导带材，超导体都是脆性氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯折会导致其通流性能变差或折断。
此外，超导绕组工作在低温和电磁环境下，还会受到形变应力（热胀冷缩）和电磁力作用。在各种力的相互作用下，超导线材若无可靠机械强度则很容易发生局部失稳或崩断，不仅使线材正常通流能力受到影响，可能在故障处产生电压突变，损坏绝缘，其抗短路和过载能力更无从谈起。虽然，目前一些超导线材生产商提供的加强型超导带可以对机械强度有所增加，但其价格十分昂贵且焊接工艺性较差。
同时，电力设备中的超导绕组应具有一定的绝缘强度。而不管是哪一种线材包绕绝缘后都不利于导体散热，尤其是以传导散热为主的绕组结构。例如，超导储能装置中的超导绕组，很容易因热传导效果不好而失超。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导绕组线材加强的结构，其用于绕制超导绕组，能够大幅度提高超导绕组的机械强度和抗短路能力，并可增强绕组内的热传导。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种超导绕组线材加强的结构，包括有一组超导线材，该组超导线材至少为一根；其还包括有一组加强线材，该组加强线材至少为一根；所述的一组超导线材与一组加强线材相互重叠接触组合构成；至少在各超导线材的外露侧覆有绝缘层。
所述超导绕组线材加强的结构的一组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根。
所述的超导绕组线材加强的结构中，可以在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；或是各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合。
所述的一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合。所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置。所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材和一根非金属加强线材。
本发明的另一目的是提供一种超导绕组线材加强的方法，利用该方法可制作性能优良的超导绕组。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种超导绕组线材加强的方法，包括一组超导线材，该组超导线材至少为一根；加入一组加强线材，该组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根；将该组加强线材与一组超导线材相互重叠接触；至少在各超导线材的外露侧包覆绝缘层。
所述的超导绕组线材加强的方法还可进一步采用下列方法之一：
a）在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；
b）将各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合；
c）一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合；
d）所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上时，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置；
e）所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组时，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材。
本发明的优点是：解决了超导绕组制作过程中及超导线材单独使用时机械特性差、易失稳和损坏的问题。本发明不仅可以保证线材的机械强度，还可以增强绕组的抗短路和过载能力，避免故障时，电流急剧变化引起的畸变感应电压损坏绝缘；在特定散热条件下可增强绕组内的热传导。
附图说明
图1　为本发明超导绕组线材加强的结构的典型态实施例结构示意图（立体图）
图2　为本发明超导绕组线材加强的结构的第一实施例结构示意图（立体图）。
图3　为图2所示实施例的结构示意图（截面）。
图4　为本发明超导绕组线材加强的结构的第二实施例结构示意图（立体图）。
图5　为图4所示实施例的结构示意图（截面）。
图6　为本发明超导绕组线材加强的结构的第三实施例结构示意图（立体图）。
图7　为图6所示实施例的结构示意图（截面）。
图8　为本发明超导绕组线材加强的结构的第四实施例结构示意图（立体图）。
图9　为图8所示实施例的结构示意图（截面）。
图10　为本发明超导绕组线材加强的结构的第五实施例结构示意图（立体图）。
图11　为图10所示实施例的结构示意图（截面图）。
图12 为本发明超导绕组线材加强的结构的第六实施例结构示意图（立体图）。
图13　为图12所示实施例的结构示意图（截面图）。
图14　为本发明超导绕组线材加强的结构的第七实施例结构示意图（截面图）。
图15　为本发明超导绕组线材加强的结构的第八实施例结构示意图（截面图）。
图16　为本发明超导绕组线材加强的结构的第九实施例结构示意图（截面图）。
图17　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十实施例结构示意图（截面图）。
图18　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十一实施例结构示意图（截面图）。
图19　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十二实施例结构示意图（截面图）。
图20　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十三实施例结构示意图（截面图）。
图21　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十四实施例结构示意图（截面图）。
图22　为本发明超导绕组线材加强的结构的第十四实施例结构示意图（截面图）。
图中：
1-超导线材；2-加强线材；21-非金属加强线材；22-金属加强线材；3-绝缘层（共同组合材之外包覆）；31-绝缘层（超导线材外包覆）；321-绝缘层（非金属加强线材外包覆）；322-绝缘层（金属加强线材外包覆）33-绝缘层（超导线材与金属加强线材间加置）。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
参阅图1所示，本发明超导绕组线材加强的结构主要包括有一组超导线材1，该组超导线材至少为一根；其还包括有一组加强线材2，该组加强线材亦至少为一根；所述的一组超导线材1与一组加强线材2相互重叠接触组合构成；至少在各超导线材1的外露侧覆有绝缘层31。所述的一组加强线材2可以是非金属加强线材21和金属加强线材22中的一种或两种混合，可以是一根、两根或多根。
所述的金属加强线材可以选用导电材料，如钢材、金、银、铜或铝等等。所述的非金属加强线材可以选用耐低温性能的绝缘材料，如四氟、尼龙或聚酰亚胺等等。
本发明超导绕组线材加强的结构的形式可以是多种形式，下面以多个实施例举例说明：
第一实施例：参见图2、图3，为一根超导线材1与一根非金属加强线材21的组合，在超导线材1与非金属加强线材21相互重叠接触构成的共同组合材之外包覆公共绝缘层3。
第二实施例：参见图4至图5，为一根超导线材1与一根非金属加强线材21的组合，先将超导线材1包覆绝缘层31，再与非金属加强线材21相互重叠接触构成组合材。
第三实施例：参见图6至图7，为一根超导线材1与一根金属加强线材22的组合，同样是在超导线材1与金属加强线材22相互重叠接触构成的共同组合材之外包覆公共绝缘层3。
第四实施例：参见图8至图9，为一根超导线材1与一根金属加强线材22的组合，先在超导线材1与金属加强线材间加置一绝缘层33，再在超导线材1与金属加强线材22构成的共同组合材之外包覆公共绝缘层3。
第五实施例：参见图10至图11，为一根超导线材1与一根金属加强线材22的组合，先将超导线材1和金属加强线材22分别包覆绝缘层31、32后再重叠组合。
第六实施例：参见图12至图13，为一根超导线材1与一根金属加强线材22的组合，只将超导线材1包覆绝缘层32，再和金属加强线材22重叠组合。
第一至第二实施例中，所示的组合结构均可起到对超导线材机械加强的作用；而第三至第五实施例中，由于采用了超导线材与金属加强线材组合结构，不仅可以增强机械强度，还可提高抗短路和过载的能力，金属线材可起到分流，电压等位作用，避免超导线材故障时电流急剧变化，感应电压损坏绝缘；第六实施例中，所示组合结构不仅可以增强机械强度，提高抗短路和过载能力，由于金属加强线材不做绝缘处理，且与超导线材以最大接触面积接触，其导热能力比单独的超导线材要好很多，增强了绕组内的热传导。
第一至第六实施例中，仅仅举例的是一根超导线材与一根加强线材（非金属加强线材或金属加强线材）的组合；除此之外，亦可以是一组加强线材为一根非金属加强线材21和一根金属加强线材22，如图14、图15和图16所示的第七、第八和第九实施例，可以是在三者（超导线材1、非金属加强线材21和金属加强线材22）构成的共同组合材之外包覆公共绝缘层3；或可以是在两者（超导线材1和非金属加强线材21，或超导线材1和金属加强线材22）构成的共同单元组合材之外包覆公共绝缘层3后再与金属加强线材21或非金属加强线材22重叠接触组合，参见图17至图20所示的第十至第十三实施例；或可以是在两者（超导线材1和金属加强线材22）间加置一绝缘层33后再与非金属加强线材21重叠接触组合，在该组合材之外整体包覆公共绝缘层3，参见图21所示的第十四实施例；或还可以是在超导线材1包覆绝缘层31后再与非金属加强线材21、金属加强线材22重叠接触组合，参见图22所示的第十五实施例。
同样，可以是一组（两根以上）超导线材与一组（两根以上）加强线材的组合。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。本发明加强型超导绕组线材的构成形式还可以是更多，此处不一一列举，本发明的主创点是：以超导线材为基础体，加入加强线材组成共同体，可以根据需要，进行不同的组合，以满足各种要求：加强机械强度；提高抗短路和过载的能力；起到分流，电压等位作用；避免超导线材故障时电流急剧变化；感应电压损坏绝缘；提高抗短路和过载能力、导热能力。

Claims (10)

1.一种超导绕组线材加强的结构，包括有一组超导线材，该组超导线材至少为一根；其特征在于：还包括有一组加强线材，该组加强线材至少为一根；所述的一组超导线材与一组加强线材相互重叠接触组合构成；至少在各超导线材的外露侧覆有绝缘层。
2.根据权利要求1所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的一组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根。
3.根据权利要求2所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；或是各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合。
4.根据权利要求2所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合。
5.根据权利要求3或4所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置。
6.根据权利要求5所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材和一根非金属加强线材。
7.根据权利要求2所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的金属加强线材选用导电材料；所述的非金属加强线材选用耐低温性能的绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的超导绕组线材加强的结构，其特征在于：所述的导电材料为钢材、金、银、铜和铝中的一种；所述的非金属加强线材为四氟、尼龙和聚酰亚胺中的一种。
9.一种超导绕组线材加强的方法，包括一组超导线材，该组超导线材至少为一根；其特征在于：加入一组加强线材，该组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根；将该组加强线材与一组超导线材相互重叠接触组合；至少在各超导线材的外露侧包覆绝缘层。
10.根据权利要求9所述的超导绕组线材加强的方法，其特征在于进一步采用下列方法之一：
a）在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；
b）将各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合；
c）一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合；
d）所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上时，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置；
e）所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组时，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材。
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