CN108039248B - 一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于超导技术领域的一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线。该高温超导缆线的结构是从内到外依次为内部腔体、金属骨架、超导层、绝缘层、铁磁层和金属铠装层构成；本发明的核心在于利用内层超导体与外层铁磁层相互配合形成磁隐身结构，相比单根导线，可大幅度的提高载流能力。最重要的是该缆线可大幅减小交流损耗，还能减小带材的各向异性具有低各向异性，低交流损耗，大电流载流的特点。本发明公开了属于超导技术领域的一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线。

Description

一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线
技术领域
本发明属于超导技术领域，特别涉及一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线。
背景技术
高温超导磁体缆线是绕制大型磁体的基本单元。传统利用单根带材绕制磁体有很多问题，最主要的问题是匝数多，电感大，且各项异性强，交流损耗高。所以将多根高温超导带材经过组合形式形成缆线，利用缆线绕制高温超导磁体,磁体匝数会大大降低，随之电感也会大幅度降低。这种电缆结构已经在大型低温超导磁体领域应用的比较广泛。高温超导类似的缆线设计也已经有过先例，比如针对高温超导带材扁平状结构导线设计的Roeblecable是目前最为广泛的应用形式。除此之外还有CORCcable，等各种组合形式，这些缆线导流层组合形式多样，但是集中的问题是导线如果绕制成为磁体之后依然暴露在整体磁场之中。外磁场有可能是直流磁场形式，也有可能是交流磁场。这会降低内部通流层的通流能力，影响其通流效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，所述高温超导缆线的结构是从内到外依次为内部腔体1、金属骨架2、超导层3、绝缘层4、铁磁层5和金属铠装层6构成；金属骨架2主要起到电缆支撑作用，其特征在于，金属骨架设计为波纹管结构，便于弯曲绕制成磁体；超导层3由多层超导带组成，超导带沿着电缆长度方向，按照第一层正螺旋、第二层反螺旋、第三层正螺旋顺序绕在金属骨架2上，多层缠绕以此类推；其最小螺距应不使上下层超导带相互重叠,层与层是并联的，多层缠绕之后，电缆正极负极接头在两端；绝缘层4紧密附着在超导层3外周面上；铁磁层5由单层或者是多层高磁导率、低矫顽力的软铁带材料构成，采用正螺旋与反螺旋交替依次绕在绝缘层4外周面上；当用多层软铁带绕螺旋绕制时，其螺旋螺距可调整，但最大螺距应使上下层软铁带相互重叠；其中，超导层绕制的时候，角度大一些；软铁带绕制的时候，角度小一些，使软铁带整体包裹磁屏蔽作用更强；金属铠装层6为金属套管，包裹于铁磁层5外面，形成加强结构；
所述超导层采用ReBCO超导带，其中Re是指稀土金属,选用Y或Gd；
所述金属骨架采用多匝铜线组成的实心体、金属波纹管、空心铜管或空心铝管；其中，金属波纹管、空心铜管或空心铝管为空心的金属骨架，金属骨架的空心为内部腔体1，该内部腔体1既可以作为制冷媒质通道，又可以内部加注金属粉末，起到加强作用。
所述ReBCO超导带中的Re选用Y，制成YBCO超导带。
所述软铁带采用坡莫合金带或铁带。
所述绝缘层选用聚酰亚胺、环氧树脂或绝缘漆。
所述绝缘层采用以下三种方式之一种实现,
a.把超导层用绝缘材料聚酰亚胺或环氧树脂包绕以达到绝缘目的；
b.绕完超导层后，刷一层绝缘漆以达到绝缘目的；
c.绕完超导层后，套绝缘管以达到绝缘目的；该绝缘管用绝缘材料聚酰亚胺或环氧树脂制成。
以上的方式均是为了使超导层和软铁层之间绝缘，从而使在通电过程中不让电流从软铁层流过；因此，此处重点是只要把超导层和软铁层之间做绝缘，其它部分需要根据具体情况而定。
本发明的有益效果核心在于利用内层超导体与外层铁磁层相互配合形成磁隐身结构，相比单根导线，可大幅度的提高载流能力。最重要的是该缆线可大幅减小交流损耗，还能减小带材的各向异性具有低各向异性，低交流损耗，大电流载流的特点。
附图说明
图1为超导缆线整体结构示意图
图2为超导线缆单层超导带缠绕方式示意图
图3为超导缆线多层超导带缠绕方式示意图
图4为磁屏蔽原理示意图
图5为本发明铁磁层缠绕方式示意图
图6为本发明铠装层与“超导-铁磁”复合层结构示意图，其中图6a为单根“超导-铁磁”缆线嵌入不锈钢铠装层；图6b为多根“超导-铁磁”缆线经过扭绞嵌入铠装层。
图7为第2实施例结构示意图
图8为第3实施例结构示意图
具体实施方式
本发明提供一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
如图1所示的超导缆线的结构示意图，所述高温超导缆线的结构是从内到外依次为内部腔体1、金属骨架2、超导层3、绝缘层4、铁磁层5和金属铠装层6构成；
实施例1
其中最内层为金属管主要起支撑和冷却作用，如图1所示，金属骨架2主要起到电缆支撑作用，金属骨架设计为波纹管结构，便于弯曲绕制成磁体；金属骨架为实心的或空心的；金属骨架选用多匝铜线组成的实心体、金属波纹管、空心铜管或空心铝管；首选金属波纹管、空心铜管或空心铝管作为空心的金属骨架，金属骨架的空心为内部腔体1，内部腔体1既可以作为制冷媒质通道，又可以内部加注金属粉末，起到加强作用。如图1所示绝缘层4紧密附着在超导层3外周面上；绝缘层可使超导层与铁磁层之间相互绝缘，绝缘结构可采用套管或者采用绝缘带螺旋绕制方式，材料选用聚酰亚胺、环氧树脂等高性能绝缘材料制成，亦可采取刷绝缘漆的方式进行绝缘处理。
根据实际需要，所述绝缘层采用以下三种方式之一实现,
a.把超导层用绝缘材料包绕以达到绝缘目的
b.绕完超导层后，刷一层绝缘漆以达到绝缘目的
c.绕完超导层后，套绝缘管以达到绝缘目的。
以上的方式均是为了使超导层和软铁层之间绝缘，从而使在通电过程中不让电流从软铁层流过；因此，此处重点是只要把超导层和软铁层之间做绝缘，其它部分需要根据具体情况而定。
如图2所示超导层3由一层超导带螺旋绕在金属骨架2上；所述超导带采用ReBCO超导带，其中Re是指稀土金属,选用Y或Gd；首选Y，制成YBCO超导带与采用坡莫合金带或铁带的铁磁层组合。
如图3所示超导层3由多层超导带组成，所述超导层由采用Y或Gd制成的ReBCO超导带组成，并与采用坡莫合金带或铁带的铁磁层组合；超导带沿着电缆长度方向，按照第一层正螺旋，第二层反螺旋，第三层正螺旋绕在常规金属骨架2上……以此类推；特别注意螺旋螺距的调整，其最小螺距应不使上下层超导带相互重叠，层与层是并联的，多层缠绕之后，电缆正极负极接头在两端。
如图4所示的磁场隐身原理，铁磁层对磁力线有吸引作用，超导层对磁力线有排斥作用，二者经过内外组合可形成类似磁隐身的效果。金属管1为空心圆柱结构，用于液态冷媒穿过其中，制冷整体缆线。金属管壁2采用波纹管结构有利于缆线弯曲，为磁体绕制提供便利。
如图5所示，铁磁层5由单层或者是多层高磁导率的低矫顽力的软铁带材料利用螺旋方式包饶形成铁磁层；所述软铁带材采用坡莫合金带或铁带；其中坡莫合金是一种高磁导率，低矫顽力的金属，采用正螺旋与反螺旋交替依次绕在绝缘层4外周面上；当用多层软铁带绕螺旋绕制时，其螺旋螺距可调整，但最大螺距应使上下层软铁带相互重叠；主要目的利用高导磁率材料实现对磁力线的吸引作用，与内部超层相互作用达到磁隐身的效果，从而达到减小交流损耗，增加缆线均匀性的目的。
所述超导带绕制的时候，角度大一些，会省材料；软铁带绕制的时候，角度小一些，使软铁带整体包裹，磁屏蔽作用会更强；
金属铠装层6是把上述“超导-铁磁”复合缆线整体嵌入一金属套管中，形成加强结构；如图6a所示，单根“超导-铁磁”缆线嵌入至不锈钢铠装层中；还可以如图6b所示，多根“超导-铁磁”缆线经过扭绞后嵌入至铠装层中。
实施例2：
在实施例1中，采用了内层由超导层3组成，外层由铁磁层5的组合结构。在实施例2中，采用超导、铁磁、超导、铁磁……的交错复合叠加结构，如图7所示。
实施例3
本实施例是把超导层3与铁磁层5相互叠加后使用，同样可以达到相同的效果，如图8所示。

Claims (5)

1.一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，所述高温超导缆线的结构是从内到外依次为内部腔体(1)、金属骨架(2)、超导层(3)、绝缘层(4)、铁磁层(5)和金属铠装层(6)构成；金属骨架(2)主要起到电缆支撑作用，其特征在于，金属骨架设计为波纹管结构，便于弯曲绕制成磁体；超导层(3)由多层超导带组成，超导带沿着电缆长度方向，按照第一层正螺旋、第二层反螺旋、第三层正螺旋顺序绕在金属骨架(2)上，多层缠绕以此类推；其最小螺距应不使上下层超导带相互重叠,层与层是并联的，多层缠绕之后，电缆正极负极接头在两端；绝缘层(4)紧密附着在超导层(3)外周面上；铁磁层(5)由单层或者是多层高磁导率、低矫顽力的软铁带材料构成，采用正螺旋与反螺旋交替依次绕在绝缘层(4)外周面上；当用多层软铁带绕螺旋绕制时，其螺旋螺距可调整，但最大螺距应使上下层软铁带相互重叠；其中，超导层绕制的时候，角度大一些；软铁带绕制的时候，角度小一些，使软铁带整体包裹磁屏蔽作用更强；金属铠装层(6)为金属套管，包裹于铁磁层(5)外面，形成加强结构；
所述超导层采用ReBCO超导带，其中Re是指稀土金属,选用Y或Gd；
所述金属骨架采用多匝铜线组成的实心体、金属波纹管、空心铜管或空心铝管；其中，金属波纹管、空心铜管或空心铝管为空心的金属骨架，金属骨架的空心为内部腔体(1)，该内部腔体(1)既可以作为制冷媒质通道，又可以内部加注金属粉末，起到加强作用。
2.根据权利要求1所述一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，其特征在于，所述ReBCO超导带中的Re选用Y，制成YBCO超导带。
3.根据权利要求2所述一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，其特征在于，所述软铁带采用坡莫合金带或铁带。
4.根据权利要求1所述一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，其特征在于，所述绝缘层选用聚酰亚胺、环氧树脂或绝缘漆。
5.根据权利要求4所述一种带复合电磁屏蔽层的高温超导缆线，其特征在于，所述绝缘层采用以下三种方式之一种实现,
a.把超导层用绝缘材料聚酰亚胺或环氧树脂包绕以达到绝缘目的；
b.绕完超导层后，刷一层绝缘漆以达到绝缘目的；
c.绕完超导层后，套绝缘管以达到绝缘目的；该绝缘管用绝缘材料聚酰亚胺或环氧树脂制成。
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