CN110415886A - 超导电缆结构及绕制方法 - Google Patents

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CN110415886A CN201910615482.4A CN201910615482A CN110415886A CN 110415886 A CN110415886 A CN 110415886A CN 201910615482 A CN201910615482 A CN 201910615482A CN 110415886 A CN110415886 A CN 110415886A
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李汶蓉
叶昊晟
盛杰
洪智勇
金之俭
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Abstract

本发明提供了一种超导电缆结构及绕制方法，包括：内芯(1)与超导带(2)；所述超导带(2)叠绕于内芯(1)上；所述内芯(1)为柔性柱形内芯；所述内芯(1)为多芯金属绞线；所述超导带(2)的数量为多个；所述超导带(2)以顺时针、逆时针交替的方式依层螺旋绕制在内芯(1)上；所述超导带(2)包括：基底层(3)与YBCO层(4)；所述YBCO层(4)朝向内芯(1)；所述超导带(2)为YBCO带材。本发明结构合理，操作方便，能够大大增加缆线灵活性，可用于绕制尺寸较小的磁场线圈。

Description

超导电缆结构及绕制方法
技术领域
本发明涉及高温超导电缆领域，具体地，涉及一种超导电缆结构及绕制方法，尤其是一种高温超导电缆结构及绕制方式。
背景技术
高温超导带材具有载流能力强，体积小，损耗小等优点，是建造高磁场磁体的实用导体，在电机、变压器、电力缆线等领域都有极大的应用前景。如专利文献CN109411148A所公开的一种真空绝缘超导电缆结构，包括低温管道，以及设置于低温管道中的超导通电导体，所述低温管道中充满有液氮，其中：所述超导通电导体包括金属骨架，以及缠绕在所述金属骨架上的超导层；所述低温管道为高真空绝热管道，其包含有外管、至少一个内管，在所述外管与每一内管之间形成真空夹层；每一低温管道中放置有一个超导通导体；所述内管的数量为三个，所述三个内管在所述外管中呈等边三角形布置，且相邻两个内管之间存在有间隙。
但是传统的超导电缆结构及绕制方法存在如下问题：
1、结构上仍存在可优化之处。
2、电缆灵活性差，不能用于绕制尺寸较小的磁场线圈。
3、对电缆接头要求比较高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超导电缆结构及绕制方法。
根据本发明提供的一种超导电缆结构，包括：内芯1与超导带2；所述超导带2叠绕于内芯1上。
优选地，所述内芯1为柔性柱形内芯。
优选地，所述内芯1为柔性金属管或柔性金属棒。
优选地，所述内芯1为多芯金属绞线。
优选地，所述内芯1为其他超导材料如铌钛、铌锡超导体、MgB2超导体以及Bi2212超导体。
优选地，所述超导带2的数量为多个。
优选地，所述超导带2以顺时针、逆时针交替的方式依层螺旋绕制在内芯1上。
优选地，所述超导带2包括：基底层3与YBCO层4；所述YBCO层4朝向内芯1。
优选地，所述超导带2为YBCO带材。
根据本发明提供的一种超导电缆结构的绕制方法，包括如下步骤：
步骤1：准备内芯1和超导带2，将超导带2依次编号；
步骤2：开始第一根超导带绕制，将第一根超导带以顺时针或逆时针方向按预定的螺旋角绕制，第二圈部分重叠于第一圈绕制；
步骤3：第一根超导带绕制完毕后，第二根超导带绕制方向与第一根超导带绕制方向相反，绕制时保持螺旋角、重叠度、YBCO层4朝向相同，其他层数继续按规律绕制。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明结构合理，操作方便。
2、本发明中的内芯使用金属绞线，大大增加缆线灵活性，可用于绕制尺寸较小的磁场线圈。
3、本发明中的内芯使用低温超导材料，电缆的工程电流密度增大。
4、本发明的绕制方式可以使用宽超导带绕制小直径的电缆，在保证通流能力的基础上减少一根电缆需要的超导带根数，对接头要求降低。
5、超导带叠绕时在重叠部分边缘失超，当一根超导带重叠n层时，可看作细丝化为n条的超导带，磁化损耗会降低为原来的1/n。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的一种超导电缆结构正面结构示意图。
图2为本发明提供的一种超导电缆结构纵向剖面结构示意图。
图3为本发明提供的一种超导电缆结构横向剖面结构示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图3所示，根据本发明提供的一种超导电缆结构，包括：内芯1与超导带2；所述超导带2叠绕于内芯1上；所述内芯1为柔性柱形内芯；所述内芯1为多芯金属绞线；所述内芯1为柔性金属管或柔性金属棒；所述内芯1为其他超导材料如铌钛、铌锡超导体、MgB2超导体以及Bi2212超导体。在优选例中，内芯1可选用多芯金属绞线，以增强高温超导电缆的灵活性；或采用其他超导材料铌钛、铌锡超导体、MgB2超导体以及Bi2212超导体，以实现增大电缆工程电流密度的目的；或采用柔性金属管或柔性金属棒。在优选例中，相邻两层之间的超导带起始位置角度间隔180°。在优选例中，相邻两层超导带的绕制方向相反，能够抵消超导带自身通电流产生自场对超导带的临界电流和交流损耗的负面影响。
进一步地，所述超导带2的数量为多个；所述超导带2以顺时针、逆时针交替的方式依层螺旋绕制在内芯1上；所述超导带2包括：基底层3与YBCO层4；所述YBCO层4朝向内芯1；所述超导带2为YBCO带材。在优选例中，超导带的绕制方式为叠绕，区别于间隙式和对缝式绕制，以实现少量的宽超导带绕制小直径内芯电缆的目的，降低对接头的制作难度要求，同时叠绕后超导带在重叠部分边缘失超，一根超导带重叠n层时，可看作细丝化为n条的超导带，磁化损耗会降低为原来的1/n，因而叠绕可实现减小高温超导电缆交流损耗的目的。在优选例中，超导带为不对称结构，YBCO层朝内即YBCO层4在基底层3内侧，目的是提高超导带的弯曲特性，减小临界电流折损。
根据本发明提供的一种超导电缆结构的绕制方法，包括如下步骤：步骤1：准备内芯1和超导带2，将超导带2依次编号；步骤2：开始第一根超导带绕制，将第一根超导带以顺时针或逆时针方向按预定的螺旋角绕制，第二圈部分重叠于第一圈绕制；步骤3：第一根超导带绕制完毕后，第二根超导带绕制方向与第一根超导带绕制方向相反，绕制时保持螺旋角、重叠度、YBCO层4朝向相同。在优选例中，定义重叠度为超导带相邻两圈的重叠部分的宽度占超导带宽度的比例，取值为20％～80％。当重叠度为20％～50％时，一根超导带的最厚层数为两层，当重叠度为51％～66％时，一根超导带的最厚层数为三层；当重叠度为67％～75％时，一根超导带的最厚层数为四层；当重叠度为75％～80％时，一根超导带的最厚层数为四层。为避免超导带在绕制过程中出现较大的临界电流衰退，在此一根超导带绕制的最厚层数不超过四层。所述螺旋角为超导带的中心线与内芯中轴线之间的夹角，此夹角取值为0～90°。当高温超导电缆的内芯直径和超导带材宽度确定后，根据所需重叠层数确定重叠度，此时螺旋角可由以上三个参数确定，至此该集束导线的四个基本参数确定。在优选例中，第一根超导带绕制完毕后，第二根绕制方向与第一根绕制方向相反，若第一根为顺时针逆时针绕制，则第二根为逆时针顺时针绕制；若第一根为逆时针绕制，则第二根为顺时针绕制；绕制时需注意保持螺旋角、重叠度、YBCO层4朝向相同。在优选例中，首先准备内芯和多根高温超导带，将超导带依次编号；将编号为一的超导带作为第一层，以顺时针或逆时针方向按预定的螺旋角绕制，每一圈与前一圈按预定的重叠度重叠绕制，绕制时超导带的YBCO层朝内绕制。第一层绕制完毕，取编号为二的超导带以与第一层相反的方向绕制第二层，螺旋角、重叠度、YBCO层朝向与第一层相同。其他层数继续按规律绕制，在此不再赘述。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种超导电缆结构，其特征在于，包括：内芯(1)与超导带(2)；所述超导带(2)叠绕于内芯(1)上。
2.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述内芯(1)为柔性柱形内芯。
3.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述内芯(1)为多芯金属绞线。
4.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述内芯(1)为铌钛或铌锡超导体或MgB2超导体或Bi2212超导体。
5.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述超导带(2)的数量为多个。
6.根据权利要求4所述的超导电缆结构，其特征在于，所述超导带(2)以顺时针、逆时针交替的方式依层螺旋绕制在内芯(1)上。
7.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述超导带(2)包括：基底层(3)与YBCO层(4)；所述YBCO层(4)朝向内芯(1)。
8.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述超导带(2)为YBCO带材。
9.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于，所述内芯(1)为柔性金属管或柔性金属棒。
10.一种超导电缆结构的绕制方法，包括如下步骤：
步骤1：准备内芯(1)和超导带(2)，将超导带(2)依次编号；
步骤2：开始第一根超导带绕制，将第一根超导带以顺时针或逆时针方向按预定的螺旋角绕制，第二圈部分重叠于第一圈绕制；
步骤3：第一根超导带绕制完毕后，第二根超导带绕制方向与第一根超导带绕制方向相反，绕制时保持螺旋角、重叠度、YBCO层(4)朝向相同，其他层数继续按规律绕制。
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