CN115833432A - 一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法，其中，一种超导电机励磁绕组线圈导体包括：超导带、基底、金属带和保护层；基底中设有用于输送制冷剂的冷却通道；超导带与金属带交替堆叠，形成堆叠结构；基底与堆叠结构一面的超导带连接；基底和堆叠结构的外表面整体通过保护层包裹。在本方案中，采用具有导电导热性能的金属带与超导带交替堆叠，并在堆叠结构的一面连接设有冷却通道的基底，提高了超导导体的散热性能，还改善了导体截面的中性轴，使得超导带部分产生拉伸应变和弯曲应变的进步，提高了超导导体的机械性能。

Description

一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法

技术领域

本发明涉及超导技术应用技术领域，特别涉及一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法。

背景技术

由于超导材料存在交流损耗，在传输交流电时会产生一定的热量，影响超导电机的低温制冷系统的成本和运行效率，超导材料的交流损耗是影响超导电机拓扑结构型式选择的核心要素。因此，提高超导导体的载流能力和散热能力对超导电机至关重要。

限于降低低温制冷系统的成本和提高运行效率的需要，目前绝大部分超导电机设计中仅采用超导励磁绕组与常规定子绕组的半超导电机结构。对于超导电机关键部件的超导线圈，一般要通过将多根超导带进行堆叠形成导体来提高载流能力，但是多根超导带进行堆叠形成导体时，在堆叠一定厚度后存在导体机械能较差，以及产生的热量较高导致散热难度大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法，用于改善超导电机励磁绕组线圈导体的散热能力和机械性能。

本发明第一方面提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体，包括超导带、基底、具有导电导热性能的金属带和保护层；

所述基底中设有用于输送制冷剂的冷却通道；

所述超导带与所述金属带交替堆叠，形成堆叠结构；

所述基底与所述堆叠结构一面的超导带贴合；

所述基底、所述堆叠结构外表面整体通过所述保护层包裹。

优选地，所述所述超导带与所述金属带交替堆叠，具体为：以每两根所述超导带和一根所述金属带为一组堆叠带材，将多组堆叠带材堆叠。

优选地，所述超导带与所述金属带和所述基底之间均为焊锡连接。

优选地，所述保护层与所述基底和所述堆叠结构的外表面焊锡连接。

优选地，所述金属带和所述基底的材料均为紫铜。

优选地，所述金属带的材料选自黄铜、红铜和铝合金中的一种；所述基底的材料选自黄铜、红铜和铝合金中的一种。

优选地，所述保护层由金属带沿垂直于超导带延伸方向进行缠绕形成。

优选地，所述冷却通道截面形状选自圆形、长方形、正方形和五边形中的一种。

优选地，所述超导电机励磁绕组线圈导体整体的截面形状呈矩形。

本发明第二方面提供了超导电机励磁绕组线圈导体的制备方法，包括以下步骤：

在基底上交替放置超导带和金属带，然后使用保护层包裹所述基底、所述超导带和所述金属带，使得所述基底、所述超导带和所述金属带固定成为一个整体结构，得到所述超导电机励磁绕组线圈导体。

优选地，在所述基底上交替放置超导带和金属带之前还包括：将基底、超导带和金属带上均匀涂抹焊锡膏；

在得到所述超导电机励磁绕组线圈导体之前还包括：将所述整体结构进行加热加压融化焊锡膏，冷却至焊锡凝固后撤去压力。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明一方面提供一种超导电机励磁绕组线圈导体，包括超导带、基底、具有导电导热性能的金属带和保护层；所述基底中设有用于输送制冷剂的冷却通道；所述超导带与所述金属带交替堆叠，形成堆叠结构；所述基底与所述堆叠结构一面的超导带贴合；所述基底和所述堆叠结构的外表面整体通过所述保护层包裹。在本方案中，采用具有导电导热性能的金属带与超导带交替堆叠，并在堆叠结构的一面连接设有冷却通道的基底，提高了超导导体的散热性能，还改善了导体截面的中性轴，使得超导带部分产生拉伸应变和弯曲应变的进步，提高了超导导体的机械性能。

本发明另一方面提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体的制备方法，直接将基底、超导带和金属带堆叠，然后采用保护层包裹基底、超导带和金属带外表面，制备方法简单，并且使得基底、超导带和金属带之间紧密结合，提高了超导导体的散热性能和机械性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种导体结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种导体结构的截面图。

图中，1为基底，2为冷却通道，3为超导带，4为金属带，5为保护层。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“中心”、“垂直”“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。

除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高超导电机励磁绕组线圈导体的散热能力和机械性能，本发明实施例中提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法。

实施例1

请参阅图1和图2，本实施例提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体。

一种超导电机励磁绕组线圈导体，包括：基底1，超导带3，金属带4，保护层5。其中，基底1采用具有导电导热性能的金属材料，便于超导带3中热量能够迅速传导到基底1，提高散热效率。基底1中还设有用于输送制冷剂的冷却通道2，通过在基底1部分预留空间作为冷却通道2，便于在使用时，在冷却通道2中通入液氮进行降温，由于最底部的超导带3直接与基底1接触，热量能够迅速传导，因此，基底1设置中空的冷却通道2有利于超导待3的冷却和热量交换，达到了在失超时防止热量积累的效果，提高了冷却效率，改善了导体的散热能力。

在本实施的导体实际使用中，超导电机励磁绕组线圈导体中的冷却通道2为单向流通通道，制冷剂(液氮，液氦等)从其一端注入另一端流出，冷却通道截面形状包含但不限于圆形、长方形、正方形和五边形中的一种。

金属带4与多根超导带3交替堆叠，形成堆叠结构。堆叠不同层的超导带与金属带带可以改善导体截面的中性轴，进一步改善带材部分产生拉伸应变和弯曲应变，最大限度保护带材在弯曲情况下的机械性能。

可以理解的是，金属带4选用具有导电导热性能的材料制成，在超导带失超时，金属带4还有利于热量传导，保护超导带3不受损伤。进一步，基底1与堆叠结构一面的超导带3连接，可以理解的是，在基底1与超导带3之间不放置金属带4是因为基底本身也具有散热性能，并且还可以避免增加过多的金属带而导致增加导体的截面厚度，不利于线圈绕制弯曲的问题。

基底1、超导带3和金属带4外表面包裹有保护层5，保护层5与各个超导带3、金属带4，以及基底1接触；保护层5材质为铜带，通过在堆叠结构的表面通过铜带包裹形成的保护层5，使得基底1、超导带3和金属带4、保护层5紧密贴合，形成一个内部设有冷却通道、并能通过表面保护层快速进行热交换的超导导体整体，利于超导导体散热，便于后续使用。

在本实施例中，采用具有导电导热性能的金属带与超导带交替堆叠，提高了超导导体的散热性能，在堆叠结构的一面连接设有冷却通道的基底，使得超导导体的散热性能进一步提高，并且堆叠不同层的超导带与金属带和设置基底还可以改善导体截面的中性轴，使得超导带部分产生拉伸应变和弯曲应变的进步，提高了超导导体的机械性能。

一些实施例中，超导带3与金属带4交替堆叠，具体为：以每两根超导带3和一根金属带4为一组堆叠带材，将多组堆叠带材堆叠。可以理解的是，多组堆叠材料是采用同样的方向进行堆叠的，在基底上形成每堆叠两根超导带，然后堆叠一根金属带的堆叠规律。采用两根超导带和一根金属带的方式进行堆叠的目的是为了保证每根超导带材至少有一个面和金属带接触，在超导带材失超后可以通过金属带传热和导电，并且可以避免增加过多金属带而导致增加导体的截面厚度，影响线圈绕制弯曲的问题。在另一实施例中，采用一根金属带和一根超导带交替放置的方式堆叠的，这种堆叠方式虽然可以提高传热效率，但会增加导体的截面厚度，不利于线圈绕制弯曲。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的超导带3与金属带4和基底1之间均为焊锡连接。可以理解的是，超导带与超导带之间，以及超导带与金属带和基底之间均是宽面相互连接。采用焊锡连接，制作时只需在每层带材之间先均匀涂抹上焊锡膏，组装完成后利用可升温铝板夹紧加热融化焊锡，即可形成紧密连接为一体的超导导体，操作更简便。并且焊锡连接既不会影响带材之间的传热效率，又可以使得带材之间连接更紧密，加快传热，从而提高散热性能。另外，焊锡连接使得带材之间紧密连接，在使用时可以防止带材之间滑动产生相对位移。

在另一实施例中，超导导体中包括多组堆叠带材，任意两组堆叠带材之间的超导带焊锡连接，并且超导带3与金属带4和基底1之间也为焊锡连接，使得带材之间紧密连接，在使用时可以防止带材之间滑动产生相对位移，并且加快传热，改善散热性能。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的保护层5与基底1和所述堆叠结构的外表面焊锡连接，可以理解的是，保护层5与基底1、超导带3和金属带4焊锡连接，使得保护层5与金属带4、基底1之间连接更紧密，加快传热，从而提高散热性能。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的金属带4和基底1的材料均为紫铜。紫铜导热性能好，有助于在失超情况下热量的转移，保护超导带的安全，由紫铜构成，紫铜具有很好的导电性和导热性，塑性极好，易于热压和冷压力加工矩形中空基底，并且紫铜相较于其他材料性价比更高。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的金属带4的材料可选自但不仅限于黄铜、红铜和铝合金中的一种，基底1的材料可选自但不仅限于黄铜、红铜和铝合金中的一种，这些具有良好导电导热性能的材料均可以用于制备超导导体，提高导体的散热性能。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的保护层5采用金属带沿垂直于超导带延伸方向进行缠绕形成。采用金属带通过这种缠绕方式形成保护层，使得超导导体的外表面会更光滑，在超导导体使用时，可以防止导体的尖锐部分损坏周围的超导导体。

一些实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体整体的截面形状呈矩形，超导导体整体结构呈扁平状，可以根据不同类型带材调节整体结构，扁平状在进行线圈绕制过程中有利于弯曲，每层超导导体之间可以直接紧密紧贴。

实施例2

本实施例提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体的制备方法。

一种超导电机励磁绕组线圈导体的制备方法，包括以下步骤：

在基底上交替放置超导带和金属带，然后使用保护层包裹基底、超导带和金属带外表面，使得基底、超导带和金属带固定成为一个整体，得到超导电机励磁绕组线圈导体。

可以理解的是，本实施例中的基底可以根据所制备超导电机，选择合适厚度的基底，调节铜基底的厚度达到调节绕制过程临界弯曲半径，适用于不同直径线圈的绕制。

本实施例直接将基底、超导带和金属带堆叠，然后采用保护层包裹基底、超导带和金属带外表面，制备方法简单，并且使得基底、超导带和金属带之间紧密结合，提高了超导导体的散热性能和机械性能。

在另一实施例中，每层超导带与金属带之间都采用焊锡连接，具体制备步骤如下：

将基底、超导带和金属带上均匀涂抹焊锡膏，在基底上交替放置超导带和金属带，然后使用保护层缠绕所述基底、所述超导带和所述金属带外表面，使得所述基底、所述超导带和所述金属带固定成为一个整体结构，将整体结构进行加热加压融化焊锡膏，冷却至焊锡凝固后撤去压力使其成为整体。结合焊锡连接方式，操作简便，并且使得基底、超导带和金属带之间结合更紧密，从而加快带材之间的传热效率，提高了超导导体散热性能。

在又一实施例中，超导电机励磁绕组线圈导体中的保护层由金属带沿垂直于超导带延伸方向进行缠绕形成。采用金属带缠绕形成保护层，适用于不同厚度的超导导体，不用事先制备不同类型的保护层，操作更简单，制造成本也更低。

本实施例中还提供了一种超导电机励磁绕组线圈导体使用时的工作原理：在导体绕制线圈过程中，设有冷却通道的基底侧为外侧，而超导带和金属带堆叠部分靠近线圈弯曲半径内侧，由于超导带压缩性能优于弯曲性能，这种弯曲方式能增加导体的弯曲性能，减小弯曲半径，并且堆叠不同层的超导带与金属可以改善导体截面的中性轴，取得了带材部分产生拉伸应变和弯曲应变的进步，达到了最大限度保护带材在弯曲情况下的机械性能的效果。另外，超导导体中基底的冷却通道内可通入液氮进行降温，由于超导带直接与基底接触，并通过焊锡连接，热量能够迅速传导，因此，基底中空部分有利于冷却和热量交换，达到了在失超时防止热量积累的效果，提高了冷却效率。

以上对本发明所提供的一种超导电机励磁绕组线圈导体及其制备方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超导电机励磁绕组线圈导体，包括超导带，其特征在于，还包括：基底、金属带和保护层；

所述基底中设有用于输送制冷剂的冷却通道；

所述超导带与所述金属带交替堆叠，形成堆叠结构；

所述基底与所述堆叠结构一面的超导带贴合；

所述基底和所述堆叠结构的外表面整体通过所述保护层包裹。

2.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述所述超导带与所述金属带交替堆叠，具体为：以每两根所述超导带和一根所述金属带为一组堆叠带材，将多组所述堆叠带材堆叠。

3.根据权利要求1或2所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述超导带与所述金属带和所述基底之间均为焊锡连接。

4.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述保护层与所述基底和所述堆叠结构的外表面焊锡连接。

5.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述金属带和所述基底的材料均为紫铜。

6.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述金属带的材料选自黄铜、红铜和铝合金中的一种；所述基底的材料选自黄铜、红铜和铝合金中的一种。

7.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述保护层由金属带沿垂直于超导带延伸方向进行缠绕形成。

8.根据权利要求1所述的超导电机励磁绕组线圈导体，其特征在于，所述超导电机励磁绕组线圈导体整体的截面形状呈矩形。

9.一种超导电机励磁绕组线圈导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在基底上交替放置超导带和金属带，然后使用保护层包裹所述基底、所述超导带和所述金属带，使得所述基底、所述超导带和所述金属带固定成为一个整体结构，得到所述超导电机励磁绕组线圈导体。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述基底上交替放置超导带和金属带之前还包括：将基底、超导带和金属带上均匀涂抹焊锡膏；

在得到所述超导电机励磁绕组线圈导体之前还包括：将所述整体结构进行加热加压融化焊锡膏，冷却至焊锡凝固后撤去压力。

Images