CN218004474U - 超导导体 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超导导体。超导导体包括：基带；超导结构，沿超导导体的厚度方向，超导结构和基带依次设置；以及包覆结构，包覆在基带和超导结构的外周，包覆结构的周向侧壁的横截面呈矩形；其中，基带的厚度尺寸大于或等于超导结构的厚度尺寸，以在弯曲超导导体时，超导结构处于拉伸状态，基带处于压缩状态。本实用新型的技术方案中，超导导体能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱的问题，从而保证超导结构的超导性能。

Description

超导导体

技术领域

本实用新型涉及超导应用技术领域，具体而言，涉及一种超导导体。

背景技术

常规导体中，至少部分超导结构位于导体中心面的朝向弯曲中心的一侧，这样，导体在弯曲过程中由于长度差极易导致内层超导结构受到压缩应变而产生褶皱，从而破坏超导结构而丧失超导性能。

因此，需要提供一种超导导体，能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱，从而保证超导结构的超导性能。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超导导体，该超导导体能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱的问题，从而保证超导结构的超导性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种超导导体，包括：基带；超导结构，沿超导导体的厚度方向，超导结构和基带依次设置；以及包覆结构，包覆在基带和超导结构的外周，包覆结构的周向侧壁的横截面呈矩形；其中，基带的厚度尺寸大于或等于超导结构的厚度尺寸，以在弯曲超导导体时，超导结构处于拉伸状态，基带处于压缩状态。

进一步地，基带的宽度尺寸等于超导结构的宽度尺寸，基带和超导结构的厚度尺寸之和小于基带的宽度尺寸。

进一步地，超导结构具有用于与基带接触的壁面S1，壁面S1与超导导体的沿厚度方向的中心面S2之间具有距离L，距离L与超导结构的厚度尺寸之间的比值小于或等于10％。

进一步地，超导结构包括至少两个超导层，沿超导导体的厚度方向，至少两个超导层依次设置。

进一步地，相邻两个超导层平行叠放或焊接连接。

进一步地，超导层采用高温超导材料制成。

进一步地，包覆结构由带状结构沿基带和超导结构的外周缠绕而成。

进一步地，带状结构由铜或聚酰亚胺制成。

进一步地，超导导体还包括保护结构，保护结构布置在超导结构的远离基带的一侧，保护结构被包覆在包覆结构内。

进一步地，保护结构由铜制成；和/或，基带由铜制成。

应用本实用新型的技术方案，沿超导导体的厚度方向，超导结构和基带依次设置，且基带的厚度尺寸大于超导结构的厚度尺寸，即超导结构位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧。当弯曲超导导体时，基带位于超导结构的朝向弯曲中心的一侧，即基带位于超导导体的沿厚度方向的内侧，超导结构位于超导导体的沿厚度方向的外侧，由于超导结构位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧，因此，超导结构被拉伸处于拉伸状态，基带被压缩处于压缩状态。超导导体弯曲时，由于超导结构位于导体沿厚度方向中心面以外，弯曲后超导结构受到拉伸应变；位于中心面以内的基带受到压缩应变，由于基带具有一定的厚度，不易发生失稳产生褶皱，因而超导导体本身保持稳定，能够避免对超导结构造成损伤。因此，本申请的超导导体能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱的问题，从而保证超导结构的超导性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的超导导体的实施例一的结构示意图；

图2示出了图1的超导导体的横截面结构示意图；

图3示出了图1的超导导体弯曲时超导层和基带的状态示意图；以及

图4示出了根据本实用新型的超导导体的实施例二的横截面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

4、基带；10、超导结构；3、超导层；1、包覆结构；2、保护结构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

基于第二代高温超导带材提出了多种超导导体结构的设计方法，用于提高超导载流能力以及电流密度，提升绝缘性能，满足电力系统、加速器磁体等实际工程的设计要求。目前主要发展出的导体形式包括Roebel电缆、Rutherford电缆、TSTC(Twisted Stacked-Tape Cables，扭脚堆叠带材)纽绞堆叠电缆、CORC(Conductor on Round Core，导体环绕圆芯)圆芯导体、Q-IS准各项同性及CroCo纽绞导体等。各种类型导体的研究为超导储能、超导电缆、超导限流器、超导变压器、高场磁体等相关领域的应用提供了可能性。

为了满足大尺寸超导部件的制造，各类高温超导导体需要制备百米级的长度，并且要求具备弯曲成型而不产生性能衰减的能力。

二代高温超导带材由于具有显著的各向异性，在垂直场作用下超导带材临界性能衰减较大；另外由二代高温超导带材制备出的高温超导导体通常采取纽绞方式以降低交流损耗。对于螺线管结构超导磁体，采用多层超导带材叠装结构绕制磁体，磁场方向主要平行于超导带材超导面，对超导带材性能影响较小。高温超导导体制备过程以及线圈绕制过程中必然需要对导体进行弯曲收绕/绕制操作，由于导体厚度导致内外层带材产生长度差ΔL＝π(OD-ID)，其中，OD为外层带材弯曲直径，ID为内层带材弯曲直径。

常规导体中，至少部分超导结构位于导体中心面的朝向弯曲中心的一侧，这样，导体在弯曲过程中由于长度差极易导致内层超导结构受到压缩应变而产生褶皱，从而破坏超导结构而丧失超导性能。

需要说明的是，超导指导体在某一温度下，电阻为零的状态。高温超导材料是具有高临界转变温度能在液氮温度条件下工作的超导材料。超导材料是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

为了解决上述问题，本实用新型及本实用新型的实施例提供了一种超导导体。

实施例一

如图1至图3所示，本实用新型的实施例中，超导导体包括基带4、超导结构10和包覆结构1，沿超导导体的厚度方向，超导结构10和基带4依次设置；包覆结构1包覆在基带4和超导结构10的外周，包覆结构1的周向侧壁的横截面呈矩形；其中，基带4的厚度尺寸大于超导结构10的厚度尺寸，以在弯曲超导导体时，超导结构10处于拉伸状态，基带4处于压缩状态。

上述设置中，利用超导结构10的超导性能实现超导导体的超导功能。沿超导导体的厚度方向，超导结构10和基带4依次设置，且基带4的厚度尺寸大于超导结构10的厚度尺寸，即超导结构10位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧。当弯曲超导导体时，基带4位于超导结构10的朝向弯曲中心的一侧，即基带4位于超导导体的沿厚度方向的内侧，超导结构10位于超导导体的沿厚度方向的外侧，由于超导结构10位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧，因此，超导结构10被拉伸处于拉伸状态，基带4被压缩处于压缩状态。

超导导体弯曲时，由于超导结构10位于导体沿厚度方向中心面以外，弯曲后超导结构10受到拉伸应变；位于中心面以内的基带4受到压缩应变，由于基带4具有一定的厚度，不易发生失稳产生褶皱，因而超导导体本身保持稳定，能够避免对超导结构10造成损伤。因此，本申请的超导导体能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱的问题，从而保证超导结构的超导性能。

超导导体制备过程中的收绕直径以及线圈绕制时的直径应足够大，使得超导导体弯曲时外层超导结构10的长度差导致的拉伸应变小于超导结构10的许用应变。

当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使基带4的厚度尺寸等于超导结构10的厚度尺寸。

本实用新型的实施例中，基带4对超导结构10具有支撑作用，能够使超导结构10处于稳定状态，并且基带4还能够对超导结构10起到导热作用。基带4由铜制成。基带4为矩形结构。超导导体弯曲圆弧下层设置具有一定厚度的铜基带，一方面作为超导结构10铜稳定体，另一方面可以承受导体弯曲时内层压缩应变而不产生褶皱变形，保护超导结构10弯曲时不受损伤，避免性能衰退甚至破坏的问题。

当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使基带4采用其他外形；或者，使基带4采用不同材质制成；或者，设置不同层数的基带4。

本实用新型的实施例中，基带4的宽度尺寸等于超导结构10的宽度尺寸，基带4和超导结构10的厚度尺寸之和小于基带4的宽度尺寸。

通过上述设置，可以提高超导导体的整体结构的稳定性。

本实用新型的实施例中，超导结构10具有用于与基带4接触的壁面S1，壁面S1与超导导体的沿厚度方向的中心面S2之间具有距离L，距离L与超导结构10的厚度尺寸之间的比值小于10％。需要说明的是，中心面S2指的是超导导体的沿厚度方向的中心线所在的平面。

如果距离L与超导结构10的厚度尺寸之间的比值大于10％，则壁面S1距离超导导体的沿厚度方向的中心面S2较远，一方面会导致超导结构10的厚度尺寸较小，降低超导导体的超导能力，另一方面会导致基带4的厚度尺寸较大，增大超导导体的重量，不易弯曲。通过上述设置，不仅能够保证超导导体具有较高的超导能力，还能够控制超导导体的重量，提高弯曲性能。

当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使距离L与超导结构10的厚度尺寸之间的比值等于10％。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，超导结构10包括至少两个超导层3，沿超导导体的厚度方向，至少两个超导层3依次设置。在弯曲方向上，相邻两个超导层3之间的拉伸作用彼此独立，可以避免干涉问题。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，相邻两个超导层3平行叠放。当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使相邻两个超导层3焊接连接。

本实用新型的实施例中，超导层3采用高温超导材料制成。超导层3为高温超导带材。本实用新型的实施例中超导导体为一种可以防止弯曲褶皱的铜基带高温超导导体。

优选地，高温超导材料可以采用铜氧化物超导体。

本实用新型的实施例中，可以根据设计所需运行电流选取合适层数的高温超导带材，至少两个高温超导带材平行叠装。选择厚度尺寸不小于至少两个高温超导带材叠装后的总厚度的基带4，基带4的宽度与高温超导带材的宽度一致，基带4放置于叠装后的至少两个高温超导带材的下层，基带4所在侧为高温超导导体弯曲圆弧段的内侧。

如图1所示，本实用新型的实施例中，包覆结构1由带状结构沿基带4和超导结构10的外周缠绕而成。包覆结构1对基带4和超导结构10具有固定、防护的作用。

本实用新型的实施例中，带状结构由铜或聚酰亚胺制成。

当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使包覆结构1采用其他材质制成；或者，设置不同层数的包覆结构1；或者，采用其他工艺将包覆结构1包覆在基带4和超导结构10的外周。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例中，超导导体还包括保护结构2，保护结构2布置在超导结构10的远离基带4的一侧，保护结构2被包覆在包覆结构1内。保护结构2用于对超导结构10进行防护。

如图2所示，本实用新型的实施例中，保护结构2的宽度尺寸等于超导结构10的宽度尺寸。

本实用新型的实施例中，保护结构2由铜或其他金属制成。

当然，在本申请的替代实施例中，还可以根据实际需要，使保护结构2采用其他材质制成；或者，设置不同层数的保护结构2；或者，可将保护结构2设置在超导结构10外周的不同位置。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例中，防止弯曲褶皱铜基带高温超导导体主要包含包覆结构1、保护结构2、超导结构10和基带4。超导结构10的远离基带4的一侧放置有一层与超导结构10相同宽度的保护结构2，保护结构2为铜带护层，在依次叠装后的保护结构2、超导结构10和基带4的外层绕包包覆包覆结构1，形成最终的能够防止弯曲褶皱的铜基带高温超导导体。

实施例二

如图4所示，本实用新型的实施例二相对于实施例一的区别在于，实施例二中，超导导体不具有保护结构2。实施例二中，通过包覆结构1对基带4和超导结构10进行固定和防护。

需要说明的是，除上述区别外，本实用新型的实施例二的其他结构与实施例一的其他结构相同，此处不再赘述。

本实用新型的实施例中，防止弯曲褶皱铜基带高温超导导体采用具有一定厚度的铜基带，解决了多层叠装高温超导导体在弯曲时易发生失稳导致高温超导带材损伤的问题，可以实现百米级大长度高温超导导体的连续成型、收绕，收绕后的导体放线后能够用于不同弯曲直径线圈的绕制。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：沿超导导体的厚度方向，超导结构和基带依次设置，且基带的厚度尺寸大于超导结构的厚度尺寸，即超导结构位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧。当弯曲超导导体时，基带位于超导结构的朝向弯曲中心的一侧，即基带位于超导导体的沿厚度方向的内侧，超导结构位于超导导体的沿厚度方向的外侧，由于超导结构位于超导导体的沿厚度方向中心面的一侧，因此，超导结构被拉伸处于拉伸状态，基带被压缩处于压缩状态。超导导体弯曲时，由于超导结构位于导体沿厚度方向中心面以外，弯曲后超导结构受到拉伸应变；位于中心面以内的基带受到压缩应变，由于基带具有一定的厚度，不易发生失稳产生褶皱，因而超导导体本身保持稳定，能够避免对超导结构造成损伤。因此，本申请的超导导体能够避免超导结构受到压缩应变而产生褶皱的问题，从而保证超导结构的超导性能。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超导导体，其特征在于，包括：

基带(4)；

超导结构(10)，沿超导导体的厚度方向，所述超导结构(10)和所述基带(4)依次设置；以及

包覆结构(1)，包覆在所述基带(4)和所述超导结构(10)的外周，所述包覆结构(1)的周向侧壁的横截面呈矩形；

其中，所述基带(4)的厚度尺寸大于或等于所述超导结构(10)的厚度尺寸，以在弯曲所述超导导体时，所述超导结构(10)处于拉伸状态，所述基带(4)处于压缩状态。

2.根据权利要求1所述的超导导体，其特征在于，所述基带(4)的宽度尺寸等于所述超导结构(10)的宽度尺寸，所述基带(4)和所述超导结构(10)的厚度尺寸之和小于所述基带(4)的宽度尺寸。

3.根据权利要求1所述的超导导体，其特征在于，所述超导结构(10)具有用于与所述基带(4)接触的壁面S1，壁面S1与超导导体的沿厚度方向的中心面S2之间具有距离L，距离L与所述超导结构(10)的厚度尺寸之间的比值小于或等于10％。

4.根据权利要求1所述的超导导体，其特征在于，所述超导结构(10)包括至少两个超导层(3)，沿超导导体的厚度方向，至少两个所述超导层(3)依次设置。

5.根据权利要求4所述的超导导体，其特征在于，相邻两个所述超导层(3)平行叠放或焊接连接。

6.根据权利要求4所述的超导导体，其特征在于，所述超导层(3)采用高温超导材料制成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的超导导体，其特征在于，所述包覆结构(1)由带状结构沿所述基带(4)和所述超导结构(10)的外周缠绕而成。

8.根据权利要求7所述的超导导体，其特征在于，所述带状结构由铜或聚酰亚胺制成。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的超导导体，其特征在于，所述超导导体还包括保护结构(2)，所述保护结构(2)布置在所述超导结构(10)的远离所述基带(4)的一侧，所述保护结构(2)被包覆在所述包覆结构(1)内。

10.根据权利要求9所述的超导导体，其特征在于，

所述保护结构(2)由铜制成；和/或，

所述基带(4)由铜制成。

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