JP6527291B2 - 高温超電導ワイヤ結束システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル電力ケーブルを製造するためのワイヤ結束システムおよび方法に関し、より詳しくは、複数の高温超電導体（「ＨＴＳ」）ワイヤ／テープをフレキシブル電力ケーブル内に結束するためのシステムおよび方法に関する。

複数のＨＴＳワイヤ／テープを結束してフレキシブル電力ケーブルを製造することは、多数の電力用途に関して有利である。ワイヤやテープといった用語は、その厚さに対して実質的な幅を有する矩形断面形状を有する導体を説明するために区別なく使用され得る。熱的および電気的絶縁とともに極低温冷却や物理的保護のためのクライオスタットに多数のＨＴＳワイヤをパッケージングできるように、多数のＨＴＳワイヤを緩く結束することが望ましい。

しかしながら、今日まで、ＨＴＳワイヤのための経済的で効率的な結束処理の実現は、ワイヤの個々のより線の矩形断面形状に起因した課題であることが判明している。既存のケーブル設備は、一般に従来の丸線に適しており、ＨＴＳワイヤに関連する矩形断面領域にあまり適していない。

本発明の目的は、複数のＨＴＳワイヤをフレキシブル電力ケーブル内に結束するためのシステムおよび方法を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、複数のＨＴＳワイヤを結束するためのシステムおよび方法であって、ケーブルの個々のワイヤの損傷を大きく低減するとともに、ＨＴＳワイヤの結束に関連する作業および製造コストを大きく低減するシステムおよび方法を提供することにある。

一態様において、本発明は、複数の高温超電導テープをフレキシブルケーブル内に結束するためのシステムを特徴とする。前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドするための第１アライメント装置であって、前記複数の高温超電導テープの各々の幅広の表面が第１角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される前記第１アライメント装置が設けられている。また、前記第１アライメント装置から離間して配置され、前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドするための第２アライメント装置であって、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が第２角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される前記第２アライメント装置が設けられている。前記複数の高温超電導テープを塑性変形させて前記複数の高温超電導テープにねじれピッチを付与するように前記第１角度が前記第２角度に対して傾斜している。また、前記第２アライメント装置から離間して配置され、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを受け取って、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを高温超電導テープの束に成形するための成形部材が設けられている。

本発明の他の態様において、以下の複数の特徴の１つ以上が含まれ得る。前記第１アライメント装置は、前記第１角度で配向された複数のスロットを含み得る。各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第１アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する。前記第２アライメント装置は、前記第２角度で配向された複数のスロットを含み得る。各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第２アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する。前記第１角度は前記第２角度に対して略９０度に配向され得る。前記第１アライメント装置と前記第２アライメント装置との間隔は調節可能であり得る。この間隔は前記複数の高温超電導テープの前記ねじれピッチを制御するために利用され得る。前記複数の高温超電導テープの各々を支持するリールがさらに含まれ得る。各リールは、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が垂直に配置されるように水平に配置されている。また、前記第２アライメント装置と前記成形部材との間に配置され、前記複数の高温超電導テープが前記第２アライメント装置を出て前記成形部材に入るときに、ねじれが付与された前記複数の高温超電導テープの各々を分離する分離部がさらに含まれ得る。前記分離部は半透明であり得る。前記ねじれピッチが付与された前記高温超電導テープの前記ケーブルの周りに渦巻状にオーバーラップを巻き付けるための巻き付け装置が含まれ得る。前記オーバーラップはテフロン（登録商標）から構成され得る。前記成形部材はダイスを含み得る。

本発明の別の態様は、複数の高温超電導テープをフレキシブルケーブル内に結束するための方法である。当該方法は、第１アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすることを含む。前記複数の高温超電導テープの各々の幅広の表面が第１角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される。また、当該方法は、前記第１アライメント装置から離間して配置された第２アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすることを含む。前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が、直交する第２角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される。前記第１角度は、前記複数の高温超電導テープを塑性変形させて前記複数の高温超電導テープにねじれピッチを付与するように前記第２角度に対して傾斜している。また、方法は、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを前記第２アライメント装置から受け取って、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを高温超電導テープの束に成形することを含む。

本発明の更に他の態様において、以下の特徴が含まれ得る。前記第１アライメント装置は、前記第１角度で配向された複数のスロットを含み得る。各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第１アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する。前記第２アライメント装置は、前記第２角度で配向された複数のスロットを含み得る。各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第２アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する。前記第１角度は前記第２角度に対して略９０度に配向され得る。当該方法はさらに、前記第１アライメント装置と前記第２アライメント装置との間隔を調節して、前記複数の高温超電導テープの前記ねじれピッチを制御することを含み得る。当該方法はさらに、前記複数の高温超電導テープの各々を支持するリールを設けることを含み得る。各リールは、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が垂直に配置されるように水平に配置されている。前記成形するステップは、分離部を用いて、前記複数の高温超電導テープが前記第２アライメント装置を出るときに、ねじれが付与された前記複数の高温超電導テープの分離を維持することを含み得る。前記分離部は半透明であり得る。当該方法はさらに、前記ねじれピッチが付与された前記高温超電導テープの前記ケーブルの周りに渦巻状にオーバーラップを巻き付けることを含み得る。前記オーバーラップはテフロン（登録商標）から構成され得る。前記高温超電導テープの束に成形するステップは、前記複数の高温超電導テープをダイスに通すことを含み得る。

本発明によるＨＴＳワイヤ結束システムの斜視図。 図１のパターンボードの斜視図。 成形部材に入る複数のワイヤの斜視図。 成形部材から出る複数のワイヤの斜視図。 テフロン（登録商標）が巻き付けられたワイヤの束の斜視図。

図１には、ＨＴＳワイヤ結束ライン１０が示されている。図１では、垂直スタンド１４ａ，１４ｂにそれぞれ搭載された絶縁ＨＴＳワイヤの２つのスプール群１２ａ，１２ｂを含む。この特定のラインでは、ＨＴＳワイヤの４０個のスプールが設けられ、各スタック１２ａ，１２ｂに２０個のスプールが存在する。ＨＴＳワイヤ１５は、結束電力ケーブルに使用するのに適した任意のタイプとすることができるが、この例では、低電圧ＤＣ電源ケーブルに組み立てられている。個々のＨＴＳワイヤはカプトン絶縁体で絶縁され得る。また、特定の用途に基づいて任意の数のＨＴＳワイヤを共に束ねることができ、ＨＴＳワイヤのスプール群の１つのスタックまたは多数のスタックからＨＴＳワイヤを引き出すことができる。また、スプール群１２ａ，１２ｂは、異なる構成および／または向きで配置され得る。

複数のＨＴＳワイヤ１５が、第１および第２のスプール群１２ａ，１２ｂから引き出されると、それらは上流パターンボード１６の個々のスロット（ＨＴＳワイヤ毎に１つ）に受け取られて通過する。図２に示されているように、上流パターンボード１６のスロット３０ａ〜３０ｃは、ＨＴＳワイヤ１５がスプール群１２ａ，１２ｂから引き出されるときの向きと同じになるように、すなわち、ＨＴＳワイヤ１５の幅広の表面が上流パターンボード１６の左右の端３２，３４に対して平行となるように配向されている。次いで、ＨＴＳワイヤは、回転パターンボード１８内の対応する個々のスロット３６ａ〜３６ｃに受け取られて通過する。スロット３６ａ〜３６ｃは、上流パターンボード１６内のスロット３２ａ〜３２ｃに対して斜めとなるように配向されている。換言すれば、スロット３６ａ〜３６ｃは、ＨＴＳワイヤ１５の幅広の表面が回転パターンボード１８の上下の端３８，４０に対して平行になる状態でそれらＨＴＳワイヤが通過するように配向されている。この例において、スロット３２ａ〜３２ｃおよびスロット３６ａ〜３６ｃは互いに直交しているが、それらは用途に応じて種々の角度で配向され得る。また、上流および回転パターンボード１６，１８にそれぞれ３つのスロットのみとなっているが、これは図面を簡略化するためであり、各パターンボードには、使用されるＨＴＳワイヤ１５の総数に対して対応する数のスロットが含まれる。

ＨＴＳワイヤ１５がパターンボード１６，１８の直交配向されたスロットを通過するとき、図２におけるねじり１７がワイヤに与えられ、ワイヤが塑性変形する。ねじれの角度とパターンボード間の間隔が与えられることにより、塑性変形が生じて、ＨＴＳワイヤ１５に永続的なねじれが生じる。パターンボード間の距離「Ｄ」（すなわち、パターンボード間隙）と、回転パターンボード１８のスロットに対する上流パターンボード１６のスロットの角度により、個々のワイヤにおけるねじりの程度が決定され、これによって、ＨＴＳワイヤの結束のピッチが決定される。２つのパターンボードをパターンボードスタンド２０上にともに搭載することができ、パターンボード間隔を調節可能とすることができる。パターンボード間隔が小さくなるほど、ねじれはより堅くなる。例えば、パターンボード間隔を１インチの間隔とすると、完成したケーブルに約２フィートのねじれピッチが生じる。

回転パターンボード１８から出た後、複数のＨＴＳワイヤは、ねじれが付与された状態で結束ライン１０を通過し続け、分離部２２（図１および図３）の間で物理的にガイドされる。この分離部２２は、ねじられたワイヤが絡み合うのを防止するとともに、技術者／オペレータによるラインの両側の監視を可能にするべく、半透明材料から形成され得る。支持部材２３は金属製連続ブラシ５２を保持する。この金属製連続ブラシ５２は、とりわけ、ワイヤに圧力を加えることによりワイヤをガイドボードの近傍に維持する。次いで、個々のワイヤは、図３におけるダイス５４などの成形部材２４によって集約される。これらワイヤは、所望の断面およびねじりピッチを有する成形束２６として成形部材２４から出る。

金属製連続ブラシ５２は絶縁破壊検出システムの一部としても使用されることで、束を成形するときにＨＴＳワイヤのカプトン絶縁体の損傷が確認される。ライン１０に沿って複数のブラシを異なる位置に配置することで、特に、ＨＴＳワイヤが結束ラインを移動しながら向きを変えるときにＨＴＳワイヤを検査してもよい。図４における最終ブラシ６０は、成形束２６をダイス５４の出口で監視する。ここでは２つのブラシのみを説明しているが、追加のブラシがライン１０に沿って異なる位置に含まれてもよい。これらの複数のブラシは、ＨＴＳワイヤの絶縁体の損傷を検出して作業者に報知するために使用され得る回路に接続されることにより、結束処理が完了する前に問題を修正することができる。

ダイス５４は、ダイスハーフ５６とダイスハーフ５８を含み、各ダイスハーフ５６，５８は、それらが一体とされたとき、ＨＴＳワイヤ１５がダイス５４から出て図４に示されるような束２６が形成される際に所望の束の形状およびサイズを提供する開口部を形成するような大きさおよび形状の開口を有している。ダイスハーフ５６，５８間の間隔は、束２６のサイズを変更するように調節可能とすることができる。

成形束２６がダイス５４から出ると、次いで成形束２６には図５におけるオーバーラップ７０（例えば、テフロン（登録商標））が設けられる。束２６は巻き付け装置８０（その一部のみが示される）に入り、この巻き付け装置８０において、束２６の周囲に螺旋状に巻き付けられるようにオーバーラップが適用される。この巻き付け装置８０の１つの可能な構成では、束２６の周囲に螺旋パターンでオーバーラップを均一にガイドする回転テープヘッド／スプールからオーバーラップを供給することができる。このテープヘッドは、巻き付け角度が処理中に一定に保たれるように束２６の周囲を回転する。螺旋状に適用されたオーバーラップ７０は、ＨＴＳワイヤを束のままに維持して、巻き取りのために十分に曲げられたり、その後に様々な用途で使用されたりすることを可能にする。

束２６が螺旋状に巻き付けられた後、束２６は機械的および電気的に試験され、所望の方法で巻き取られる。

Claims (22)

1. 複数の高温超電導テープをフレキシブルケーブル内に結束するためのシステムであって、
   前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドするための第１アライメント装置であって、前記複数の高温超電導テープの各々の幅広の表面が第１角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される前記第１アライメント装置と、
   前記第１アライメント装置から離間して配置され、前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドするための第２アライメント装置であって、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が第２角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置され、前記複数の高温超電導テープを塑性変形させて前記複数の高温超電導テープにねじれピッチを付与するように前記第１角度が前記第２角度に対して傾斜している、前記第２アライメント装置と、
   前記第２アライメント装置から離間して配置され、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを受け取って、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを高温超電導テープの束に成形するための成形部材と、
   を備えるシステム。
2. 前記第１アライメント装置は前記第１角度で配向された複数のスロットを含み、各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第１アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２アライメント装置は前記第２角度で配向された複数のスロットを含み、各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第２アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１角度は前記第２角度に対して略９０度に配向されている、請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１アライメント装置と前記第２アライメント装置との間隔が調節可能であり、前記複数の高温超電導テープの前記ねじれピッチを制御するために利用される、請求項４に記載のシステム。
6. 前記複数の高温超電導テープの各々を支持するリールをさらに備え、各リールは、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が垂直に配置されるように水平に配置されている、請求項４に記載のシステム。
7. 前記第２アライメント装置と前記成形部材との間に配置され、前記複数の高温超電導テープが前記第２アライメント装置を出て前記成形部材に入るときに、ねじれが付与された前記複数の高温超電導テープの各々を分離する分離部をさらに備える請求項３に記載のシステム。
8. 前記分離部は半透明である、請求項７に記載のシステム。
9. 前記ねじれピッチが付与された前記高温超電導テープの前記ケーブルの周りに渦巻状にオーバーラップを巻き付けるための巻き付け装置をさらに備える請求項７に記載のシステム。
10. 前記オーバーラップはテフロン（登録商標）からなる、請求項９に記載のシステム。
11. 前記成形部材はダイスを含む、請求項１に記載のシステム。
12. 複数の高温超電導テープをフレキシブルケーブル内に結束するための方法であって、
    第１アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすることであって、前記複数の高温超電導テープの各々の幅広の表面が第１角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置される、前記第１アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすること、
    前記第１アライメント装置から離間して配置された第２アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすることであって、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が、直交する第２角度にて配向された状態で前記複数の高温超電導テープの各々が並んで配置され、前記複数の高温超電導テープを塑性変形させて前記複数の高温超電導テープにねじれピッチを付与するように前記第１角度が前記第２角度に対して傾斜している、前記第２アライメント装置により前記複数の高温超電導テープを受け取ってガイドすること、
    前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを前記第２アライメント装置から受け取って、前記ねじれピッチが付与された前記複数の高温超電導テープを高温超電導テープの束に成形すること、
    を備える方法。
13. 前記第１アライメント装置は前記第１角度で配向された複数のスロットを含み、各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第１アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第２アライメント装置は前記第２角度で配向された複数のスロットを含み、各スロットは、前記複数の高温超電導テープの対応する一つが前記第２アライメント装置を通過するときに当該対応する一つを支持する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１角度は前記第２角度に対して略９０度に配向されている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１アライメント装置と前記第２アライメント装置との間隔を調節して、前記複数の高温超電導テープの前記ねじれピッチを制御することをさらに備える請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数の高温超電導テープの各々を支持するリールを提供することをさらに備え、各リールは、前記複数の高温超電導テープの各々の前記幅広の表面が垂直に配置されるように水平に配置されている、請求項１５に記載の方法。
18. 前記成形するステップは、分離部を用いて、前記複数の高温超電導テープが前記第２アライメント装置を出るときに、ねじれが付与された前記複数の高温超電導テープの分離を維持することを含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記分離部は半透明である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ねじれピッチが付与された前記高温超電導テープの前記ケーブルの周りに渦巻状にオーバーラップを巻き付けることをさらに備える請求項１８に記載の方法。
21. 前記オーバーラップはテフロン（登録商標）からなる、請求項２０に記載の方法。
22. 前記高温超電導テープの束に成形するステップは、前記複数の高温超電導テープをダイスに通すことを含む、請求項１３に記載の方法。

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