[发明专利]一种超导绕组线材加强的结构及方法

说明书

技术领域

本发明属于超导应用技术领域，尤其涉及一种加强型超导绕组线材结构，可以适用于任何涉及使用超导线材制作的绕组。

背景技术

随着超导电力应用研究的不断深入，超导电力设备如超导储能装置、超导故障限流器、超导电机等正逐步接近实用化和产业化水平，这些超导电力设备的核心部件之一都是超导绕组。

由于高温超导线材的制作工艺复杂，其机械强度较传统导电线材差。目前，无论是第一代的Bi-2223/Ag铋系银包套带材，还是第二代YBCO涂层高温超导带材，超导体都是脆性氧化物陶瓷材料，较大曲率的弯折会导致其通流性能变差或折断。

此外，超导绕组工作在低温和电磁环境下，还会受到形变应力（热胀冷缩）和电磁力作用。在各种力的相互作用下，超导线材若无可靠机械强度则很容易发生局部失稳或崩断，不仅使线材正常通流能力受到影响，可能在故障处产生电压突变，损坏绝缘，其抗短路和过载能力更无从谈起。虽然，目前一些超导线材生产商提供的加强型超导带可以对机械强度有所增加，但其价格十分昂贵且焊接工艺性较差。

同时，电力设备中的超导绕组应具有一定的绝缘强度。而不管是哪一种线材包绕绝缘后都不利于导体散热，尤其是以传导散热为主的绕组结构。例如，超导储能装置中的超导绕组，很容易因热传导效果不好而失超。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导绕组线材加强的结构，其用于绕制超导绕组，能够大幅度提高超导绕组的机械强度和抗短路能力，并可增强绕组内的热传导。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种超导绕组线材加强的结构，包括有一组超导线材，该组超导线材至少为一根；其还包括有一组加强线材，该组加强线材至少为一根；所述的一组超导线材与一组加强线材相互重叠接触组合构成；至少在各超导线材的外露侧覆有绝缘层。

所述超导绕组线材加强的结构的一组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根。

所述的超导绕组线材加强的结构中，可以在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；或是各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合。

所述的一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合。所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置。所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材和一根非金属加强线材。

本发明的另一目的是提供一种超导绕组线材加强的方法，利用该方法可制作性能优良的超导绕组。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种超导绕组线材加强的方法，包括一组超导线材，该组超导线材至少为一根；加入一组加强线材，该组加强线材为非金属加强线材和金属加强线材中的至少一根；将该组加强线材与一组超导线材相互重叠接触；至少在各超导线材的外露侧包覆绝缘层。

所述的超导绕组线材加强的方法还可进一步采用下列方法之一：

a）在所有超导线材与加强线材共同的组合材之外包覆公共绝缘层；

b）将各超导线材包覆绝缘层后与各加强线材再重叠组合；

c）一组加强线材至少包含有一根金属加强线材时，在各超导线材与金属加强线材间加置绝缘层后再共同包覆绝缘层；或各超导线材与各金属加强线材先分别包覆绝缘层后再重叠组合；

d）所述的一组超导线材与一组加强线材均在两根以上时，采用一根超导线材与一根加强线材周期性间隔设置；

e）所述的一组超导线材及所述的一组加强线材包括有两个以上的单元组时，以一个单元组超导线材与一个单元组加强线材周期性间隔设置；其中，所述的各单元组超导线材至少含有一根；所述的各单元组加强线材至少含有一根金属加强线材。

本发明的优点是：解决了超导绕组制作过程中及超导线材单独使用时机械特性差、易失稳和损坏的问题。本发明不仅可以保证线材的机械强度，还可以增强绕组的抗短路和过载能力，避免故障时，电流急剧变化引起的畸变感应电压损坏绝缘；在特定散热条件下可增强绕组内的热传导。

附图说明

图1　为本发明超导绕组线材加强的结构的典型态实施例结构示意图（立体图）

图2　为本发明超导绕组线材加强的结构的第一实施例结构示意图（立体图）。