[發明專利]一種共垂面換位高溫超導電纜及纏繞換位方法

在審

• 申請號: 202010960864.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112562913A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 左佳欣;賴小強;李鵬遠;孫林煜;張騰;陳輝
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: H01B12/02
• 分類號: H01B12/02
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高安娜

本發明屬于高溫超導技術領域，具體涉及一種共垂面換位高溫超導電纜及纏繞換位方法，包括導體骨架、金屬護套和股線，股線緊密纏繞在導體骨架表面，金屬護套完整包覆所有股線；股線以一定角度螺旋狀纏繞導體骨架表面，且所有股線帶材面全部平行。共垂面纏繞換位方法，將股線緊密纏繞在導體骨架外表面，以導體骨架圓弧中心線為股線的纏繞中軸線，股線以相同角度θ圍繞骨架的中心軸以α角速度旋轉繞制；同時股線也圍繞股線發出的線盤的固定軸Xs反向以α角速度旋轉。通過調整共垂面換位高溫超導電纜的帶面朝向可保持所有帶材平面與磁場角度平行或具有最小的夾角，從而能夠充分利用高溫超導帶材的最大臨界電流。

技術領域

本發明屬于高溫超導技術領域，具體涉及一種共垂面換位高溫超導電纜及纏繞換位方法。

背景技術

高溫超導帶材擁有遠高于低溫超導的運行溫度和和臨界磁場，為建造強磁場磁體提供了更好的選擇，例如用于建造聚變堆磁體、加速器磁體和探測器磁體等。高溫超帶材的臨界電流具有顯著的各向異性，為充分利用帶材的臨界電流，需要將帶材帶面的法線方向與磁場方向垂直；對于非穩態運行環境，需要對高溫超導電纜進行對稱換位，以此來降低電纜的交流損耗。普通結構的高溫超導電纜在進行換位的同時，帶材帶面法線隨帶材長度方向時刻變化，一般難以使所有帶材法線都始終與磁場方向垂直，因此很難充分利用所有帶材的載流能力，經濟性很差。

隨著高溫超導帶材臨界電流的提升和分切技術的發展，利用高溫超導窄帶制作直徑較小的圓形導體成為現實，其彎曲性能接近于同直徑銅線，可充分利用該優點繞制具有共垂面換位特點的大電流電纜。專利CN 110246625 A、CN 110706860A是典型的盧瑟福電纜，高溫超導堆疊矩形、圓形股線以一定角度進行空間換位，股線內帶材帶面在一個周期內旋轉360°，當將該類電纜用于繞制磁體時，所有帶材都將存在帶面法線與磁場平行的部位，導致只能利用帶材的最小載流能力。因此優化高溫超導電纜的結構和工藝，充分利用帶材的載流能力是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種共垂面換位高溫超導電纜及纏繞換位方法，可保持所有帶材平面與磁場角度平行或具有最小的夾角，從而能夠充分利用高溫超導帶材的最大臨界電流。

本發明的技術方案如下：

一種共垂面換位高溫超導電纜，包括導體骨架和金屬護套，以及兩者之間的股線，所述的股線緊密纏繞在導體骨架表面，所述的金屬護套完整包覆所有股線；所述的股線由包覆材料及內部的堆疊導體組成，所述的堆疊導體是由帶狀導體堆疊形成的多層結構，截面為正方形，每一層的平面即為帶材面；所有的股線以一定角度螺旋狀纏繞導體骨架表面，且所有股線帶材面全部平行。

所述的金屬護套為圓柱形或者截面為長圓形的柱形，側壁為雙層的中空結構，內部空隙填充冷卻介質。

所述的導體骨架為圓柱形或者截面為長圓形的柱形。

所述的冷卻介質為液氮、液氦或低溫氦氣。

所述的堆疊導體的帶狀導體堆疊形成的多層結構，層數為20～30層。

所述的導體骨架外纏繞多層股線，單數層與偶數層股線分別以順時針、逆時針交替進行布置。

所述股線分2～4層，纏繞在導體骨架外部。

所述的所有的股線以一定角度螺旋狀纏繞導體骨架表面，角度為5-30°。

所述的股線金屬材料封裝制成，材質為錫、鉛、錫鉛合、金、鋁、銅或者其中2種成分的合金。

所述的金屬護套材質為不銹鋼、銅、鋁、銅合金或鋁合金。