HTS线圈制造技术

一种HTS线圈由包括多个HTS带导线股线的电缆卷绕，所述HTS带导线股线沿着所述电缆的长度以不同于一个或多个其它股线的俯仰角螺旋，且沿着所述电缆的所述长度在彼此的上方和下方编绕。所述线圈能够利用完全换位且因此磁性解耦的HTS带绕组来制造，而不需HTS材料。

【技术实现步骤摘要】
HTS线圈
本专利技术涉及一种由包括多个HTS带导线的电缆卷绕的线圈及其制造方法。
技术介绍
高Tc超导(HTS)用于高场变压器、磁体、电动机、发电机和故障电流限制器的线圈，例如，其中它们需要以下各项的应用程序特定的最佳组合：a)高电流携载容量，b)高电流密度，c)低AC损耗和d)稳定性。对于给定类型的HTS导线，可通过增加导线的数目来改进a)和b)，而可通过确保电缆被完全换位来减小少AC损耗并提高稳定性，以使得每一导线电磁等效。以此方式，电流被同等共享，且AC损耗最小化。此外，许多HTS导线是金属带基板上的较薄陶瓷涂层。由于这一形式因数，它们示出了各向异性的机械特性(例如最小转弯半径)。因此，它们可能不像正常或超导金属线那样容易机械变形。先前已经提出若干种电缆几何结构，各自具有不同优点和权衡。在罗贝尔棒换位导线电缆配置(Roebelbartransposedconductorcableconfiguration)中，多个单独的扁平导线沿着电缆的长度换位以增加电流密度，所述电缆具有扁平或棒状截面。罗贝尔换位导线电缆可形成有HTS带导线以增加电流密度，并且在AC应用中减少AC损耗。可将罗贝尔棒换位导线电缆配置视为绞合电缆的变化形式。罗贝尔棒配置的缺点在于必须将个别HTS带导线切割或以其它方式形成为蛇形形状，这使得制造过程更复杂，并且通常会产生材料浪费。卢瑟福电缆配置(Rutherfordcableconfiguration)是另一种电缆配置，其中多个单独导线沿着扁平电缆的长度绞合。卢瑟福电缆几乎仅利用圆形导线制得，所述圆形导线基本上成两个平行行。与罗贝尔棒配置相反，它可以使用HTS带，而不需要将它切割成特定轮廓，条件是不超过带的最小转弯半径。并且，垂直于带的定向在它沿着电缆卷绕时改变。在CorcTM磁体电缆中，HTS带导线层卷绕于芯周围。这类似于卢瑟福电缆，差别在于芯是圆柱形的，且不是扁平电缆。CorcTM电缆可具有多个层，其中每一层独立卷绕，且层之间的带不换位。在绞合堆叠电缆中，导线带以堆叠方式绑定并接着进行绞合。沿着电缆的长度，在电缆中心中的带仍保持在中心中，且外表面处的带仍保持在外表面处，因此，不同导线不是电磁等效的且未被完全换位。电气和电子工程师协会磁学技术会报(IEEETrans.Magn.)在1992年第28卷第1期第190到193页的PBruzzone的《NET导管电缆超导体的完全换位编带(FullyTransposedBraidsfortheCable-in-ConduitSuperconductorsofNET)描述了编绕电缆，其中各种导线沿着电缆的长度在电缆内且相对于彼此同时改变位置，因为导线沿着电缆长度进行编绕(如编织)。导线为低温超导Nb3Sn线。此“体”编绕概念对任何线导线都完全适用，但是无法扩展到展示出各向异性机械特性的带导线。PCT国际专利申请公开WO2005/109451公开一种电力产生和传输系统，其包括发电机、负载和HTS电力和传输电缆，它们之间可包括编绕构造。
技术实现思路
HTS线圈在广泛意义上，在一个方面中，本专利技术包括由包括多个股线的电缆卷绕的线圈，所述股线中的一个或多个沿着电缆长度以不同于一个或多个其它股线成的俯仰角螺旋，且所述股线沿着电缆长度在彼此的上方和下方编绕，所述股线中的至少一个包括HTS带导线。在一些实施例中，一个或多个股线在一个方向上围绕电缆长度螺旋，且至少一个或多个其它股线在相反方向上围绕电缆长度螺旋。相同数目个HTS带导线可在每一方向上围绕电缆长度螺旋，或较大数目个HTS带导线可在一个方向上围绕电缆长度螺旋，且较少数目个HTS带导线在另一方向上围绕电缆长度螺旋。在这些实施例中，不同俯仰角可具有不同或类似值但具有相对方位(hand)。在其它实施例中，所有股线在相同方向上围绕电缆长度螺旋，其中一个或多个股线具有与至少一个或多个其它股线不同的俯仰角。相同数目个HTS带导线可以每一俯仰角螺旋，或较多数目个HTS带导线可以一个俯仰角螺旋，且较少数目个HTS带导线以不同俯仰角螺旋。在这些实施例中，不同俯仰角具有不同值但具有相同方位。在一些实施例中，包括HTS带导线的所述股线或每一股线包括单个HTS带导线。其它股线可包括非HTS导线或非导线。在一些实施例中，包括HTS带导线的所述股线或每一股线包括多个HTS带导线。其它股线可包括非HTS导线或非导线。本专利技术的线圈可利用完全换位且因此磁性解耦的HTS带绕组来制造，同时不具有如罗贝尔棒换位导线电缆制造中所出现的HTS材料浪费。HTS带电缆制造方法在广泛意义上，在另一方面中，本专利技术包括一种制造线圈的方法，所述方法包括由包括多个股线的电缆卷绕线圈，所述股线中的一个或多个沿着电缆长度以不同于一个或多个其它股线的俯仰角螺旋，并且因此股线沿着电缆长度在彼此的上方和下方编绕，所述股线中的至少一个包括HTS带导线。定义在本说明书中，‘线圈’包含例如高场变压器、磁体、电动机、发电机和故障电流限制器的绕组。在本说明书中，一个或多个股线以不同于至少一个或多个其它股线的俯仰角螺旋，股线沿着电缆长度在彼此的上方和下方编织也被称作‘编绕’。如前所述，不同俯仰角可具有不同或类似值但具有相对方位，或具有不同值但具有相同方位。如本说明书和权利要求书中所使用的术语‘包括’是指‘至少部分地由……组成’，也就是说，当插入的独立权利要求包含所述术语时，在每一权利要求中以所述术语为开头的特征将需要存在，但是还可存在其它特征。附图说明参考附图进一步描述本专利技术，在附图中：图1是适用于卷绕根据本专利技术的线圈的电缆的实施例的透视图，所述电缆由八个HTS带导线组成，图2是图1的电缆的侧视图，图3A到F是沿着图2的线A-A到F-F的图1和2的电缆的一系列六个横截面视图，图4是适用于卷绕根据本专利技术的线圈的电缆的另一实施例的透视图，所述电缆由十六个HTS带导线组成，图5是图4的电缆的侧视图，图6A到F是沿着图5的线A-A到F-F的图4和5的电缆的一系列六个横截面视图，图7A到G说明可用于制造电缆的其它编绕图案；以及图7H说明参考轴线和电缆之间的滚转角θ，图8A到G说明适用于卷绕根据本专利技术的线圈的电缆的其它实施例，图9是适用于卷绕根据本专利技术的线圈的电缆的另一实施例的透视图，所述电缆由四个HTS带导线组成，图10是图9的电缆的侧视图，图11A到F是沿着图10的线A-A到F-F的图9和10的电缆的一系列六个横截面视图，图12是类似于图1到3的电缆但具有非圆形截面形状的电缆的实施例的透视图，图13是在实验工作的后续描述中所提到的电缆样本的AC输送损耗的曲线，以及图14是在实验工作的后续描述中所提到的电缆样本的磁化损耗的曲线。具体实施方式如前所述，在一个方面中，本专利技术包括由包括多个股线的电缆卷绕的线圈，所述股线中的一个或多个在一个方向上沿着电缆长度以不同于一个或多个其它股线螺旋的俯仰角螺旋，且所述股线沿着电缆长度在彼此的上方和下方编绕，所述股线中的至少一个包括HTS带导线。图1到3示出适用于卷绕本专利技术的线圈的由八个股线组成的一个电缆实施例，每一股线包括单个HTS带导线。沿着电缆长度，其中四个HTS带导线1到4在一个方向上(围绕电缆长度顺时针)螺旋，且其它四个HTS带导线5到8在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由包括多个股线的电缆卷绕的线圈，所述股线中的至少一个或多个沿着所述电缆的长度以不同于一个或多个其它股线的俯仰角螺旋，且所述股线沿着所述电缆的所述长度在彼此的上方和下方编绕，所述股线中的至少一个包括HTS带导线。

【技术特征摘要】
2017.06.21 NZ 7330831.一种由包括多个股线的电缆卷绕的线圈，所述股线中的至少一个或多个沿着所述电缆的长度以不同于一个或多个其它股线的俯仰角螺旋，且所述股线沿着所述电缆的所述长度在彼此的上方和下方编绕，所述股线中的至少一个包括HTS带导线。2.根据权利要求1所述的线圈，其中一个或多个股线在一个方向上围绕所述电缆长度螺旋，且至少一个或多个其它股线在相反方向上围绕所述电缆长度螺旋。3.根据权利要求2所述的线圈，其中相同数目个HTS带导线在每一方向上围绕所述电缆长度螺旋。4.根据权利要求2所述的线圈，其中较大数目个HTS带导线在一个方向上围绕所述电缆长度螺旋，且较少数目个HTS带导线在另一方向上围绕所述电缆长度螺旋。5.根据权利要求2到4中任一项所述的线圈，其中所述不同俯仰角具有类似值但具有相对方位。6.根据权利要求5所述的线圈，其中所述不同俯仰角在30和60度之间。7.根据权利要求1所述的线圈，其中所有股线在相同方向上围绕所述电缆长度螺旋，其中一个或多个股线具有与至少一个或多个其它股线不同的俯仰角。8.根据权利要求7所述的线圈，其中相同数目个HTS带导线以每一俯仰角螺旋。9.根据权利要求7所述的线圈，其中较大数目个HTS带导线以一个俯仰角螺旋，且较少数目个HTS带导线以不同俯仰角螺旋。10.根据权利要求7到9中任一项所述的线圈，其中所述一个俯仰角在30和60度之间，且所述另一不同俯仰角在...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·G·杜比斯，N·J·隆，
申请(专利权)人：维多利亚联结有限公司，
类型：发明
国别省市：新西兰,NZ