一种超导开关制造技术

本发明专利技术涉及一种超导电开关。该开关包括以环路形式的超导材料的两个并联分支以及磁场发生器，磁场发生器在基本上平行于环路的轴线的方向上产生通过环路的时变磁场。磁场发生器被选择性地激活和停用以使电开关在低电阻状态和较高电阻状态之间切换。在低电阻状态下，没有磁场通过环路，并且传输电流流过环路。在较高电阻状态下，通过环路的磁场感应出屏蔽电流，使得传输电流和屏蔽电流之和大致等于临界电流或大于超导材料的临界电流。该开关可用于例如整流器或故障限流器中。例如整流器或故障限流器中。例如整流器或故障限流器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种超导开关


[0001]本技术涉及电开关。本技术可作为超导开关得到具体的应用；然而，这不应当被认为是对本专利技术的限制。

技术介绍

[0002]在超导电路中，通常难以引入具有类似低电阻或零电阻导电路径的部件。引入非超导部件会导致电路性能降低，使得整个电路的效率降低。此外，当电阻添加到大电流超导电路中时，需要更大的冷却来抵消电阻部件的加热。
[0003]将电阻部件引入超导电路的另一个问题是，如果去掉电流源，则在所述电路中流动的任何DC电流将立即衰减。相反，在超导电路中，电流根据电路的时间常数(L/R)衰减。换言之，超导电路的优点在于在电源关闭之后很长时间仍能够支持DC电流流动。与电路中的正常导电接头相关联的任何非零电阻确定这些超导电路中的电流衰减速率。
[0004]因此，需要能够提供可在超导电路中有效工作而不会显著降低其性能的部件或器件。
[0005]在这些超导电路中使用的一种类型的部件是可变电阻电流开关。然而，现有的电流开关器件存在许多已知的缺点。例如，热控开关通常响应慢，不适合在高速开关应用中使用。电流控制的开关通常施加超过超导临界电流的电流脉冲，因此这些类型的开关器件容易退化。现有的磁场控制开关器件是由高强度磁场控制的，但是当工作时，这些磁场控制开关器件的每单位长度的电阻小，并且开关速率通常受到所施加的场线圈的大电感的限制。
[0006]专利技术目的
[0007]本技术的一个目的是提供一种电开关。可替代地，本技术的一个目的是提供一种电开关，其能够在较高电阻状态和较低电阻状态之间可控地切换。
[0008]可替代地，本技术的一个目的是提供一种超导电开关。
[0009]可替代地，本专利技术的目的是提供一种超导电开关，其比至少一些现有的超导电开关更小、更高效、更低成本、切换更快和/或具有更高的开关电阻。
[0010]可替代地，本技术的一个目的是提供一种包括超导电开关的整流器。
[0011]可替代地，本技术的一个目的是提供一种使用超导电开关的故障限流器。
[0012]可替代地，本技术的一个目的是至少向公众提供一个有用的选择。

技术实现思路

[0013]根据本技术的第一方面，提供了一种电开关。
[0014]根据本技术的第二方面，提供了一种电开关，其被配置为将在其端子之间流动的电流所经历的电阻从低电阻状态切换到较高电阻状态。
[0015]根据本技术的另一方面，提供了一种电开关，其包括：
[0016]超导材料环路，其中，所述环路包括第一分支和第二分支，第一分支和第二分支在第一端子和第二端子之间并联电连接，并且其中，所述环路具有基本上垂直于所述环路的
平面的轴线；以及
[0017]磁场发生器，其被配置为产生通过环路的时变磁场，通过环路的磁场的方向大致平行于环路的轴线，或者具有大致平行于环路的轴线的分量，
[0018]其中，环路被配置为在第一端子和第二端子之间传送传输电流，
[0019]其中，磁场发生器被配置为选择性地激活和停用以在低电阻状态和较高电阻状态之间切换电开关，
[0020]其中，在低电阻状态下，磁场发生器不产生通过环路的变化磁场并且传输电流流过两个端子之间的环路，并且在较高电阻状态下，磁场发生器产生通过环路的变化磁场，在环路中感应出屏蔽电流，使得在一个或多个分支中的传输电流和屏蔽电流之和接近临界电流、或者大于或基本上等于超导材料的临界电流。
[0021]优选地，超导材料为高温超导体。使用高温超导体可以有利地允许在较高温度下使用本技术，这可以降低电开关的成本并增加可行工作温度的范围。例如，超导材料可以包括稀土钡铜氧化物(ReBCO)、或任何其它合适的高温超导体。例如，稀土组分可以包括钇(Y)、钆(Gd)、钐(Sm)、钕(Nd)或任何其它合适的元素。在该技术的可替代实施例中，超导材料可以是二硼化镁(MgB2)或铋锶钙铜氧化物(BSCCO)或传统低温超导体，诸如铌钛合金(NbTi)。
[0022]优选地，超导材料包括为带的一部分，例如带可以包括沉积在金属衬底和/或陶瓷层上的超导体薄膜。在一些情况下，然后用本领域技术人员应当已知的另一金属外保护层涂覆该薄膜。然而，这不应当被认为是对本技术的限制。例如，超导材料可以包括嵌入在金属基体中的一根或多根细丝、或超导材料的导线。
[0023]在优选实施例中，电开关可以包括开关中超导元件之间的一个或多个接头，诸如在每个端子处超导材料分支的接头。此外，可以在超导材料分支之间提供接头。这些接头可以由非超导材料构成，或者具有非零电阻；例如，接头可以由在电路工作温度下具有非零电阻的正常导电金属焊料形成，诸如铅
‑
锡(PbSn)或铟
‑
银(InAg)合金。在本技术的一些实施例中，开关可以被构造成使得在分支之间没有接头，例如可以通过拆分超导材料或带的连续条带以形成两个整体连接的分支，而形成分支。
[0024]优选地，超导材料的分支还可各自包括一个或多个超导材料的线圈。例如，第一分支可以包括至少一个线圈，第二分支可以包括至少一个线圈。超导线圈的使用可以有利地使磁场发生器和环路之间的耦合更大。在可替代实施例中，可以不使用线圈。
[0025]应当理解，超导材料的每个线圈可以包括一个或多个匝。这些匝可以围绕公共轴线定位。提供围绕公共轴线的一个或多个匝可以有利地允许更简单的结构和/或在变化磁场的发生器和超导材料之间具有更大的耦合。
[0026]在使用线圈的情况下，有利的是，环路的每个分支中的线圈以相反的旋转方向缠绕(即，一个线圈采用右手螺旋形式，另一个线圈采用左手螺旋形式)。例如，两个分支中的第一分支中的线圈可以沿顺时针方向缠绕，而两个分支中的第二分支中的线圈可以沿逆时针方向缠绕。换言之，第一分支中的线圈可以沿第一旋转方向缠绕，第二分支中的线圈可以沿第二旋转方向缠绕，其中第一旋转方向不同于第二旋转方向。这种布置可以有利地进一步促使在环路中产生屏蔽电流。此外，通过反向缠绕线圈，可以抵消开关端子之间的总电感或使其最小。
[0027]优选地，磁场发生器可以包括交流电源形式的电源，诸如AC电流源或AC电压源。例如，磁场发生器可以包括交流电源，该交流电源通过导体的一个或多个匝与超导材料的环路磁耦合。
[0028]优选地，磁场发生器可以通过芯磁耦合到超导材料的环路。在优选实施例中，芯是含有铁或铁氧体的磁性或铁质芯，但是在可替代实施例中，芯可以是非磁性或空气芯，这对于本领域技术人员来说是已知的。当开关在高频下使用时，使用铁氧体芯可能是特别有利的。
[0029]在使用磁芯的实施例中，磁芯由磁性材料的闭合环路构成可能是有利的。使用闭合环路可以更好地使磁场发生器产生的磁场磁耦合到超导材料的分支。
[0030]优选地，磁场发生器可以包括由导体的一个或多个匝组成的磁场发生器线圈。该发生器线圈可以被布置成通过将来自交流电源的电流经由一个或多个匝耦合到芯而在芯中产生磁场。例如，发生器线圈可以包括缠绕在芯周围的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电开关，包括：超导材料的环路，其中，所述环路包括第一分支和第二分支，所述第一分支和所述第二分支在第一端子和第二端子之间并联电连接，并且其中，所述环路具有基本上垂直于所述环路的平面的轴线，并且其中，所述环路被配置为在所述第一端子和所述第二端子之间传送传输电流；以及磁场发生器，其中，所述磁场发生器被配置为产生通过所述环路的时变磁场，其中，通过所述环路的磁场的方向大致平行于所述环路的所述轴线、或者具有大致平行于所述环路的所述轴线的分量，其中，所述磁场发生器被配置为选择性地激活和停用，以使所述电开关在低电阻状态和较高电阻状态之间切换，并且其中，在所述低电阻状态下，所述磁场发生器不产生通过所述环路的变化磁场，并且所述传输电流流过两个端子之间的所述环路，并且在所述较高电阻状态下，所述磁场发生器产生通过所述环路的变化磁场，从而在所述环路中感应出屏蔽电流，使得所述第一分支和所述第二分支中的一个或多个分支中的所述传输电流和所述屏蔽电流之和接近所述超导材料的临界电流、基本上等于所述临界电流、或大于所述临界电流。2.根据权利要求1所述的电开关，其中，所述超导材料包括高温超导体。3.根据前述权利要求中任一项所述的电开关，其中，所述超导材料包括稀土钡铜氧化物(ReBCO)。4.根据前述权利要求中任一项所述的电开关，其中，所述超导材料被包括为带的一部分。5.根据前述权利要求中任一项所述的电开关，其中，所述电开关还包括接头，其中，所述接头将所述第一分支和/或所述第二分支连接到所述第一端子和/或所述第二端子。6.根据权利要求5所述的电开关，其中，所述接头包括非超导材料。7.根据前述权利要求中任一项所述的电开关，其中，所述第一分支包括一个或多个超导材料的线圈。8.根据前述权利要求中任一项所述的电开关，其中，所述第二分支包括一个或多个超导材料的线圈。9.根据从属于权利要求7的权利要求8所述的电开关，其中，所述第一分支的线圈与所述第二分支的线圈绕相同的轴线缠绕。10.根据权利要求9或从属于权利要求7的权利要求8所述的电开关，其中，所述第一分支的线圈沿第一旋转方向缠绕，并且所述第二分支的线圈沿第二旋转方向缠绕，其中，所述第一旋转方向不同于所述第二旋转方向。...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼，
申请(专利权)人：维多利亚林克有限公司，
类型：发明
国别省市：