專利名稱：高溫超導(dǎo)電流引線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高溫超導(dǎo)器件的電流引線。
技術(shù)背景實(shí)用超導(dǎo)器件需要工作在極低的溫度條件下，而電源一般處于室溫，因 此需要由室溫電源通過電流引線供電。電流引線會(huì)引入漏熱，成為低溫系統(tǒng) 的主耍熱源，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的降低和運(yùn)行費(fèi)用的升高。為了解決 這一問題，目前一般采用高溫超導(dǎo)材料來制作電流引線，其原因在于用高溫超導(dǎo)材料制成的電流引線進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)以后，直流電阻為零，消除了焦耳熱； 另一方面，高溫超導(dǎo)帶材的熱導(dǎo)率較銅等金屬材料低很多，沿電流引線的傳 導(dǎo)熱比常規(guī)電流引線小得多，因此，采用高溫超導(dǎo)材料來制造電流引線可以 大幅度降低由電流引線引入低溫系統(tǒng)中的漏熱，進(jìn)而大大降低超導(dǎo)器件的整 體運(yùn)行費(fèi)用和提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。目前普通高溫超導(dǎo)電流引線結(jié)構(gòu)由于受高溫超導(dǎo)材料臨界轉(zhuǎn)變溫度的限 制，通常需要采用二元結(jié)構(gòu)(binary tape)，即高溫超導(dǎo)電流引線主體由兩 部分組成與室溫電源連接的部分仍采用普通的銅引線，此時(shí)-一般稱為熱交 換器與超導(dǎo)磁體等低溫設(shè)備連接的部分采用高溫超導(dǎo)材料制造，稱為高溫 超導(dǎo)段。此外，還有一些起過渡作用的附屬部件(端頭等)，來實(shí)現(xiàn)高溫超 導(dǎo)電流引線與電源及磁體等的連接。工作時(shí)，高溫超導(dǎo)電流引線熱交換器與 高溫超導(dǎo)段之間起過渡作用的銅端頭工作溫度選擇在高溫超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn) 變溫度以下，以保證工作時(shí)電流引線的超導(dǎo)段處于超導(dǎo)態(tài)。用Bi-2223高溫超導(dǎo)線材制造高溫超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)段時(shí)，通常的制 作方法是用不銹鋼(或環(huán)氧)等材料制作電流引線的骨架，對(duì)高溫超導(dǎo)線材 起支撐和保護(hù)作用，再將Bi-2223線材固定在骨架的外表面，外部用玻璃纖 維或不銹鋼等制成的引線外套管進(jìn)行固定和密封。針對(duì)現(xiàn)有高溫超導(dǎo)電流引線結(jié)構(gòu)，主要存在以下不足1、 高溫超導(dǎo)電流引線的支撐骨架多采用不銹鋼等材料，電流引線制成 后本身為一剛性部件。使用中，在安裝高溫超導(dǎo)電流引線的時(shí)候，對(duì)與其相 連接的其他部件的加工精度、安裝位置和安裝角度有一定要求，如果誤差較 大，可能造成無法順利安裝，或者需要采取其他過渡措施進(jìn)行連接。2、 在對(duì)現(xiàn)有設(shè)備改造以提高容量、增加功能或加裝新的檢測(cè)設(shè)備等情 況下，可能存在超導(dǎo)磁體的接線頭至低溫杜瓦上電流引線出口之間的一部分 空間被其它部件或設(shè)備占用，則普通的高溫超導(dǎo)電流引線無法直接安裝使 用。3、 普通高溫超導(dǎo)電流引線設(shè)計(jì)、制造時(shí)通用性差，當(dāng)高溫超導(dǎo)電流引 線設(shè)計(jì)容量不同時(shí)，需要獨(dú)立設(shè)計(jì)，制造工藝過程也不易統(tǒng)一。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種高溫超導(dǎo)電流引線結(jié)構(gòu)，其包括高溫超導(dǎo)段和 熱交換器，高溫超導(dǎo)段由至少一個(gè)超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭組成，其中超導(dǎo)元件 包含至少一根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和至少一個(gè)彈性骨架，當(dāng)超導(dǎo)元 件包含兩根以上的具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線時(shí)，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的寬度面 之間互相平行，其中高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的寬度面(即ab面)如圖1所示。高溫 超導(dǎo)導(dǎo)線的形狀和大小沒有嚴(yán)格的限制。高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與彈性骨架之間可以 直接連接，直接連接的方式可以是利用低熔點(diǎn)金屬焊接、利用低熔點(diǎn)合金焊 接或膠接，其中導(dǎo)電膠可采用環(huán)氧型膠粘劑或聚氨脂型膠粘劑。另外，高溫 超導(dǎo)導(dǎo)線與彈性骨架之間也可以互相獨(dú)立，二者分別與高溫超導(dǎo)段的端頭連 接。彈性骨架對(duì)高溫超導(dǎo)線材起支撐和定位作用。并且，可以將高溫超導(dǎo)導(dǎo) 線夾在兩層彈性骨架之間，骨架對(duì)超導(dǎo)導(dǎo)線起到保護(hù)的作用，以保證高溫超 導(dǎo)電流引線在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等過程中不受損傷。彈性骨架的材料為金屬 或者環(huán)氧樹脂，彈性骨架的橫截面可以為矩形或圓形，橫截面為矩形的彈性 骨架的厚度可為0. 005-10 mm，橫截面為圓形的彈性骨架的直徑可為0. 005-10 mm，彈性骨架的機(jī)械強(qiáng)度可高于超導(dǎo)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度。整個(gè)高溫超導(dǎo)段 的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi)時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線 不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95%。外加磁場(chǎng)平行于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線中超導(dǎo)晶粒 的ab面。超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭之間電連接，電連接的方式為焊接、使用導(dǎo)電膠膠接或機(jī)械連接，超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭之間導(dǎo)電，其中導(dǎo)電膠可使用銅 粉填充型環(huán)氧導(dǎo)電膠或銀粉填充型環(huán)氧導(dǎo)電膠。熱交換器可采用金屬編織線，編織線材料在溫度為2(TC時(shí)電阻率小于0.0282Q .mm7m，可選用金、 銀或銅。超導(dǎo)段和熱交換器外可加彈性套管，彈性套管可以是波紋管，套管 材料可為塑料、玻璃纖維或不銹鋼。 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、 利用本發(fā)明，電流引線高溫超導(dǎo)段的支撐骨架及外套管具有一定的 柔性，在保證高溫超導(dǎo)電流引線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和高溫超導(dǎo)帶材不受損傷的前提 下，高溫超導(dǎo)電流引線本身在一定范圍之內(nèi)可以彎曲，使得高溫超導(dǎo)電流引 線在實(shí)際使用中更加靈活。2、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)，不同容量的電流引線 只需要不同數(shù)量的柔性高溫超導(dǎo)電流引線進(jìn)行組合。3、 彈性骨架對(duì)高溫超導(dǎo)線材可以起支撐、定位和保護(hù)作用，以保證高 溫超導(dǎo)電流引線在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝等過程中不受損傷，提高該引線工作穩(wěn) 定性。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，其中 圖1為高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的立體圖，其中ab面為寬度面；圖2為一種高溫超導(dǎo)電流引線基本結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3 —種高溫超導(dǎo)電流引線的高溫超導(dǎo)段部分示意圖； 圖4 一種高溫超導(dǎo)電流引線的高溫超導(dǎo)段部分示意圖； 圖5 —種高溫超導(dǎo)電流引線的高溫超導(dǎo)段部分示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖2所示，高溫超導(dǎo)電流引線由室溫端1、熱交換器2、高溫超導(dǎo)段 和連接線3相互焊接而成，其中高溫超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件4和兩個(gè)銅端頭5組成，其中超導(dǎo)元件如圖3所示包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超 導(dǎo)導(dǎo)線6和2塊具有一定彈性的不銹鋼薄板7，并列焊接在兩端的銅端頭5 上，兩塊不銹鋼薄板寬度為6cm，長(zhǎng)度與6相同，厚度為10mm，整個(gè)高溫超 導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi)時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該 導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95%。高溫超導(dǎo)電流引線的熱交換器部分如 圖2所示采用銅編織帶。高溫超導(dǎo)段和熱交換器外加有波紋管8，其材料為 不銹鋼。實(shí)施例2如圖2所示，高溫超導(dǎo)電流引線由室溫端1、熱交換器2、高溫超導(dǎo)段 和連接線3組成，其中高溫超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件4和兩個(gè)銅端頭 5組成，其中超導(dǎo)元件如圖4所示包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線6 和一個(gè)具有一定彈性的不銹鋼薄板9，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的寬度面之間互相平 行，不銹鋼薄板的厚度為0.005mm，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與不銹鋼薄板焊接，電流 引線的外套管為波紋管8，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi)時(shí)，所述 的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95%。 高溫超導(dǎo)電流引線的熱交換器部分如圖2所示采用銀編織帶。高溫超導(dǎo)段和 熱交換器外加有波紋管8，其材料為玻璃纖維。實(shí)施例3如圖4所示，高溫超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件和兩 個(gè)銅端頭5組成，超導(dǎo)元件包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線6和一個(gè) 具有一定彈性的環(huán)氧樹脂9，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的寬度面之間互相平行，環(huán)氧樹 脂板的厚度為lmm，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與環(huán)氧樹脂利用環(huán)氧型膠粘劑膠接，電流 引線的外套管為波紋管8，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi)時(shí)，所述 的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95%。 高溫超導(dǎo)電流引線的熱交換器部分如圖2所示采用金編織帶。在高溫超導(dǎo)段 和熱交換器外加有彈性套管，其材料為塑料。實(shí)施例4如圖5所示，高溫超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件和兩 個(gè)銅端頭5組成，超導(dǎo)元件包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線6和2根 具有一定彈性的不銹鋼圓桿10，直徑為0.005mm，并列焊接在兩端的銅端頭 上，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與不銹鋼圓桿互相獨(dú)立，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與不銹鋼圓桿分別 與高溫超導(dǎo)段的兩個(gè)銅端頭連接，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi) 時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流 的95%。實(shí)施例5如圖5所示，高溫超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件和兩 個(gè)銅端頭5組成，超導(dǎo)元件包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線6和2根 具有一定彈性的不銹鋼圓桿10，直徑為10mm，并列焊接在兩端的銅端頭 上，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與不銹鋼圓桿互相獨(dú)立，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與不銹鋼圓桿分別 與高溫超導(dǎo)段的兩個(gè)銅端頭連接，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5%以內(nèi) 時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流 95%。實(shí)施例6如圖5所示，高溫超導(dǎo)電流引線的超導(dǎo)段部分由一個(gè)高溫超導(dǎo)元件和兩 個(gè)銅端頭5組成，超導(dǎo)元件包含3根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線6和2根 具有一定彈性的環(huán)氧樹脂圓桿10，直徑為2mm，并列焊接在兩端的銅端頭 上，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與環(huán)氧樹脂圓桿互相獨(dú)立，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與環(huán)氧樹脂圓桿 分別與高溫超導(dǎo)段的兩個(gè)銅端頭連接，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5% 以內(nèi)時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界 電流95%。
權(quán)利要求
1、一種高溫超導(dǎo)電流引線，包括高溫超導(dǎo)段和熱交換器，其特征在于高溫超導(dǎo)段由至少一個(gè)超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭組成，所述的超導(dǎo)元件包含至少一根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和至少一個(gè)彈性骨架，當(dāng)所述的超導(dǎo)元件包含兩根以上的具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的寬度面之間互相平行，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線與彈性骨架直接連接或者分別與高溫超導(dǎo)段的端頭連接，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5％以內(nèi)時(shí)，所述的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95％，超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭之間電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于超導(dǎo)元件和兩 個(gè)端頭之間電連接的方式為焊接、使用導(dǎo)電膠膠接或機(jī)械連接，超導(dǎo)元件和 兩個(gè)端頭之間導(dǎo)電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線 與彈性骨架直接連接的方式為利用低熔點(diǎn)金屬焊接、利用低熔點(diǎn)合金焊接或 膠接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于彈性骨架的材 料為金屬或者環(huán)氧樹脂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于彈性骨架的橫 截面為矩形或圓形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于所述的橫截面 為矩形的彈性骨架的厚度為0. 005-10mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于所述的橫截面 為圓形的彈性骨架的直徑為0. 005-10ram。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于所述彈性骨架 的機(jī)械強(qiáng)度高于高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于磁場(chǎng)平行于高 溫超導(dǎo)導(dǎo)線中超導(dǎo)晶粒的ab面。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于熱交換器釆 用金屬編織線。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于金屬編織線材料在溫度為2(TC時(shí)電阻率小于0. 02820./ ; 2/加。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于金屬編織線 材料為金、銀或銅。
13、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于在所述的高 溫超導(dǎo)段和熱交換器外加有彈性套管。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于所述的彈性 套管為波紋管。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的高溫超導(dǎo)電流引線，其特征在于所述的套管 材料為塑料、玻璃纖維或不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于高溫超導(dǎo)器件的電流引線，其包括高溫超導(dǎo)段和熱交換器，其中高溫超導(dǎo)段由至少一個(gè)超導(dǎo)元件和兩個(gè)端頭組成，超導(dǎo)元件包含至少一根具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線和至少一個(gè)彈性骨架，當(dāng)超導(dǎo)元件包含兩根以上的具有超導(dǎo)性能的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線的寬度面之間互相平行，整個(gè)高溫超導(dǎo)段的彎曲應(yīng)變?cè)?.5％以內(nèi)時(shí)，高溫超導(dǎo)導(dǎo)線的臨界電流不低于該導(dǎo)線不承受應(yīng)變時(shí)的臨界電流的95％，利用該方法能使高溫超導(dǎo)電流引線本身在一定范圍之內(nèi)可以彎曲，在實(shí)際使用中更加靈活，并且容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01F6/06GK101221848SQ20071017900
公開日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者張宏杰 申請(qǐng)人:北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司