制造超导线圈的方法和具有根据该方法制造的超导线圈的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造超导线圈（1）的方法，该方法具有提供承载体（2）和将超导材料以至少一个线圈的形式涂覆到承载体上的步骤。通过至少一个覆层方法直接在承载体上进行超导材料的涂覆。能够取消缠绕覆层的带状线。此外，本发明包括一种超导设备，该超导设备具有根据所述方法制造的超导线圈（1）。
【专利说明】制造超导线圈的方法和具有根据该方法制造的超导线圈的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造超导线圈的方法，该方法具有提供承载体和将将超导材料以至少一个线圈的形式涂覆到承载体上的步骤。此外，本发明包括一种超导设备，该超导设备具有根据该方法制造的超导线圈。
【背景技术】
[0002]在制造超导的、尤其高温超导的(HTS)的设备、如HTS机器中，主要的障碍是具有所需要的规格的呈带状或线状的导体材料的较差的可用性。具有良好品质的HTS带的最大可制造的长度位于2000m的范围内。该带通常由带状的基本材料、例如钢带，以及超导覆层构成。所述带以缠绕到承载体上的方式得到线圈，该线圈为超导装置的一部分。因此，线圈例如能够是电动机或发电机中的转子的一部分。
[0003]带状的基本材料上的超导覆层得到不可弯曲的或严重受限弯曲的带。超导材料通常是陶瓷的并且能够在弯曲时从带状的基本材料上剥落或者超导层可能是易破碎的。在将带在例如能够具有条形的、空心圆柱形的或方形的形状的承载体上缠绕成线圈时，带受到强烈的拉伸力、弯曲力和/或扭转力。这导致带的超导特性的变差直至带上的超导层完全破坏。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的是，提供一种用于制造超导线圈和超导设备的方法，其中在制造超导线圈时防止超导体的超导特性变差直至破坏。特别地，本发明的目的是，在用于制造超导线圈的方法中防止通过缠绕超导带而弯曲由超导材料构成的层并且提出一种设备，所述设备具有带有良好超导特性的超导体。
[0005]所提出的目的在用于制造超导线圈的方法方面借助权利要求1的特征来实现并且在设备方面借助权利要求10的特征来实现。
[0006]根据本发明的、用于制造超导线圈的方法和根据本发明的超导设备的有利的设计方案从各个的相关的从属权利要求中得出。在此，独立权利要求的特征能够与从属权利要求的特征组合并且从属权利要求的特征能够相互组合。
[0007]根据本发明的、用于制造超导线圈的方法包括提供承载体和将超导材料以至少一个线圈的形式涂覆到承载体上的步骤。通过至少一个覆层方法直接在承载体上进行超导材料的涂覆。由此能够取消缠绕覆层的带状线。
[0008]通过以具有或没有中间层、例如用于外延生长(epitaktisches Wachstum)的粘附层或层的方式进行直接的涂覆能够在缠绕超导带时防止由超导材料构成的层的弯曲。在直接涂覆时，构成线圈的导体能够直接地通过覆层方法构成在承载体上，或者在另外的方法步骤中、例如光刻方法和/或刻蚀中能够构成呈线圈形式的导体。能够由此防止在构成通常是陶瓷的进而在变形时是脆性的或易碎的超导材料的线圈时引起的变形和破坏。承载体理解为固态材料，在现有技术中在所述固态材料上缠上导体带，以便构成线圈。例如，承载体能够具有条形的、空心圆柱的或方形的形状并且能够是电机或发电机的转子的一部分。绕组承载体例如能够是转子本身或其在运行中引起良好的磁场分布的部分。
[0009]覆层方法包括电镀方法和/或喷镀方法和/或溅镀方法和/或蒸镀方法，该覆层方法根据所应用的方法尤其在液体中、在空气中、在保护气体气压下或者在真空中执行。因此例如在液体中执行电镀方法、在空气中或在真空中执行喷镀方法、在这空中或真超真高真空中执行溅镀方法和蒸镀方法。也能够应用其他的覆层方法，借助这些方法在承载体上构成固态材料。覆层方法与例如将带缠绕在承载体上的方法截然不同。
[0010]通过覆层方法能够直接的构成至少一个超导体、尤其是构成高温超导体，所述超导体构成至少一个线圈。这能够通过例如在固态状态下并且在低温超导材料中的喷镀而直接在导体模具中进行。例如掩模和/或刻蚀的附加的步骤因此能够被省去。能够应用另外的步骤以便在形成具有多于一个的叠加布置的绕组平面的线圈时将不同的平面相互电绝缘。因此例如绝缘体能够构成为在导体层之上的层，并且通过刻蚀、打孔、尤其激光打孔和/或铣削来在不同的导体平面之间建立分离，缠绕和电接触点。
[0011]能够将陶瓷材料、尤其是SnTi和/或NbTi和/或MgB2和/或BiSrCaCuO和/或YBaCuO用作为超导材料。也能够应用另外的超导材料和/或能够应用通过覆层方法涂覆在承载体上的混合物。超导材料在本文中理解为下述材料，所述材料在最终加工状态下在临界温度Tk之下变成是超导的或者是超导的。高温超导体例如能够在液氮的温度下以超导的形式存在。
[0012]尤其借助与利用其涂覆了或已经涂覆了所述陶瓷的超导材料相同的覆层方法涂覆绝缘体。绝缘体能够将线圈的超导导体相对于环境电绝缘或者防止线圈的不同的线圈平面的导体的直接的电接触，其中用于连接平面的接触点是例外的。
[0013]能够将氧化材料、尤其是金属氧化物，或者塑料涂覆为绝缘体。因此，能够将例如绝缘漆作为绝缘体涂覆或者在导体上缠绕薄膜，或者能够在表面上氧化导体的材料，由此形成电绝缘的表面。
[0014]承载体在其表面上包括粘附层和/或绝缘层和/或覆盖层，所述粘附层和/或绝缘层和/或覆盖层尤其利用良好的粘附性直接地在承载体上引起超导陶瓷材料的外延生长。因此，导体能够以晶体线(Kristallinen)方向和/或电从优磁化方向(Vorzugrichtung)构成,和/或引起导体在承载体上良好的机械粘附。
[0015]提供空心圆柱体形状的承载体和/或提供用于产生跑道(Rennbahn)形状的承载体。因此，根据期望的应用能够在承载体上产生不同的线圈，例如跑道形的线圈。承载体能够是机器的转子或作为绕组承载体固定在转子上的或是固定在转子上。
[0016]承载体能够包括由塑料、由金属，尤其是铜或钢、或者由金属氧化物形成的材料。
[0017]根据本发明的超导设备包括借助之前描述的方法制造的超导线圈、尤其是高温超导线圈。通过应用根据之前描述的方法制造的线圈，设备能够具有良好的特性，例如高效率。线圈的导体具有更好的超导特性，因为在制造时避免例如由于机械应力和/或弯曲引起的超导层的损坏。与将超导材料涂覆在导体带上的经典的方法相比能够产生具有极其长导体的线圈。与在薄的导体带上的涂覆相比，能够更简单地实施在大的线圈体上的涂覆。
[0018]根据本发明的设备能够是电动机和/或限流器和/或磁共振层析X光摄影仪和/或热核反应堆。在这些应用中，需要或者应用具有良好超导特性的超导线圈。之前描述的方法根据之前描述的应用能够引起改进的特性、例如更高的效率、更好的开关特性、更好的信号/噪声比、更高的功率、更好的设备效率。
[0019]与具有超导线圈的根据本发明的设备相关的优点类似于下述优点:所述优点在之前已经在用于制造超导线圈的根据本发明的方法方面被描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面，根据唯一的视图详细阐明本发明的具有根据从属权利要求的特征的有利的改进形式的优选的实施形式。
[0021]在附图中示出:
[0022]图1为借助根据本发明的方法制造的超导线圈I的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0023]在图1中示出超导线圈1，所述超导线圈由导体3在承载体2上形成。在导体3的始端和终端分别构成用于电接触线圈I的电接触点4。
[0024]在图1中为了简单性而仅示出线圈中的一个平面。在彼此叠加地制造多个平面，且分别在平面之间具有绝缘体的情况下，线圈I也能够被构造。在接触点4上能够将两个相邻平面的导体3分别彼此电连接。接触点4例如能够通过刻蚀或打孔来从绝缘体上移除。
[0025]借助之前描述的方法不仅能够制造单独的线圈系统而且也能够制造多个线圈系统。也能够在不同的设备中应用不同形状的承载体2。因此，能够在超导机器的转子中例如应用扁平的承载体来取代以跑道形状承载线圈的纵向的空心圆柱形的承载体。
[0026]对于例如限流器而言，在具有相反的“绕组方向”的不同的平面中构成的线圈形式也是可行的。这此外能够降低电损失并且引起超导装置的特性的改进。
[0027]之前描述的装置和方法的组合以及与从现有技术中已知的设备和方法的组合同样是可行的。
[0028]本发明的重点是，通过将超导线圈的超导层直接地涂覆在承载体上、即绕组承载体上，避免通过例如弯曲或拉伸的方法步骤引起的损坏或破坏。在此，直接在承载体能够理解为，存在在承载体上的层的化学或物理的结合。相反于此，在现有技术中，超导层化学地或物理地结合到导体带上并且所述导体带缠绕在承载体上。在此，导体带松动地位于承载体上并且首先在另外的步骤中通过例如浇注树脂结合到承载体上。在缠绕具有超导的、例如陶瓷的覆层的带时，超导层能够被损坏，这导致超导特性变差。这在本发明中被避免。
【权利要求】
1.一种用于制造超导线圈(I)的方法，所述方法具有提供承载体(2)和将超导材料以至少一个线圈的形式涂覆到所述承载体上的步骤，其特征在于，通过至少一种覆层方法直接在所述承载体(2)上进行所述超导材料的涂覆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述覆层方法包括电镀方法和/或喷镀方法和/或溅镀方法和/或蒸镀方法，所述覆层方法根据所述应用的方法尤其在液体中、在空气中、在保护气体气压下或者在真空中执行。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过所述覆层方法直接地构成至少一个超导体(3)、尤其是构成高温超导体(3)，所述超导体随之构成所述至少一个线圈(I)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将陶瓷材料用作超导材料，特别是SnTi和/或NbTi和/或MgB2和/或BiSrCaCuO和/或YBaCuO0
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，尤其借助与利用其涂覆了或已经涂覆了所述陶瓷的超导材料相同的所述覆层方法涂覆绝缘体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，涂覆氧化材料、尤其是金属氧化物或者塑料作为绝缘体。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述承载体(2)在所述承载体的表面上包括粘附层和/或绝缘层和/或覆盖层，所述粘附层和/或绝缘层和/或覆盖层尤其利用良好的粘附性直接地在所述承载体上引起超导的陶瓷材料的外延生长。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，提供空心圆柱体形状的所述承载体(2)和/或提供用于产生跑道形状的所述承载体(2)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述承载体(2)包括由塑料、由金属，尤其是铜或钢、或者由金属氧化物形成的材料。
10.一种超导设备，其特征在于，所述超导设备包括借助根据前述权利要求中的任一项所述的方法制造的超导线圈(I )，所述超导线圈尤其为高温超导线圈(I )。
11.根据权利要求10所述的超导设备，其特征在于，所述超导设备是电动机和/或限流器和/或磁共振层析X光摄影仪和/或热核反应堆。
【文档编号】H01F27/28GK103765532SQ201280041008
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2011年8月24日
【发明者】迪克·施罗德 申请人:西门子公司