专利名称：一种新型的超导电缆结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及超导电缆，具体涉及的是一种新型的高温超导电缆结构，利用该结构能有效地简化电缆的构造，减小电缆的临界弯曲直径，从而获得具有较高超导性能、效率高、直径小且价格便宜的超导电缆。
针对以上问题，目前采用的方法主要有以下两种1)很多电缆利用螺旋状缠绕超导线材的方法。专利WO 99/08289提出先在一根柔软的芯筒上以一定的间距螺旋状地缠绕一些超导带，绕制角度小于40度，超导带的表面覆盖一层金属，并在其上至少加一层金属带，以增强超导带的抗弯曲能力。专利WO 00139812提出把超导带螺旋状地绕在支撑管的表面上，绕制角度为5～60度，用这种方式来减小超导带中的机械应力。专利US 6215072提出在芯筒上螺旋状地绕一股超导带，把这样形成的超导体以一定的弯曲半径弯曲，半径范围为0.5米-3.0米，超导带的股数范围为7-10000股，超导带不同层之间的绕制方向相反，中间有一层绝缘材料。专利US 5932523提出在多芯超导带上覆盖一层稳定的金属，然后螺旋状地绕在柔软的芯筒上，带与带之间互相平行，绕制时边靠边，形成第一层，然后在其上覆盖一层绝缘层，再把超导带边靠边地绕在绝缘层上以形成第二层，超导带的弯曲应变不大于0.3％，拉力不大于2kg/mm2，电缆的弯曲直径可为1.5m。利用螺旋状缠绕超导线材能在芯筒直径较小的情况下，允许电缆有较大的弯曲直径，但在缠绕过程中由于并没有增强线材本身的抗弯曲能力，很难进一步减小电缆的弯曲直径。另外，上述电缆的结构复杂，对制备电缆的机械设备要求很高，导致上述电缆的成本很高。
2)专利US 5143897提出首先焊上超导带材的长度方向的两边，形成中空的管状物，然后把它制成波浪形，利用该方法可制备出柔软的高温超导电缆，但在焊超导带材的两边时可能会影响超导芯的超导性能。
为了达到上述目的，下面首先对高温超导线材的弯曲过程进行分析当在一根线材的轴向加负载时，该线材会发生弯曲，产生应变，应变定义为其相对长度的变化，即εb＝δl/l0，其中εb为弯曲应变值，δl为棒的长度的变化，l0为棒的起始长度。线材的弯曲示意图如
图1，虚线为中心轴，其长度在弯曲过程中不发生变化，线材的上部分受到拉伸应力，下部分受到挤压应力，总的应变依赖于线材的弯曲半径和该点与中心轴之间的距离，即εb＝d/R，其中d为该点与中心轴之间的距离，R为该线的弯曲半径，对超导线材的弯曲应变进行粗略地估计，其弯曲应变εb＝t/2r，其中t为线材的厚度，r为超导线材的弯曲半径。
许多实验表明，线材的临界电流密度的衰减与线材的弯曲应变有关，超导芯的临界电流与弯曲应变之间的关系如图2所示，其中Ic为线材在弯曲过程中的临界电流值，Ic0为线材弯曲前呈直线时的临界电流值。当超导芯在应力的作用下断裂时，临界电流会衰减，线材的弯曲应变为0.2％时，临界电流急剧下降。根据以上现象，通常定义临界应变为引起临界电流密度衰减百分之几的应变，如图2中临界应变为0.2％，临界电流的衰减主要由超导芯的断裂引起。带材的临界弯曲应变并不总是等于超导芯的临界弯曲应变。假设含超导芯区域的厚度是整个带材厚度的一半，带材的临界弯曲应变大约是超导芯的临界弯曲应变的1.3-2倍，一般超导芯的临界弯曲应变为0.2％，则带材的临界弯曲应变为0.2-0.4％。
根据上述分析，如超导电缆中使用的超导线材由n根导线堆叠而成，堆叠的厚度为100mm，设电缆的弯曲直径为D，则根据弯曲应变的公式，t/D＝0.4％，D为25M，这样的电缆显然缺乏实用价值。
本发明的目的是提供一种新型的超导电缆结构，利用该结构能减小电缆的临界弯曲直径，且电缆具有较高的超导性能。本发明适用于任何超导材料，尤其适用于铋系高温超导材料，导线的形状和大小没有严格的限制。
本发明包括以下一些方法一、当电缆使用一根超导导线时1)图3所示，把该线插入管中。
2)如图4所示，把该线预弯成一定的弧度，然后插入管中。
3)如图5所示，把该线制成波浪形，然后插入管中。
4)如图6所示，把该线制成螺旋式，然后插入管中。
二、电缆使用多根导线时1)做成一捆；a)把多根线做成有序的一捆。
b)把多根线分散排列。
2)做成多捆。
把线做成多捆，捆与捆之间可以是独立的；也可以有联系，其联系是弹性的。
3)结合1)、2)和上述一中单根线材的方法。
上述每一捆中的线材可采用两种形式的组合一种是线与线之间隔离，这样每根线的临界弯曲直径就是每根线的厚度除以临界弯曲应变；另一种是线与线并联，此时整根线最外部的临界弯曲直径就是整根线的厚度除以临界弯曲应变。
实施例2如图4所示，选用一根铋系2223相高温超导导线1和一根管2，把该导线先预弯成直径为1m的线，然后把该导线插入管中，在管中通入液氮冷却。
实施例3如图5所示，选用一根铋系2223相高温超导导线1，把该导线先弯成波浪形，然后把该导线插入管2中，在管中通入液氮冷却。
实施例4
如图6所示，选用一根铋系2223相高温超导导线1，把该导线先制成螺旋形，然后把该导线插入管2中，在管中通入液氮冷却。
实施例5如图7所示，选用4根铋系2223相高温超导导线1，把这6根线之间隔离，然后堆叠成有序的一捆，然后把该捆线插入管2中，在管中通入液氮冷却。
实施例6如图8所示，选用6根铋系2223相高温超导导线1，分成两组，每组3根，组与组之间隔离，而组内线与线之间并联，在弯曲形变时组与组之间分离，组内线与线之间相关，然后把这两组线插入管2中，在管中通入液氮冷却。
实施例7如图9所示，选用20根铋系2223相高温超导导线1，每4根为一捆制成5捆导线，捆内线与线之间并联，然后在这5捆线之间用弹簧隔离，使该5捆线之间既分开又有弹性联系，把这5捆线插入管2中，并在管2中通入液氮。
实施例8如图10所示，选用3根铋系2223相高温超导导线1，在每根导线表面涂一层绝缘层，然后把它们制成一捆，再把该捆线弯成波浪形插入管2中，最后在管2中通入液氮冷却。
权利要求
1.一种新型的超导电缆结构，其特征在于通过将超导线放入管中构成。
2.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于管中的超导线有一定的弯曲弧度。
3.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于管中的超导线成波浪形。
4.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于管中的超导线成螺旋式。
5.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于将超导线做成一捆。
6.根据权利要求5所述的超导电缆结构，其特征在于把多根线做成有序的一捆。
7.根据权利要求5所述的超导电缆结构，其特征在于把多根线分散排列，在电缆弯曲时每根线的形变与其他线的形变有相对的独立性。
8.根据权利要求1所述的超导电缆结构，其特征在于将超导线做成多捆。
9.根据权利要求8所述的超导电缆结构，在电缆弯曲时每捆线的形变与其他线的形变有相对的独立性，捆与捆之间可以是独立的，也可以有联系，其联系可以是弹性的。
10.根据权利要求8所述的超导电缆结构，其特征在于可将其与上述的任何一种方法相结合。
全文摘要
一种新型的超导电缆的结构，管中的导线或导线的组合体在电缆弯曲时产生的形变有相对的独立性，将这些导线放在管中，从而可有效地简化电缆的构造，减小电缆的临界弯曲直径，从而获得具有较高超导性能、效率高、直径小且价格便宜的超导电缆。
文档编号H01B12/00GK1402262SQ01123899
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月13日 优先权日2001年8月13日
发明者韩征和 申请人:北京英纳超导技术有限公司