专利名称：超导设备的能量引出结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于传送电能的电能馈送结构，被设置在超导设备中的低温侧和室温侧之间。本发明还涉及一种装备有该电能馈送结构的超导电缆线。更具体地说，本发明涉及一种电能馈送结构，该电能馈送结构被设置在超导设备中并能够容易地改变将被馈送的电能。
背景技术：
各种类型的超导设备已被研究，其中通过用冷却剂冷却，可以使由超导材料制成的超导部分显示出超导状态，由此减小或基本上消除电阻。例如，这种超导设备之一是具有超导导体和超导屏蔽层的超导电缆，以及其他例子是超导故障限流器、超导变压器以及超导磁能存储(SMES)装置，其中设置超导线圈。在这种超导设备中，通常在超导部分的端部，形成用于在低温侧和室温侧之间输入和输出电能的馈送结构，亦即，在超导导体或超导线圈的端部。例如，在图7所示的超导电缆中，形成如图8(A)和8(B)所示的馈送结构。图7示意地示出了一个低温类型中的三芯超导电缆的截面，以及图8示出了用于一个低温类型中的三芯超导电缆的端子结构；具体地，图8(A)表示在AC电线的情况中的端子结构，以及图8(B)表示DC电线的情况中的端子结构。
超导电缆100被构造为在隔热导管101中布置三个电缆芯线102。每个线芯102包括从中心依次布置的线圈架200、第一超导层201、电绝缘层202、第二超导层203以及保护层204。第一超导层201和第二超导层203每个由超导材料制成。在三相AC输电的情况下，例如，每个线芯102的第一超导层201被用作超导导体，以及每个线芯的第二超导层203被用作超导屏蔽层。在双极DC输电的情况下，例如，一个线芯102的第一超导层201被用作正极端线，以及另一线芯102的第一超导层201被用作负极端线，而这两个线芯的第二超导层203被用作中性线以及剩余的线芯被用作备用线。在单极DC输电的情况下，例如，一个线芯的第一超导层201被用作出线，相同线芯的第二超导层203被用作回线，以及剩余的线芯被用作备用线。
在使用上述超导电缆的超导电缆线的端部形成用于连接低温侧和室温侧的端子结构(例如，参见，专利文献1)。如图8(A)和8(B)所示，通过超导电缆100的端部和包含该电缆端部的端子盒300构成该端子结构。该端子盒300包括端子冷却剂容器301和302，其中包含线芯102的端部，以及包括端子真空隔热容器303，被布置为围绕端子冷却剂容器301和302的外周边。每个线芯102的端部被渐进地剥离，以使第一超导层201和第二超导层203相继露出，露出的层201和203分别被引入到端子冷却剂容器301和302。具有由铜制成的内置引线部分311的衬套310被连接到第一超导层201。在衬套310的室温侧布置瓷管312。通过该衬套310，可以从低温侧至室温侧或从室温侧至低温侧馈送电能。在部分第一超导层201周围布置环氧树脂单元313，该部分位于端子冷却剂容器301和302之间的边界周围。
当使用上述超导电缆线执行AC输电时，第二超导层203需要接地。为此，如图8(A)所示，三个线芯的第二超导层203通过短路部件210互相连接，以及接地线211被连接到该短路部件210，以便提供接地。接地线211穿过冷却剂容器302的壁和真空热绝缘容器303引出到具有室温的外部，并被接地。另一方面，当执行单极DC输电时，第二超导层203用作回线导体，电流一直流过它，其幅度可与流过第一超导层201的电流相当。以及，当执行双极DC输电时，第二超导层203被用作中性线，通过其流动不平衡的电流。因此，在DC输电的情况下，如图8(B)所示，衬套221中内置的引线部分222被连接到三个线芯的第二超导层203，并通过短路部件220互相连接，以及衬套221的端部被引出到具有室温的外部。注意尽管实际上存在三个线芯，但是在图8(A)和8(B)中仅仅示出了两个电缆芯线102。
专利文献1日本未审专利申请公开号2002-238144发明内容本发明解决的问题尽管目前输电线和配电线主要构成用于AC输电，但是考虑到传输容量和传输损耗，DC输电是更加有利的。因此，存在需要从AC电线至DC电线转换的可能性。在此情况下，电缆本身可以容易地从AC输电使用转变为DC输电使用。但是，由于AC线的端子结构不同于DC线的端子结构，如图8(A)和8(B)所示，因此将AC电线照原样转变为DC电线是困难的，因为在AC电线和DC电线之间，流过第二超导层的电流是不同的。
在AC电线中，因为流过连接到第二超导层的地线的电流较小，相对于其导电部分，接地线的截面面积可能较小。另一方面，在DC电线中，当流过第二超导层的电流基本上具有与流过第一超导层的电流相同数量时，连接到第二超导的引线部分被设计成允许电流流过引线部分并要求其导体部分具有大的截面面积。因此，即使AC电线中使用的地线被用作DC电线中的引线部分，对于流过该引线部分所需电流几乎是不可能的。相反，当DC电线被要求更改为AC电线，通过采用DC电线中的引线部分可以获得地电位，但是缺点是通过引线部分过度的热渗透增加，因为DC电线中的引线部分的截面面积较大。此外，在每个电线的相对端设置的端子结构中，在某些情况下，AC电线中的地线仅仅被连接到一个相对侧，而DC电线中的引线部分一直设置在两个相对端部。因此，当AC电线改变为DC电线时，在此情况下，在该电线的一端必须重新设置引线部分；而当DC电线改变为AC电线时，在该电线的一端的引线变得没有必要，并发生如上所述的过量热渗透的增加。
此外，在衬套中内置的引线部分的截面面积被设计为提供希望的电能或允许希望的电流流过该引线部分。为此，如果之后改变该所需的电能，那么不能根据电能的改变，容易地修改衬套中内置的引线部分，以及相对于新的需要，该引线部分的容量可能过量或不足。因此，希望研发一种结构，其中可以容易地改变可馈送的电能量，而不导致热渗透的过量增加。不仅相对于超导电缆，而且相对于其他超导设备如超导故障限流器、超导变压器和超导磁能存储器件，能改变可馈送的电能量的这种结构是希望的。
本发明的主要目的是提供一种用于超导设备的电能馈送结构，该结构能够容易地改变可馈送的电能量，从低温侧至室温侧或从室温侧至低温侧，没有过分地增加热损耗。本发明的另一目的是提供一种具有该电能馈送结构的超导电缆。
解决问题的方法在本发明中，通过使馈送导体部件具有可拆卸/可连接结构，实现上述目的，该馈送导体部件被布置在低温侧和室温侧之间。亦即，本发明提供一种用于在超导设备中的低温侧和室温侧之间输入和输出电能的电能馈送结构，其中该电能馈送结构包括冷却剂容器，该冷却剂容器包含该超导设备的超导部分；被布置为围绕该冷却剂容器的外周边的真空隔热容器；以及具有在室温侧中布置的一端和具有连接到超导部分的另一端并能在低温侧和室温侧之间导电的馈送导体部件。该馈送导体包括连接到超导部分的低温侧导体和布置在室温侧中的室温侧导体，该低温侧导体和室温侧导体互相可拆卸地连接。下面将更详细地描述本发明。
本发明的结构可以应用于具有由超导材料制成的超导部分的各种类型的超导设备。超导设备的例子包括超导电缆、超导变压器、超导故障限流器、超导磁能存储器件等。在超导电缆的情况下，超导部分包括，例如，围绕第一超导层同轴地布置的第一超导层和第二超导层。在超导变压器、超导故障限流器、超导变压器等等的情况下，超导部分是，例如，超导线圈或超导故障限流元件，每个由超导材料制成。
超导部分被包含在冷却剂容器中。该冷却剂容器利用用于冷却的冷却剂填充并保持超导部分处于超导状态。该冷却剂是，例如，液态氮、液态氢或液态氦。在该冷却剂容器周围，设置真空隔热容器，以便覆盖该冷却剂容器。该真空隔热容器的内部空间被抽空为预定的真空度。此外，在该真空隔热容器中可以布置隔热材料如超绝缘体(多层热绝缘的商品名)，以反射辐射热。该冷却剂容器和真空热绝缘容器的每一个优选由金属制成，例如，由具有优越强度的不锈钢制成。
该电能馈送结构包括能够在低温侧导体和室温侧导体之间建立导电的馈送导体，以便流过冷却剂容器中包含的超导部分的电流被输出，以流入室温侧或从室温输入电流，以流入该超导部分。该馈送导体具有在室温侧中布置的一端和连接到超导部分的另一端。本发明的最重要特点在于，该馈送导体由互相能够可拆卸地连接的分开部分组成。更具体地说，该馈送导体包括多个分开的部件，即，电连接到超导部分的低温侧导体和布置在室温侧中的室温侧导体。通过选择性地连接或分离该分开的部件，可以改变馈送导体的有效导体截面面积。亦即，当馈送导体部件的低温侧导体和室温侧导体被连接在一起时，该馈送导体部件进入导电状态，因而按设计获得预定值的有效导体截面面积。当低温侧导体和室温侧导体被互相断开时，该馈送导体部件进入非导电状态，因而导电状态中的有效导体截面面积变为零。由此，在提供具有相同截面面积的多个馈送导体部件的情况中，例如，可以根据多个馈送导体部件的低温侧导体和室温侧导体之间的连接数目改变导电状态中的有效导体截面面积。因此，根据本发明的结构，可以根据需要的电能(电流)，改变该连接馈送导体的数目。例如，当所需的电能较大时，该连接馈送导体的数目增加。当所需的电能较小时，该连接馈送导体的数目被减小。在那时，通过使该不必要的馈送导体部件的低温侧导体和室温侧导体变为断开状态，可以充分地避免断开状态中的通过馈送导体部件的热渗透的增加。
尽管通过提供具有相同导体截面面积的多个馈送导体部件，和如上所述改变其连接数目，可以整体上改变导电状态中的馈送导体部件的有效导体截面面积，可以代替通过提供具有不同截面面积的多个馈送导体部件和选择由将被连接的一个或多个馈送导体部件给出的导体截面面积，整体上改变导电状态中的馈送导体部件的有效导体截面面积。更具体地说，例如，设置具有大截面面积的馈送导体和具有小截面面积的馈送导体，以便可以根据所需的电能(电流)，有选择地连接具有大截面面积的馈送导体和具有小截面面积的馈送导体。在此情况下，通过使不必要的馈送导体部件的低温侧导体和室温侧导体变为断开状态，可以防止断开状态中通过该馈送导体部件的热渗透增加。
因此，在本发明的结构中，可以有效地防止由于热渗透的损失，因为可以响应于需要，容易地改变有效的导体截面面积，同时可以避免通过馈送导体部件发生热渗透的，其中低温侧导体和室温侧导体不被连接在一起。
优选，馈送导体部件的截面面积和长度被选为可以最小化由于电能供应而产生的总损耗，如焦耳损耗，和由于热渗透的损耗。具体，当设置多个馈送导体时，每个馈送导体的截面面积和长度优选被设为具有截面面积S与长度d的恒定比率(S/d)。因此，优选当流过馈送导体的电流较小时，从抑制温度上升的观点，导体截面面积和长度分别被设为较小和较短，而当流过该馈送导体的电流较大时，该导体截面面积被设为较大，以及导体长度被设为较长，旨在保证隔热。通过增加馈送导体部件的数目，可以总体上增加馈送导体部件的有效导体截面面积。因此，通过以组合方式使用每个具有小截面面积的多个馈送导体部件，在纵向上可以减小每个馈送导体部件的尺寸，以便总体上增加馈送导体部件的有效导体截面面积。换句话说，如果该比率S/d是恒定的，那么可以使用每个具有小截面面积和短长度的多个馈送导体部件，代替具有大截面面积和较长长度的馈送导体部件。
该馈送导体不局限于在纵向上具有均匀截面面积的导体，而是，它可以具有在纵向上有不同截面面积的形状或可以通过在纵向中使用不同的材料来形成。该馈送导体可以由具有优越导电性的材料制成，如铜、铜合金、铝或铝合金。在通过使用在纵向上不同的材料形成该馈送导体部件的情况下，可以使用从上述金属组当中选择的至少两种材料。
该低温侧导体和室温侧导体的结构可以是，例如，室温侧导体是棒形的，以及低温侧导体具有能啮合该棒形室温侧导体的管形形状。通过将该棒形室温侧导体插入管状低温侧导体中，该低温侧导体和室温侧导体可以被互相连接。该低温侧导体和该室温侧导体的至少一个可以设有弹性接触片，通过该弹性接触片，当室温侧导体被装配到低温侧导体时，该低温侧和室温侧导体可以互相接触。该弹性接触片可以被布置在管状低温侧导体的内周边表面上或布置在棒形室温侧导体的外周边表面上，或布置在两个导体的各自的周边表面上。这种管状接触部件可以通过使用，例如，Multicontact(商品名)或市场上可买到的所谓郁金香状(tulip)接触来构成，该郁金香状接触作为用于连接导体的连接器。该郁金香状接触是所形成的管状部件，以便在接收插入的棒形部件的侧面上的部分管状部件被多个纵向缝隙分为分裂片，以及该分裂片在管状部件的开口端径向地收缩，以形成弯曲部分，由此过弯曲部分的弹性，该管状部件和棒形部件通被互相连接。该室温侧导体的尺寸被调整，以便具有希望的截面面积。实际上，该室温侧导体可以具有在纵向上有均匀截面面积的形状，或在纵向上有部分不同的截面面积的形状。此外，在纵向上，该室温侧导体可以由各种材料制成。低温侧导体和室温侧导体可以由同一种导电材料或不同的导电材料制成。
低温侧导体和室温侧导体可以被如下布置。该低温侧导体具有位于冷却剂容器中的一端和位于真空隔热容器中的另一端。该低温侧导体的一端位于冷却剂容器中，以及另一端位于真空隔热容器中。这种布置可以通过以下手段来实现在冷却剂容器中固定低温侧导体，以便连接到超导部分的低温侧导体的一端被放置在冷却剂容器中，以及该低温侧导体的另一端被放置为凸出到真空隔热容器中，以及通过将室温侧导体固定在真空隔热容器中，以便室温侧导体的一端被放置在真空隔热容器中，以及在室温下室温侧导体的另一端被放置为凸出到外部。在此情况下，在冷却剂容器的壁中固定低温侧导体的位置优选不仅设有足以防止冷却剂从冷却剂容器泄漏到真空隔热容器的密封结构，而且设有保证该低温侧导体和冷却剂容器之间电绝缘的绝缘结构。例如，优选在该低温侧导体的外周边上形成由电绝缘材料，例如FRP或环氧树脂制成的涂层。当衬套被布置为从冷却剂容器延伸到真空隔热容器时，也可以采用已知的电能馈送结构中使用的密封结构和绝缘结构。同样，在该真空隔热容器中，固定该室温侧导体的位置优选不仅设有足以防止真空隔热容器的真空状态被破坏的密封结构，而且设有隔热结构和用于保证室温导体和冷却剂容器之间电绝缘的绝缘结构。例如，优选在该室温侧导体的外周边周围，形成由具有优越的电绝缘性和隔热性的材料如FRP或环氧树脂制成的涂层。此外，包含在其中填充的绝缘流体，例如，包含绝缘气体的瓷管等等可以被布置来围绕该室温侧导体的突出部分的周边，该室温侧导体从真空隔热容器当中突出到室温侧中。
在该真空隔热容器的壁中，能够根据室温侧导体从低温侧导体分离/固定到低温侧导体而膨胀和收缩的可膨胀/可收缩部分，设置在固定该室温侧导体的位置附近，使得在低温侧导体固定到冷却剂容器以及室温侧导体固定到真空隔热容器的状态下，布置在真空隔热容器中的室温侧导体的一端远离或朝向布置在真空隔热容器中的低温侧导体的相对近端而移动。该可膨胀/可收缩部分可以通过使用，例如，具有优越的柔韧性的中空管构成。
利用如上所述的结构，通过将室温侧导体的一端连接到低温侧导体的相对端，馈送导体部件进入导电状态，由此允许在低温温度部件和室温部件之间馈送电能。此外，通过将室温侧导体的一端与低温侧导体的相对端断开，在低温温度部件和室温部件之间，该馈送导体部件进入非导电状态，由此防止热量通过该馈送导体部件从室温侧渗透到低温侧。具体，利用上述结构，由于在其中，在低温温度下，真空隔热容器在下保持真空状态的条件下，该室温侧导体被连接到低温侧导体和从低温侧导体分离，该真空隔热容器能够连续地保持高隔热性能。此外，由于避免已被抽空为真空状态的真空隔热容器恢复室温，或防止可能由于在馈送导体部件处的固定和分离操作引起的真空状态被破坏，因此在固定和操作的时候，不必降低真空隔热容器中的温度或分开地抽成真空。
该低温侧导体和室温侧导体的另一布置如下例所示。该低温侧导体的一端被放置在冷却剂容器中以及另一端被放置在冷却剂容器外面，而该室温侧导体被布置为，通过真空隔热容器的壁中形成的插入孔插入。该室温侧导体通过真空隔热容器中形成的插入孔插入。在该布置中，代替如上所述的保持室温侧导体一直固定到真空隔热容器上和将室温侧导体连接到低温侧导体或从低温侧导体断开，只有当在必要时，室温侧导体被固定到真空隔热容器或之后描述辅助真空容器。为此，在真空隔热容器中形成插入孔，该插入孔允许通过该孔插入室温侧导体，以及当必要时，通过该插入孔插入室温侧导体，用于连接到低温侧导体。在此情况下，该低温侧导体被固定到冷却剂容器，以便连接到超导部分的低温侧导体的一端被放置在冷却剂容器中，以及低温侧导体的另一端被放置在冷却剂容器外面，具体地，另一端被布置为凸出到真空隔热容器中，或凸出到分开地设置的辅助隔热容器中。在冷却剂容器外面布置真空隔热容器的情况下，室温侧导体通过该插入孔插入并被连接到低温侧，以及在连接之后，该室温侧导体被固定到真空隔热容器上。此外，当室温侧导体不被连接到低温侧导体(即，当不需要馈送导体时)，通过盖子等等封闭该插入孔，以保持真空隔热容器的真空状态。该盖子优选由具有低导热率的FRP或环氧树脂制成。在该布置中，当低温侧导体被连接到室温侧导体或从室温侧导体断开时，通过打开盖子，真空隔热容器恢复室温和常压(大气压)下的状态，以及在连接之后(或分离)，它被再次抽空为真空状态。
在冷却剂容器外面布置辅助隔热容器的情况下，该辅助隔热容器与真空隔热容器分开地设置。更具体地说，以使得从真空隔热的表面延伸到冷却剂容器的上述插入孔的内部空间可以保持真空状态的方式，设置该辅助隔热容器。即，在该布置中，辅助隔热容器被设置为与真空隔热容器无关的真空空间。该插入孔可以用以下步骤形成制备管状部件；在该真空隔热容器和冷却剂容器中钻孔，以便与该管状部件的相反端部的开口匹配；以及将该管状部件的开口耦合到冷却剂容器和真空隔热容器的各自的孔。为了增加隔热性，优选，通过使用具有优越强度的材料，例如，金属，该管状部件形成有较薄的壁厚度，以及其外周边用由具有优越隔热性的材料，例如，环氧树脂制成的涂层覆盖，以及由此形成的管状部件布置有在真空隔热容器的壁侧面上布置的涂层侧面。该辅助隔热容器至少包括插入孔的内部空间。例如，该辅助隔热容器的长度可以根据室温侧导体的长度而变化，以及该辅助隔热容器可以被布置为部分地凸出到真空隔热容器中。而且，该辅助隔热容器被设置为围绕室温侧导体的大部分外周边形成真空层，除了在室温下放置在外部的其部分之外。在该辅助隔热容器中形成第二插入孔，允许室温侧导体通过该孔插入，以及当必要时，该室温侧导体通过该插入孔和第二插入孔插入并被连接到低温侧导体。在该连接之后，该室温侧导体被固定到辅助隔热容器。此外，当室温侧导体不被连接到低温侧导体(即，当不需要馈送导体时)，例如，通过由FRP或环氧树脂制成盖子等等封闭第二插入孔，以保持辅助隔热容器的真空状态。在该布置中，当低温侧导体被连接到室温侧导体或从室温侧导体断开时，通过打开盖子，仅仅该辅助隔热容器恢复室温和常压(大气压)下的状态，以及在该连接之后(或分离)，它仅仅被再次抽空为真空状态。由此，该馈送导体可以被连接和拆开，同时该真空隔热容器保持真空状态。
此外，在包括该真空隔热容器的壁中形成的插入孔的上述结构中，优选，该冷却剂容器被构造为，固定低温侧导体的部分不仅仅具有足以防止冷却剂从冷却剂容器泄漏到真空隔热容器和辅助隔热容器的密封结构，而且具有用于保证低温侧导体和冷却剂容器之间电绝缘的绝缘结构。例如，优选在围绕低温侧导体的外周边的位置处形成由电绝缘材料，例如，由FRP或环氧树脂制成的涂层。当衬套被布置为从冷却剂容器延伸到真空隔热容器时，也可以采用已知的电能馈送结构中使用的密封结构和绝缘结构。优选，该真空隔热容器和辅助隔热容器被构造为，固定室温侧导体的部分不仅仅具有能够防止在该容器被抽空之后真空隔热容器和辅助隔热容器的真空状态被破坏的密封结构，而且具有保证该室温侧导体和冷却剂容器之间或该室温侧导体和辅助隔热容器之间电绝缘的绝缘结构。例如，优选在该室温侧导体的外周边上，形成由具有优越的电绝缘性和隔热性的材料例如FRP或环氧树脂制成的涂层。此外，可以布置包含在其中填充的绝缘流体，例如，包含绝缘气体的瓷管等等，以便围绕该室温侧导体的突出部分的周边，该室温侧导体从真空隔热容器或辅助隔热容器突出到室温侧中。
在包括插入孔的结构中，如其中室温侧导体被一直固定到真空隔热容器的上述结构中，通过该插入孔，插入室温侧导体的一端并连接到低温侧导体，以便使馈送导体部件导电，可以执行低温温度元件和室温元件之间的电能馈送。此外，通过该插入孔撤回该室温侧导体，以便从低温侧导体断开，在低温温度部件和室温部件之间，馈送导体部件进入非导电状态，由此防止热量通过该馈送导体部件从室温侧渗透到低温侧。
在通过使用超导电缆构成电缆线的情况中，在电缆线的终端形成的端子结构中，可以采用如上所述的馈送导体部件，超导电缆是超导设备的一个例子。特别，当该超导电缆具有由两个层形成的超导部分时，该两个层包括第一超导层和相对于第一超导层同轴地布置的第二超导层，电绝缘层布置在第一和第二超导层之间，优选上述馈送导体被设置在第一超导层和第二超导层的至少一个处。即，可以仅仅为第一超导层，或仅仅为第二超导层，或为第一超导层和第二超导层设置该馈送导体。
例如，当该馈送导体部件被设置在第二超导层处时，通过在馈送导体部件处的固定或分离操作，将有效的导体截面面积改变为适当的尺寸，可以容易地执行从AC输电线至DC输电线或从DC输电线至AC输电线的转变。在这种情况下，通过将不必要的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体互相断开，可以防止热量通过该断开的馈送导体渗透。此外，在为第一和第二超导层都设置馈送导体部件的情况下，不仅可以执行输电类型的上述改变，而且当电能的需要变化时，通过馈送导体部件的固定或分离操作，将有效的导体截面面积改变为适当的尺寸，按需要电能馈送量既不太多也不太小。此外，在这种情况下，如上述情况，通过断开该不必要的馈送导体部件，可以防止热量通过该断开的馈送导体部件渗透。
此外，当使用超导电缆构成电缆线时，超导电缆是超导设备的一个例子，可以在该电缆线的任意中间位置设置该馈送导体部件。通过在该电线的中间位置设置的馈送导体部件的固定或分离操作，将有效的导体截面面积改变为适当的尺寸，可以根据负载数量改变可馈送的电能，或进行修改，以便遵从输配电路径的变化。在这种情况下，如上述情况，不必要的馈送导体部件被断开，以防止热渗透的增加。从保证绝缘的视点，优选其中在电线的中间位置设置馈送导体部件的结构被应用于低压输电线(配电线)，该电线较易于形成绝缘结构。
被应用于超导设备的本发明的结构的更具体例子是通过在隔热导管中布置一个或多个电缆芯线构成的超导电缆的结构。该隔热导管具有双壁结构，包括内导管和外导管，例如，内和外导管之间的空间被抽空为真空状态。在内部导管的外周边周围可以通过缠绕隔热材料例如Superinsulation(多层隔热的商品名)形成隔热层。优选，通过具有优越的柔韧性并由金属例如具有优越强度的不锈钢制成的波纹管构成该隔热导管。每个电缆芯线包括线圈架200、第一超导层201、电绝缘层202、第二超导层203以及保护层204。在电绝缘层的内周边侧面上(或第一超导层的外周边侧面)或在电绝缘层的外周边侧面上(或第二超导层的内周边侧面)可以设置半导电层。本发明可以利用具有在隔热导管中布置的一个电缆芯线的单芯电缆或具有布置在隔热导管中的多个电缆芯线的多芯电缆。在其中包含电缆芯线的内部导管内，由线芯的外周边和内部导管的内周边限定的空间用作用于冷却剂的通道，该冷却剂用于冷却超导部分(即，第一超导层和第二超导层)。冷却剂的一个例子是液态氮。
本发明的优点在本发明的结构中，由于馈送导体部件被分为两个部分低温侧和室温侧，以便两个部分互相可以可拆卸地连接，如上所述可以容易地改变有效的导体截面面积。亦即，通过在馈送导体部件中将低温侧部分和室温侧部分连接在一起，获得希望的有效导体截面面积，由此允许输电；通过将这些部分互相断开，防止通过该馈送导体部件的热渗透。当在超导电缆线中采用本发明的结构时，可以容易地执行，例如，从AC电线至DC电线或从DC电线至AC电线的改变。此外，如果在超导电缆线中采用本发明的结构，通过借助于馈送导体部件的固定或分离操作，改变有效的导体截面面积，可以响应于需要馈送电能，而不导致热渗透的过量增加。而且，通过在超导电缆线的任意位置设置本发明的结构，可以容易地进行电能馈送位置的改变，例如，路径改变。
此外，本发明的结构不仅可以被应用于超导电缆，而且可以被应用于用于在低温侧和室温侧传输电能的超导设备，如超导故障限流器、超导变压器以及超导磁能存储装置。
图1是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体被固定到真空隔热容器上的例子。
图2(A)是根据本发明的电能馈送结构中采用的馈送导体部件的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体具有大和长横截面积的例子，该横截面积在纵向上是均匀的。
图2(B)是根据本发明的电能馈送结构中采用的馈送导体部件的示意性视图，该视图示出了其中该室温侧导体具有小和短横截面积的例子，该横截面积在纵向上是均匀的。
图2(C)是根据本发明的电能馈送结构中采用的馈送导体部件的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体具有在纵向上变化的横截面积的例子。
图3是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体并不总是固定到真空隔热容器上的例子。
图4(A)是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体并不总是固定到真空隔热容器上和室温侧导体为短的例子。
图4(B)是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，该视图示出了其中室温侧导体并不总是固定到真空隔热容器上和室温侧导体为长的例子。
图5(A)是根据本发明设有电能馈送结构的超导电缆的端子部分的示意性视图，该视图示出了AC输电线的例子。
图5(B)是根据本发明设有电能馈送结构的超导电缆的端子部分的示意性视图，该视图示出了DC输电线的例子。
图6是根据本发明设有电能馈送结构的超导变压器的示意性视图。
图7是一个低温类型中的三芯超导电缆的示意性剖面图。
图8(A)是已知的超导电缆的端子结构的示意性视图，该视图示出了AC输电线中设置的端子结构的例子。
图8(B)是已知的超导电缆线的端子结构的示意性视图，该视图示出了DC输电线中设置的端子结构的例子。
参考数字10超导部分20冷却剂容器21低温侧密封部分30真空隔热容器31室温侧密封部分32可膨胀/可收缩部分35A，35B插入孔35C第二插入孔36盖子37辅助隔热容器38涂层40，40A，40B，40C馈送导体41低温侧导体42室温侧导体43引线44接地线50端子盒51，52端子冷却剂容器53端子真空隔热容器60衬套61引线部分62瓷管64环氧树脂单元70短路部分100超导电缆101隔热导管101a外导管101b内导管
102电缆芯线103空间104抗腐蚀层200线圈架201第一超导层202电绝缘层203第二超导层204保护层210，220短路部分221地线221衬套(bushing)222引线部分300端子盒301，302端子冷却剂容器303端子真空隔热容器310衬套311引线部分312瓷管313环氧树脂单元具体实施方式
下面将描述本发明的例子。在附图中，相同的参考数字表示相同的元件。附图中所示的尺寸的比例并不总是与以下描述中陈述的那些尺寸相匹配。
(例1)图1是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图。根据本发明的电能馈送结构包括冷却剂容器20，包含设置在超导设备中的超导部分10，真空隔热容器30，被布置为围绕冷却剂容器20的外周边，以及包括馈送导体40，具有布置在室温侧中的一端和连接到超导部分10的另一端，该馈送导体40能够在低温侧和室温侧之间建立导电。根据本发明的电能馈送结构的最重要特点在于该馈送导体部件40被分为两个部分，互相可以可拆卸地连接一个部分在室温侧中以及另一部分在低温侧中。更具体地说，该馈送导体部件40包括低温侧导体41和室温侧导体42，低温侧导体41被布置在低温侧中并连接到超导部分10，室温侧导体42被布置在室温侧中并能够可拆卸地连接到低温侧导体41。
该超导设备中设置的超导部分10由超导材料，例如，基于氧化物的超导材料制成，以及被包含于冷却剂容器20中。该超导部分10是，例如，超导导体或超导电缆的超导屏蔽层；超导变压器和超导磁能存储装置的超导线圈；或超导故障限流器的超导故障限流元件。使得冷却剂流过冷却剂容器20，以便超导部分10被冷却，以保持其超导状态。真空隔热容器30围绕冷却剂容器20布置，以抑制来自外部，即室温侧的热渗透。在该例子中，冷却剂容器20和真空隔热容器30每个通过由具有高强度的不锈钢制成的容器构成。此外，隔热材料例如Superinsulation(多层隔热的商品名)被布置在真空隔热容器30内，以及真空隔热容器30的内部被抽空至预定真空度。
在如上所述的超导部分10中，在低温侧和室温侧之间输入和输出电能的位置处形成采用馈送导体40的电能馈送结构。在该例子中使用的馈送导体部件40被构造为，固定到真空隔热容器30的室温侧导体42能够被连接到低温侧导体41并从该固定到冷却剂容器20的低温侧导体41分开，同时保持真空隔热容器30的真空状态。因此，利用这种构造，当馈送导体40被连接和断开时，真空隔热容器30不需要返回室温和常压(大气压)下的状态。
在该例子中，室温侧导体42由具有预定截面面积的棒形部件形成，以及低温侧导体41由能够啮合该棒形的室温侧导体42的管状部件形成。在该管状部件的内周边表面上设置多个弹性接触片(未示出)，以便当室温侧导体42与低温侧导体41啮合时，该低温侧导体41和室温侧导体42借助于该弹性接触片彼此稳固地接触。在弹性接触片和室温侧导体42的外周边表面相互接触时，该低温侧导体41和室温侧导体42进入导电状态。低温侧导体41和室温侧导体42每个由导电材料如铜制成。利用该结构，当室温侧导体42被插入低温侧导体41中时，导体41，42被互相电连接，以便可以在低温侧和室温侧之间传送电能。当室温侧导体42抽出低温侧导体41时，导体41和42进入非导电状态。
低温侧导体41被固定到冷却剂容器20上。更具体地说，低温侧导体41的一端被电连接到超导部分10，以及低温侧导体41的连接端侧面部分被放置在冷却剂容器20内。导体41的另一端被布置为凸出到真空隔热容器30中。在低温侧导体41被固定到冷却剂容器20的位置处，围绕导体41设置由电绝缘材料如玻璃纤维增强塑料(FRP)制成的低温侧密封部分21，以便防止冷却剂从冷却剂容器20流到真空隔热容器30中，以及避免冷却剂容器20和低温侧导体41之间的电连接。
该室温侧导体42被固定到真空隔热容器30。更具体地说，低温侧导体42的一端被放置在真空隔热容器30内，以及导体42的另一端被布置为凸出到具有室温的外部中。在室温侧导体42被固定到真空隔热容器30的位置处，围绕导体42设置由具有优越的电绝缘性和隔热性的材料如FRP制成的室温侧密封部分31，以使得真空隔热容器30的真空状态不被破坏，以便防止真空隔热容器30和室温侧导体42之间的电连接，以及避免来自外部的热渗透增加。此外，连接到外部设备等等的引线43被连接到室温侧导体42的另一端，该室温侧导体42被放置在室温侧中。此外，在室温侧导体42的室温侧端部周围可以布置包含在其中填充的绝缘流体如绝缘气体的瓷管。包括引线和瓷管的那些结构被类似地应用于之后描述的例子2和3。
在固定室温侧导体42的位置附近的真空隔热容器30的壁中，设置可膨胀/可收缩部分32，以便防止当室温侧导体42朝向低温侧导体41移动或远离低温侧导体41移动时，由于室温侧42的移动，真空隔热容器30破裂。在该例子中，采用由具有优越的强度和柔韧性的不锈钢制成的波纹管构成该可膨胀/可收缩部分32。
在具有上述结构的本发明的电能馈送结构中，当室温侧导体42被连接到低温侧导体41时，该馈送导体40进入导电状态，以及当从低温侧导体41断开该室温侧导体42时，馈送导体40进入非导电状态。因此，通过改变低温侧导体41和室温侧导体42之间的连接数目，可以容易地改变馈送导体40的有效导体截面面积。亦即，在本发明的电能馈送结构中，低温侧导体41和室温侧导体42可以被有选择地连接，以根据需要的电能(电流)提供有效的导体截面面积，以及在低温侧导体41和室温侧导体42互相断开的状态中，可以保持不必要的馈送导体部件。尽管存在多个馈送导体部件40，但是可以防止通过不必要的馈送导体部件的热渗透。因此，本发明的电能馈送结构使之可以根据需要，容易地改变导体截面面积，以及防止过量的热渗透。
关于该馈送导体的以下描述被类似地应用于例子2和3。尽管上面已经结合包括两个馈送导体的情况描述了该例子1，但是馈送导体的数目可以是一个或三个或以上。此外，在例子1的结构中，使用在纵向上具有相同截面面积的两个馈送导体；当在此情况下采用具有相同截面面积的多个馈送导体部件时，通过改变由馈送导体部件建立的连接数目，可以改变导电状态中的馈送导体部件的有效导体截面面积。
此外，可以组合设置具有不同截面面积的多个馈送导体部件。例如，一个馈送导体部件40A可以具有较大的截面面积S1和较长的长度d1，如图2(A)所示，以及另一馈送导体部件40B可以形成具有较小的截面面积S2和较短的长度d2，如图2(B)所示。在此情况下，通过选择将被连接的馈送导体部件，可以改变导电状态中的馈送导体的有效导体截面面积。例如，当需要大电能(电流)时，馈送导体部件40A中的低温侧导体41和室温侧导体42被互相连接，而馈送导体部件40B中的低温侧导体41和室温侧导体42互相断开。相反，当需要小的电能(电流)时，馈送导体部件40A中的低温侧导体41和室温侧导体42被互相断开，而馈送导体部件40B中的低温侧导体41和室温侧导体42被互相连接。
具有相同截面面积的多个馈送部件可以由具有不同导电性的材料制成，以及可以选择将被连接的馈送导体部件，以便满足所需的电能(电流)。例如，当需要大电能(电流)时，由具有较高导电性的材料制成的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体被互相连接，而由具有较低导电性的材料制成的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体互相断开。相反，当需要小电能(电流)时，由具有较高导电性的材料制成的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体被互相断开，而由具有较低导电性的材料制成的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体互相连接。此外也可以设置在纵向上每个具有恒定截面面积和由在纵向上具有不同导电性的材料制成的多个馈送导体部件，以及选择将被连接的馈送导体部件，由此改变输入或输出的电能。
在纵向上，室温侧导体42的截面面积可以不同，如图2(c)所示的馈送导体部件40C的情况。馈送导体部件40C的室温侧导体42具有长度d3并包括具有较小截面面积S31的部分和具有较大截面面积S32的部分。当组合采用馈送导体部件40A，40B和40C时，形成各种类型的馈送导体部件，以在截面面积S和长度d之间具有恒定比率(S/d)。
(例2)与上述的例1的结构不同，其中在该例2的结构中，室温侧导体被一直固定到真空隔热容器，以及在之后描述的例子3中，室温侧导体并不总是固定到真空隔热容器上。图3是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，该视图示出了其中真空隔热容器具有插入孔的例子，通过该插入孔可以插入室温侧导体。根据本发明的该例子2中所示的电能馈送结构包括冷却剂容器20，包含设置在超导设备中的超导部分10，真空隔热容器30，被布置为围绕冷却剂容器20的外周边，以及包括馈送导体部件40，被布置为一端被布置在室温侧中和另一端被连接到超导部分10，以及能够在该低温侧和室温侧之间建立导电。该馈送导体部件40包括低温侧导体41和室温侧导体42，低温侧导体41被布置在低温侧中并连接到超导部分10，室温侧42被布置在室温侧中并能够可拆卸地连接到低温侧导体41。低温侧导体41以一方式固定到冷却剂容器20上，其一端被放置在冷却剂容器20内以及另一端被布置为凸出到围绕冷却剂容器20的外周边布置的真空隔热容器30中。在低温侧导体41被固定到冷却剂容器20的位置处，设置低温侧密封部分21。相对于上述结构，例2类似于例1，而是它与例1的不同之处在于，该例2中使用的馈送导体部件40的室温侧导体42并不总是被固定在真空隔热容器30中。下面主要描述其不同点。
该例2中使用的馈送导体部件40具有类似于例1中使用的结构。更具体地说，室温侧导体42由具有预定截面面积的棒形部件形成，以及低温侧导体41由管状部件形成，该管状部件具有在其内周边表面上设置的多个弹性接触片(未示出)。因此，与例1一样，当该室温侧导体42被插入低温侧导体41中时，该导体通过弹性接触片相互连接，由此馈送导体部件40进入导电状态。当从低温侧导体41抽出室温侧导体42时，该馈送导体40进入非导电状态。
此外，该例2中的真空隔热容器30具有贯穿容器30的壁的插入孔35A，以及通过该插入孔35A可以插入室温侧导体42。为了将室温侧导体42连接到低温侧导体41，通过插入孔35A插入室温侧导体42，以及在导体之间完成连接之后，在原位固定该室温侧导体42。在室温侧导体42的固定位置处，如例1，为了保持真空隔热容器30的真空状态，设置室温侧密封部分31。另一方面，当从低温侧导体41分开室温侧导体42，以使馈送导体40变成断开状态时，室温侧导体42不被保持固定到真空隔热容器30，而是它被放置容器30外面。此时，通过盖子36封闭插入孔35A，以保持真空隔热容器30的真空状态。在该例2中，盖子36由FRP制成。
在具有上述结构的本发明的电能馈送结构中，当通过插入孔35A插入室温侧导体42并连接到低温侧导体41时，该馈送导体40进入导电状态，以及当从低温侧导体41断开该室温侧导体42时，该馈送导体40进入非导电状态。因此，与例1一样，通过改变低温侧导体41和室温侧导体42之间的连接数目，可以容易地改变馈送导体40的有效导体截面面积。由此，通过连接一个或多个低温侧导体41和一个或多个室温侧导体42，以便根据所需电能，提供有效导体截面面积，以及通过将不必要馈送导体中的低温侧导体41和室温侧导体42保持处于断开状态，可以防止通过不必要馈送导体部件的热渗透，尽管存在多个馈送导体部件40。因此，本发明的电能馈送结构使之可以根据需要，容易地改变导体截面面积，以及防止过分的热渗透。
在该例2中，如上所述设置两个馈送导体部件；但是，该馈送导体部件的数目可以是一个或三个或以上。为了将室温侧导体连接到低温侧导体，在打开插入孔的盖子和将真空隔热容器的内部返回到室温和正常压力(大气压)的状态之后，执行该连接操作。优选，在连接完成和室温侧导体42被固定到真空隔热容器之后，该真空隔热容器的内部被抽空到预定的真空度。同样，为了将室温侧导体和低温侧导体互相断开，优选真空隔热容器的内部被首先恢复室温和常压的状态，然后被抽空到真空状态。
(例3)在该例3中，将描述其中除上面的例2中描述的真空隔热容器之外，分开地设置辅助隔热容器的例子。图4(A)和4(B)是根据本发明的电能馈送结构的示意性视图，分别示出其中设置辅助隔热容器，以便可以在其中插入室温侧导体的例子。具体地，图4(A)示出了室温侧导体的长度较短的情况，以及图4(B)示出了室温侧导体的长度较长的情况。该例3中所示的本发明的电能馈送结构具有基本上类似于例2的结构，但是与例2的不同之处在于，除从真空隔热容器30的表面延伸到冷却剂容器而形成的插入孔35B之外，设置辅助隔热容器37，以便保持插入孔35B的内部空间处于真空状态。下面主要描述其不同点。
在该例3中，如下形成插入孔35B。制备能允许在其中插入低温侧导体41和室温侧导体42的管状部件。在真空隔热容器30和冷却剂容器20的壁中分别形成与管状部件的开口匹配的孔。使用由具有优越强度的不锈钢制成的导管作为该管状部件。该管状部件被布置在真空隔热容器30和冷却剂容器20之间。然后，通过焊接等等将该管状部件的一端的开口固定地耦合真空隔热容器30的壁中的孔，以及通过焊接等等将管状部件的另一端的开口固定地耦合到冷却剂容器20的壁中的孔，由此形成插入孔35B。在该例3中，在插入孔35B的外周边形成由具有低导热率的材料制成的涂层38，例如，由FRP制成，亦即，在将被布置在真空隔热容器30的壁中的侧面，以便可以减小朝向冷却剂容器20和真空隔热容器30的热传导。
低温侧导体41被固定到插入孔35B中的冷却剂容器侧面上。更具体地说，低温侧导体41的一端被放置在冷却剂容器20中，以及其另一端被放置在插入孔35B的内部空间中(即，在辅助隔热容器37)内，插入孔35B位于冷却剂容器20外面。在该例3中，在低温侧导体41周围设置由具有优越的隔热性和电绝缘性的材料制成的低温侧密封部分21，以防止冷却剂从冷却剂容器20泄漏到插入孔35B的内部空间(即，在辅助隔热容器37内)，防止低温侧导体41被电连接到冷却剂容器20和插入孔35B，以及减小插入孔35附近的导热率。
此外，设置辅助隔热容器37，以保持插入孔35B的内部空间处于真空状态。在该例3中，辅助隔热容器37被构造为其一个部分包括插入孔35B的内部空间和其另一部分从真空隔热容器30的表面突出，如图4(B)所示。与真空隔热容器30的情况一样，该辅助隔热容器37由不锈钢制成，以及通过焊接，从真空隔热容器30突出的辅助隔热容器37的突出部分被固定到容器30上。在辅助隔热容器37的上述突出部分中形成通过其可以插入室温侧导体42的第二插入孔35C。为了将室温侧导体42连接到低温侧导体41，通过第二插入孔35C插入室温侧导体42，以及在连接之后，在原位固定室温侧导体42。因此，除了被定位于具有室温的外部的部分之外，在由此固定的室温侧导体42周围存在辅助隔热容器37。与例1和2一样，为了保持真空隔热容器30的真空状态的目的，在固定室温侧导体42的位置处，设置室温侧密封部分31。在将室温侧导体42和低温侧导体41互相断开的情况下，与例2一样，室温侧导体42不被保持固定在真空隔热容器30中和放置在容器30外面。那时，通过由FRP制成的盖子(未示出)封闭第二插入孔35C，例如，保持真空隔热容器30的真空状态。
在具有上述结构的本发明的电能馈送结构中，通过插入孔35B和第二插入孔35C，插入室温侧导体42并将它连接到低温侧导体41，馈送导体部件40进入导电状态，以及通过将室温侧导体42与低温侧导体41断开，馈送导体部件40进入非导电状态。由此，与例1和2一样，本发明的电能馈送构造使之可以根据需要容易地改变导体截面面积和防止过量的热渗透。
在该例3中，示出了一个馈送导体部件；但是，可以与例1和2一样设置两个馈送导体部件或可以设置三个或更多的馈送导体部件。为了将室温侧导体连接到低温侧导体，在打开第二插入孔的盖子和将辅助隔热容器的内部返回到室温和常压(大气压)的状态之后，执行连接操作。在将室温侧导体和低温侧导体互相连接并将室温侧导体固定到辅助隔热容器之后，仅仅辅助隔热容器的内部被抽空到预定真空度。同样，为了将室温侧导体和低温侧导体互相断开，仅仅辅助隔热容器的内部被首先恢复到室温和常压的状态，然后被抽空到真空状态。在该例3中，与例2不同，由于除真空隔热容器之外分开地设置辅助隔热容器，对于馈送导体部件中的连接或拆开操作，仅仅要求抽空其中真空状态已经被破坏的辅助隔热容器，同时真空隔热容器30可以保持真空状态。优选，根据馈送导体部件的尺寸和长度改变该辅助隔热容器的尺寸。例如，当室温侧导体42为短时，辅助隔热容器37的长度(即，在图4中，从真空隔热容器30突出的其部件的长度)被设计成短的，如图4(A)所示。例如，当室温侧导体42为长时，辅助隔热容器37的长度(即，在图4中，从真空隔热容器30突出的其部件的长度)被设计成长的，如图4(B)所示。
(应用例1)下面是如本发明的例1描述的电能馈送构造的一个应用例子的说明。该应用例1表示根据本发明的电能馈送构造被形成为用于超导电缆线的端子结构的情况。图5(A)和5(B)是超导电缆线的端子部分的示意性视图，在该超导电缆线中设置根据本发明的电能馈送结构。具体地，图5(A)示出了AC输电线的情况，以及图5(B)示出了DC输电线的情况。
在应用例1中，采用由图7所示的一个低温类型中的三芯超导电缆构成的电源线。亦即，使用在隔热导管101中包含三个电缆芯线102的超导电缆100。每个线芯102包括从中心依次布置的线圈架200、第一超导层201、电绝缘层202、第二超导层203以及保护层204。第一超导层201和第二超导层203每个由超导材料制成，例如，铋-基氧化物。隔热导管101具有包括外导管101a和内导管101b的双壁结构，其中两者都是由不锈钢制成的波纹管(corrugated pipe)。导管101a和101b之间空间被抽空至预定真空度并设有由绝热材料制成的隔热层，例如，Superinsulation(多层隔热的商品名)。内导管101b的空间103用作用于流动冷却剂例如液态氮的冷却剂通道，以便冷却第一超导层201和第二超导层203。在隔热导管101的外周边上涂敷防蚀层104。注意在图5(A)和5(B)中仅仅示出了两个电缆芯线102，但是事实上存在三个芯线。
在使用超导电缆100的电缆线的端子部分中形成如图5(A)或5(B)所示的端子结构。该端子结构包括超导电缆100的端部和包含电缆端部的端子盒50。该端子盒50包括端子冷却剂容器51和52，其中包含线芯102的端部，以及包括端子真空隔热容器53，被布置为围绕端子冷却剂容器51和52的外周边。每个线芯102的端部以逐渐方式剥离，以相继露出第一超导层201和第二超导层203，露出的层201和203分别被引入端子冷却剂容器51和52。在该应用例1中，具有由导电材料如铜制成的内置引线部分61的衬套60被连接到第一超导层201。在衬套60的室温侧布置瓷管62。此外，在部分第一超导层201周围布置环氧树脂单元63，该部分被放置在端子冷却剂容器51和端子冷却剂容器52之间的边界附近。由普通导电材料如铜制成的连接导体可以被连接到第一超导层201，以及该连接导体可以被引入端子冷却剂容器51并被连接到衬套60的引线部分61。上述结构类似于已知的结构。该应用例1的特点在于为第二超导层203设置具有上述分裂结构的馈送导体40。在该应用例1中，在短路部分70处布置馈送导体部件40，通过该短路部分70连接三个芯线的第二超导层203。在图5(A)和5(B)的情况下，设置两个馈送导体部件；但是，馈送导体部件的数目可以是一个或三个或更多。
当以例如三相AC电线的形式，使用具有上述结构的超导电缆线时，使用每个线芯102的第一超导层201作为超导导体，以及使用每个线芯的第二超导层203作为超导屏蔽层。因此，在AC输电的情况下，第二超导层203必须被接地。因此，如图5(A)所示，被选择接地的馈送导体部件40A中的低温侧导体41和室温侧导体42被互相连接，而不必要的馈送导体部件402中的低温侧导体41和室温侧导体42被互相断开。在该应用例1中，通过将接地线44连接到连接馈送导体部件40的室温侧导体42，进行接地。在AC输电中，仅仅在该电线的一端的端子结构被要求接地，因此在另一端的端子结构中设置的馈送导体部件40被断开并保持非导电状态。
下面是要求从图5(A)所示的三相AC输电转变为单极DC输电的情况。在此情况下，可以认为，例如，超导电缆100中的一个线芯的第一超导层201被用作出线，相同线芯的第二超导层203被用作回线，以及剩余的两个线芯被用作备用(spare)电线。在此情况下，流过用作回线的第二超导层203的电流量等于流过用作出线的第一超导层201的电流量。换句话说，与图5(A)所示的AC输电的情况相比较，流过第二超导层203的电流较大。因此，在馈送导体部件40中，通过将低温侧导体41和室温侧导体42连接在一起，可以获得足以允许所需电流流动的有效导体截面面积，如图5(B)所示，其中在AC输电的情况下它们互相分离。此外，在DC输电的情况下，在电线的相反端部，馈送导体部件必须进入导电状态。因此，在另一端保持非导电状态的馈送导体部件也进入导电状态。
相反，当请求从图5(B)所示的DC输电转变为AC输电时，一个馈送导体部件40中的低温侧导体41和室温侧导体42被连接在一起，以便进入导电状态，由此给出用于接地需要的有效导体截面面积，而另一馈送导体部件中的导体41和42互相断开。换句话说，在DC输电中保持导电状态的一个馈送导体部件被断开，以便处于非导电状态。
由此，通过利用本发明的电能馈送结构，可以容易地执行从DC输电至AC输电的转变或从AC输电至DC输电的转变。此外，不必要的馈送导体的低温侧导体和室温侧导体互相分离，由此可以阻止通过该断开的馈送导体的热渗透。
在该应用例1中，相对于单极输电进行了说明；但是，当然可以转变为双极DC输电。例如，为了执行双极输电，一个线芯的第一超导层201被用作正线，另一线芯的第一超导层201被用作负线，而那两个线芯的第二超导层203被用作中性线以及剩余的线芯被用作备用线。在此情况下，不平衡电流流过第二超导层203。由此，馈送导体被有选择地连接或分离，以便提供允许不平衡电流流动需要的有效导体截面面积。
此外，在该应用例1中，上面相对于其中仅仅在第二超导层中设置馈送导体部件的结构给出说明；但是，可以仅仅在第一超导层中设置馈送导体部件，或可以设置在第一超导层和第二超导层中。在仅仅在第一超导层中设置馈送导体部件的情况中，这种电线可以被用作AC输电线，例如，其中通过根据所需电能的增加或减小，有选择地连接或分离馈送导体部件，可以保证希望的有效导体截面面积。此外，在第一和第二超导层中都设置馈送导体部件的情况下，这种电线可以被用作DC输电线，例如，通过根据所需电能的增加或减小，有选择地连接或分离连接到第一超导层的馈送导体部件和连接到第二超导层的馈送导体部件，可以保证希望的有效导体截面面积。
此外，在该应用例1中，上面已经相对于超导电缆线的端子结构给出说明；但是，在电线的任意中间位置处，例1至3的电能馈送结构可以被有选择地连接到第一超导层和/或第二超导层，以便可以从该电线的任意位置馈送电能。
(应用例2)下面将描述本发明的例1中描述的电能馈送结构的另一应用例子。该应用例2表示在超导变压器中设置根据本发明的电能馈送结构的情况。图6是设有根据本发明的电能馈送结构的超导变压器的示意性视图。该超导变压器包括超导部分10(超导线圈)、其中包含超导部分10的冷却剂容器20、以及被布置为围绕冷却剂容器20的外周边的真空隔热容器30。在该超导线圈中，在低温侧和室温侧之间进行电能输入/输出的每个位置处，设置例1中所示的馈送导体部件40。利用那些结构，通过根据将被提供给超导线圈的电流或将从超导线圈馈送的电流，控制馈送导体部件40各种连接状态，可以改变有效的导体截面面积。此外，通过将不必要的馈送导体部件中的低温侧导体和室温侧导体互相断开，可以阻止通过该断开馈送导体的热渗透。在该应用例2中，相对于其中为从室温侧提供电能到低温侧的位置和从低温侧导体提供电能到室温侧的位置(即，在总的两个位置中设置四个馈送导体的情况)的每一个设置两个馈送导体部件的例子给出说明；但是，该馈送导体部件可以在每个位置仅仅设置一个(即，在总的两个位置中设置两个)或在每个位置设置三个或更多(即，在总的两个位置中设置六个或更多)。
工业实用性优选在超导设备中的低温侧导体和室温侧之间执行电能传输的位置处形成本发明的电能馈送结构。可以应用该电能馈送结构的超导设备是，例如，超导电缆、超导磁能存储装置、超导故障限流器、超导变压器等。此外，本发明的电能馈送结构可以形成为用于DC输电或AC输电的超导电缆线中的端子结构，或可以被设置在电缆线的任意中间位置处。在设有本发明的电能馈送结构的超导电缆线中，可以容易地执行从AC输电线至DC输电线的转变或从DC输电线至AC输电线的转变。此外，该超导电缆线可以容易地适用于输配电路径的变化以及所需电能的变化。
权利要求
1.一种用于超导设备的电能馈送结构，该电能馈送结构用来在低温温度侧和室温侧之间输入或输出电能，该电能馈送结构包括包含在所述超导设备中提供的超导部分的冷却剂容器；围绕所述冷却剂容器的外周边布置的真空热绝缘容器；以及具有在室温侧布置的一个端部和连接到所述超导部分的另一端部的馈送导体部分，该馈送导体部分能够在低温温度侧和室温侧之间建立电导通，其中所述馈送导体部分包括连接到所述超导部分的低温温度侧导体和布置在室温侧中的室温侧导体，以及其中所述低温温度侧导体和所述室温侧导体可以被可分开地彼此连接。
2.根据权利要求1的用于超导设备的电能馈送结构，其中提供多个所述馈送导体部分。
3.根据权利要求1或2的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述低温温度侧导体的一个端部被连接到超导部分，以及另一端部被设置在所述真空热绝缘容器中，所述室温侧导体的一个端部被设置在所述真空热绝缘容器中，以及另一端部被设置在具有室温的外部中，所述室温侧导体能够可分开地连接到所述低温温度侧导体，同时所述真空热绝缘容器保持真空状态；以及其中所述真空热绝缘容器设有能根据所述低温温度侧导体和所述室温侧导体的分离/连接而扩大和收缩的可扩大/可收缩部分。
4.根据权利要求1或2的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述低温温度侧导体的一个端部被连接到该超导部分，以及另一端部被设置在所述冷却剂容器外面，以及其中所述真空热绝缘容器设有插入孔，通过该插入孔可以插入所述室温侧导体。
5.根据权利要求4的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述插入孔形成为从所述真空热绝缘容器的表面延伸到所述冷却剂容器，以及其中所述真空热绝缘容器设有用于保持所述插入孔的内部空间为真空状态的辅助热绝缘容器。
6.根据权利要求1至5的任意一项的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述室温侧导体是杆状部件，以及所述低温温度侧导体是能够啮合所述室温侧导体的管状部件；以及其中所述低温温度侧导体和所述室温侧导体的至少一个设有弹性接触片，该弹性接触片用于当所述室温侧导体被装配到所述低温温度侧导体时，使所述低温温度侧和所述室温侧导体互相接触。
7.根据权利要求1至6的任意一项的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述室温侧导体是杆状部件以及其截面面积在纵向上部分地不同。
8.根据权利要求1至7的任意一项的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述超导设备是超导电缆。
9.根据权利要求8的用于超导设备的电能馈送结构，其中所述超导部分包括第一超导层和相对于所述第一超导层同轴地布置的第二超导层，在所述第一超导层周围布置有电绝缘层，其中所述馈送导体部分被设置在所述第一超导层和所述第二超导层的至少一个中。
10.一种设有权利要求8或9所述的电能馈送结构的超导电缆线。
全文摘要
一种用于超导设备的电能馈送结构，该电能馈送结构用来在低温侧和室温侧之间输入/输出电能，包括冷却剂容器，包含在超导设备中设置的超导部分，真空隔热容器，被布置为围绕冷却剂容器的外周边，以及包括馈送导体部件，具有布置在室温侧中的一端和具有连接到该超导部分的另一端。该馈送导体部件被分为连接到超导部分的低温侧导体和布置在室温侧中的室温侧导体，以便该低温侧导体和室温侧导体互相可以被可拆卸地连接。由此，提供用于超导设备的电能馈送结构和装备有该电能馈送结构的超导电缆线，其中通过改变有效的导体截面面积，可以容易地改变低温侧和室温侧之间的电能馈送。
文档编号H01B12/02GK101019291SQ20058002610
公开日2007年8月15日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年12月21日
发明者广濑正幸 申请人:住友电气工业株式会社