具有线圈卷绕体的超导线圈装置和制造方法
【专利说明】具有线圈卷绕体的超导线圈装置和制造方法
[0001]本发明涉及一种具有至少一个线圈卷绕体的超导线圈装置，所述超导线圈装置具有超导的带状导体的多个匝圈。本发明还涉及这种超导线圈装置的制造方法。
[0002]在超导机械和超导磁线圈领域中，已知线圈装置，其中，超导线或超导带状导体卷绕在线圈卷绕体中。对于传统的低温超导体、如NbTi和Nb3Sn，通常使用线型的导体。相对地，高温超导体或高Tc超导体(HTS)是具有25K以上的跃变温度的超导材料，并且在一些材料类别中是在77K以上。HTS导体通常以平面的带状导体提供，其具有带状的基层带和布置在基层带上的超导体层。附加地，带状导体常常还具有另外层、如稳固层、接触层、缓冲层和在某些情况下还具有绝缘层。所谓第二代HTS导体(2G-HTS)的重要的材料类别是REBa2Cu30x类型的化合物，其中，RE是一种稀土元素或者这些元素的混合物。
[0003]基层带通常或者由钢或者由镍基合金构成。与外部电路的电接触大多数情况下通过由铜构成的接触层建立，其中，该接触层或者一侧安置在超导体层上，或者作为整个带状导体的包裹层。在两种实施方式中有利的是，在基层带的一侧上建立接触，该基层带支撑超导层。带状导体的该侧以下称作接触侧。在与背侧的接触时，即在与基层的背离超导层的一侧接触时，出现较高的接触电阻，这导致较大的电耗损失和在该区域对冷却要求的提高。
[0004]在超导的线圈卷绕体中，其中多层的带状导体以多个匝圈的形式相叠地布置，通常困难的是，线圈卷绕体的两端在接触侧上接触。在为了制造盘形卷绕而采用的按照标准的卷绕技术中，通常带状导体的接触侧在内部或者布置在卷绕的内侧或者布置在卷绕的外侦k为了尽管如此任然要获得带状导体的接触侧上的低阻值的接触，在已知的线圈装置中使用一种特殊构造的接触件，其带状导体的接触侧旁插入卷绕中。但是为了这种线圈装置则需要耗费的制造过程，因为为了确保需要的机械稳定性，必须在接触件的位置上采取特别的措施。如果使用具有环氧化物粘接剂的湿法卷绕工艺，则必须首先置入填充件、例如聚四佛乙烯，用于留空出粘接剂的待接触的位置。在去除填充件后，为了该位置的接触可以建立例如与铜制接触件的焊接。因为该接触位于卷绕的内部，所以为了建立需要的机械稳定性，必须事后通过由玻璃纤维加强的塑料构成的轮箍和环氧化物粘接剂固定接触区域。
[0005]在未公开的德国专利申请102012223366.0中，提供了一种具有至少两个带状导体的超导线圈卷绕体，带状导体分别具有接触侧。在线圈装置的线圈卷绕体内部，第一和第二带状导体通过它们接触侧之间的内部接触电连接。第一和第二带状导体在它们相对于线圈中央的定向方面相互区分，使得通过内部接触转变了接触侧的定向。这可以使接触侧既在线圈卷绕体的内侧，也在线圈卷绕体的外侧实现可自由接触到的接触。但是，这里所提供的线圈卷绕体的缺点在于，通过附加的内部接触在线圈内获得另外的正常导体的连接，而线圈的超导体的性能则在其内部被中断，并且还在该处产生具有较高放热性的电损耗。
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种线圈装置，其避免了所述的缺点。本发明还要解决的技术问题是，提供一种制造这种线圈装置的方法。
[0007]所述技术问题按照权利要求1所述的线圈装置和权利要求10所述的方法解决。
[0008]按照本发明的线圈装置包括至少一个线圈卷绕体，其具有至少一个超导的带状导体的至少一个匝圈。所述带状导体具有第一导体表面，所述第一导体表面被设计为接触侧并且设有接触层。所述带状导体在至少一个匝圈内在扭转区域中围绕带状导体的纵轴线扭转大约180度，并且所述带状导体的接触侧在卷绕体内侧上朝向卷绕体的中央并且在卷绕体外侧上背离卷绕体的中央。
[0009]通过带状导体围绕其纵轴线在线圈卷绕体内的扭转实现了，在由通常多个平面的相叠布置的匝圈组成的简单卷绕体中，既在卷绕体的内侧也在卷绕体的外侧上，使带状导体的一侧向外贴靠在朝向超导层的低阻值接触部位上。通常，避免在超导带状导体的卷绕内的不需要的附加扭转，因为通过这种扭转，可能导致层材料的内应力并且导致分层和超导性能的损失。然而业已证明的是，新型带状导体材料的研发、尤其是第二代高温超导材料的改进，使得带状导体与以前的导体结构相比其可弯曲性显著提高。因此，超导线圈装置可适宜地包括第二代HTS材料，尤其是上述的REBa2Cu30x类型的化合物。此外，第二代HTS材料是有利的，因为其具有更高的抗拉强度以及比第一代HTS材料更高的临界电流密度。
[0010]与在专利文献102012223366.0中公开的技术方案相比的重要优点在于，在卷绕体中不必加入附加的普通导电的焊接点。由此，线圈卷绕体的制造是较少耗费的，并且也避免了由焊接点所造成的电损耗和在线圈卷绕体内的相应附加放热。整个线圈卷绕体可以由一个或者多个平行布置的超导印制导线构成，所述超导印制导线可以在线圈卷绕体的整个径向区域上延伸。在使用多个平行布置的带状导体堆叠时，堆叠的单个带状导体可以单个地被相继扭转，或者可以作为一个整体以整个堆叠的形式扭转。
[0011]此外，可以避免由于附加的焊接点所造成的机械问题。例如可以避免在卷绕体内部出现带状导体的弯折，并且整个超导线圈装置的稳固性也不会由于附加的内部焊接点肯能的磨损而受影响。
[0012]按照本发明的线圈装置有利地包括具有多个匝圈的线圈卷绕体，但在一些应用中，也可能在使用单个匝圈时就已经产生按照本发明的带状导体扭转的优点。
[0013]在按照本发明的用于制造具有至少一个线圈卷绕体的超导线圈装置的方法中，将超导的带状导体以多个匝圈的形式卷绕在卷绕支架上。所述带状导体具有第一导体表面，所述第一导体表面被设计为接触侧并且设有接触层。当开始卷绕时，所述带状导体的接触侧朝向卷绕支架并且因此朝向卷绕体的中央。所述带状导体在至少一个匝圈内在扭转区域中围绕带状导体的纵轴线扭转大约180度，并且所述带状导体的接触侧在卷绕体外侧上背离卷绕体的中央。
[0014]制造方法的优点有部分与按照本发明的超导线圈装置的优点类似。其它优点在于，与为了改变带状导体的定向而具有附加的内部接触的线圈装置的制造相比，制造工艺被简化了。在通过扭转卷绕带状导体时，一方面避免了用于制造内部接触连接的附加工艺步骤。另外当不存在机械性敏感的内部焊接接触时，可以采用更高的卷绕拉力进行卷绕。当只需要卷绕不具有附加的内部焊接接触的简单带状导体或者一组平行布置的带状导体时，卷绕过程通常也可以更简单和更快速地实施。因此首先，卷绕过程更简单，因为没有内部的焊接接触就无需附加的进行准备的工艺步骤。尤其没有附加的复绕步骤，所述步骤用于将待卷绕的带状导体或待卷绕的多个带状导体组提供到储备线圈上。
[0015]按照本发明的线圈装置的有利的设计方案和改进方案由权利要求1的从属权利要求获得。由此，线圈装置可以具有如下附加的特征:
[0016]超导线圈装置可以具有在所述