具有线圈卷绕体的超导线圈装置和制造方法_2

文档序号:9529314阅读:来源:国知局
带状导体的接触侧和位于线圈卷绕体的内侧上的内部接触件之间的第一接触(部位),以及具有在所述带状导体的接触侧和位于线圈卷绕体的外侧上的外部接触件之间的第二接触(部位)。在此,线圈卷绕体的内侧朝向线圈卷绕体的中央,并且线圈卷绕体的外侧背离线圈卷绕体的中央。与内部接触件和外部接触件的第一和第二接触用于线圈装置与外部电路的连接。适宜的是,所述接触尽可能地设计为低电阻的,并且接触件适宜地包括尽可能具有导电能力的材料,其具有用于电流传输的较大的几何截面。例如,内部接触件和外部接触件可以包含铜。该实施方式的优点在于,以这种方式可以在线圈卷绕体的可自由接触的侧面上提供与两个接触件的接触。相对于现有技术,在制造线圈卷绕体时不必将临时的填充件插入卷绕体中,这些填充件之后必须被再次移除,以便为待导入卷绕体空隙中的接触件提供空间。与用于卷绕体内的接触件的空间需求一样,这种占据空间的部件同样不再需要较大的空间需求。这使得在卷绕体内部实现了更为有效的电流密度。此外,通过机械地去除占据空间的部件以及之后在卷绕体中导入接触件,还消除了对线圈的机械稳定性的影响。此外,还消除了机械负荷,由于占据空间的部件的材料与线圈卷绕体的其余材料之间在线圈卷绕体冷却到工作温度时的不同的热收缩可能导致这种机械负荷。
[0017]用于形成与接触件的接触的可自由到达的接触位置的优点还在于,在较为狭窄的空间情况下,可以更容易地在接触件和带状导体的接触侧之间实现足够低阻值的且可靠的焊接。还简化了从外部电路至接触件的其它电流输入,因为在线圈卷绕体的可自由到达的一侧上,接触件自身可以更容易地与外部电流连接件相连。
[0018]所述带状导体可以具有两个导体表面,并且线圈装置可以包括至少两个填充件,这些填充件在至少一个扭转的匝圈的扭转区域中分别与带状导体的导体表面中之一相邻地布置,使得这些填充件尽可能地填充相邻匝圈之间的由于扭转而产生的间隙。该实施方式的优点在于,由此实现的线圈卷绕体的机械稳定性提高,因为带状导体通过至少两个填充件被稳定地固持。机械稳定性一方面在线圈卷绕时被提高,使得在制造时可以使用更大的卷绕拉力,而不会在扭转区域损伤带状导体。另一方面,机械稳定性也通过填充件在超导线圈工作时被改善。超导线圈在工作时例如由于发电机或机器的转动可以承受较大的离心力。备选或附加的是,在产生较强的磁场时,超导线圈也可以承受较大的洛伦兹力。为了防止带状导体在这种负荷下受到损伤,适宜的是,带状导体也在两侧固定地保持在线圈卷绕体的扭转区域内并且受到保护以防止不需要的拉力或剪切力和振动。两个分隔开的填充件的使用因此是有利的,因为扭转的带状导体自身将由于扭转在线圈卷绕体中产生的空腔分隔为两个几乎相同大小且不相连的部分。
[0019]两个所述的填充件中的每个填充件均可以包括内部的部分填充件和外部的部分填充件,其中,各个内部的部分填充件布置在扭转的带状导体的局部朝向中央的一侧上,并且各个外部的部分填充件布置在扭转的带状导体的局部背离中央的一侧上。填充件的这种各自分为至少两个部分填充件的分割是有利的,因为带状导体的两个导体表面通过扭转分别从内侧向外侧地转换或者反之亦然。因为在制造卷绕体时困难的是,将拉长的填充件同时定位在带状导体的匝圈的上方和下方,所以将每个填充件分割成至少两个部分填充件使得引入待制造的卷绕体中的过程变得容易。
[0020]卷绕体的扭转区域可以沿着带状导体的局部纵向是带状导体宽度的至少三倍大。特别有利的是,扭转区域沿该方向的尺寸可以是带状导体宽度至少五倍且最高十倍。在扭转区域的较小高宽比中,带状导体的扭转是更窄的,并且带状导体的各个层通过扭转受到更强的机械负荷。然而这种较小的高宽比的优点在于,整个线圈装置的紧凑性和可能存在的对称性仅在较小的局部区域被干扰。因此有利的是,如此小地选择扭转区域,使得其在所使用的带状导体的机械负荷能力下可行。在具有填充件的实施方式中,填充件的尺寸的高宽比沿带状导体的纵向和导体区域的方向大约与上述的扭转区域高宽比相似或者基本一样大。
[0021]线圈卷绕体可以包括至少五个匝圈,并且至少一个扭转的匝圈可以位于背离中央的20%匝圈的区域中。为了在电气机械、发电机和/或磁线圈中的应用,有利地设置明显更高数量的匝圈,例如在10至1000个匝圈的范围内。对于所有应用有利的是,涉及带状导体扭转的匝圈位于线圈装置的外部区域。因为线圈通常从内向外卷绕在内部的卷绕支架上,有利的是,线圈卷绕体的对称性在制造过程期间更晚的时候才受到干扰。由此,线圈卷绕体的大部分保持最有利的对称结构,该结构仅在较小的局部区域内在卷绕体的外侧受到扭转的干扰。然而备选地,在一些情况下也可能有利的是,与扭转相关的导体区域位于线圈装置的内部区域内。
[0022]扭转的匝圈的扭转区域可以与第一接触位置的区域大约沿对角线相对置地布置。这有利于将由第一接触位置和扭转区域形成的线圈卷绕体的非对称性均匀地分布在卷绕体上。
[0023]所述线圈卷绕体可以被设计为具有四个平直区段和四个倒圆的角部的平坦的矩形线圈。这种矩形线圈或者所谓的跑道式线圈的线圈形状常常在发电机和同步机的转子区域中使用。然而一般也可以使用其它的线圈形状,例如椭圆形或圆柱形平面线圈也或者鞍形线圈。
[0024]在矩形的线圈卷绕体中,所述扭转区域可以居中地布置在矩形线圈的其中一个平直区段上。这种布置方式的优点在于,带状导体在扭转区域中仅沿着纵轴扭转并且在该位置上不会同时在卷绕平面内弯曲。如果在同一个位置上围绕其它轴线发生扭转且同时发生弯曲,则带状导体与在卷绕体的平直区段上的简单扭转相比受到更强的负荷。有利于均匀地分配扭转应力的是,扭转区域布置在矩形线圈的其中一个平直区段的中间。特别有利的是,在设置用于旋转应用的线圈中,扭转区域布置在所设置的线圈旋转轴之上或者附近。这种实施方式的优点在于,通过定位在旋转轴之上或者附近,只有较小的离心力作用在扭转区域的范围内,并且由此保护带状导体的在机械上可能更薄弱的扭转区域,以防出现附加的机械负荷。
[0025]所述线圈卷绕体的匝圈可以通过浇注料和/或粘接剂机械地固定。由此所带来的优点与使用填充件的优点类似,即能够填充由于扭转而产生的空腔。线圈卷绕体尤其受到保护以防由于机械力作用而受损。特别有利的是,填充件的使用结合线圈卷绕体的浇注,其中,插入的填充件也与相邻的带状导体匝圈一同被浇注。
[0026]按照本发明的制造方法的有利的设计方案和改进方案由权利要求10的从属权利要求获得。由此可以在卷绕带状导体之前,在所述带状导体的接触侧和内部接触件之间设计有第一接触部位,并且在卷绕带状导体之后,在所述带状导体的接触侧和外部接触件之间设计有第二接触部位。在卷绕线圈卷绕体之前构成内部接触的优点在于,为了构成该内部接触,线圈不必再一次从卷绕支架上松脱。如果适合地选择了卷绕支架,线圈甚至可以在其工作时保持在该卷绕支架上。当线圈卷绕在已建立的内部接触部位上时,卷绕拉力也可以有利地增强与内部接触部位的连接的机械强度。
[0027]备选的是,在卷绕带状导体之后,在所述带状导体的接触侧
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