[发明专利]一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法

说明书

本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法，包括导体骨架、金属护套和股线，股线紧密缠绕在导体骨架表面，金属护套完整包覆所有股线；股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，且所有股线带材面全部平行。共垂面缠绕换位方法，将股线紧密缠绕在导体骨架外表面，以导体骨架圆弧中心线为股线的缠绕中轴线，股线以相同角度θ围绕骨架的中心轴以α角速度旋转绕制；同时股线也围绕股线发出的线盘的固定轴Xs反向以α角速度旋转。通过调整共垂面换位高温超导电缆的带面朝向可保持所有带材平面与磁场角度平行或具有最小的夹角，从而能够充分利用高温超导带材的最大临界电流。

技术领域

本发明属于高温超导技术领域，具体涉及一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法。

背景技术

高温超导带材拥有远高于低温超导的运行温度和和临界磁场，为建造强磁场磁体提供了更好的选择，例如用于建造聚变堆磁体、加速器磁体和探测器磁体等。高温超带材的临界电流具有显著的各向异性，为充分利用带材的临界电流，需要将带材带面的法线方向与磁场方向垂直；对于非稳态运行环境，需要对高温超导电缆进行对称换位，以此来降低电缆的交流损耗。普通结构的高温超导电缆在进行换位的同时，带材带面法线随带材长度方向时刻变化，一般难以使所有带材法线都始终与磁场方向垂直，因此很难充分利用所有带材的载流能力，经济性很差。

随着高温超导带材临界电流的提升和分切技术的发展，利用高温超导窄带制作直径较小的圆形导体成为现实，其弯曲性能接近于同直径铜线，可充分利用该优点绕制具有共垂面换位特点的大电流电缆。专利CN 110246625 A、CN 110706860A是典型的卢瑟福电缆，高温超导堆叠矩形、圆形股线以一定角度进行空间换位，股线内带材带面在一个周期内旋转360°，当将该类电缆用于绕制磁体时，所有带材都将存在带面法线与磁场平行的部位，导致只能利用带材的最小载流能力。因此优化高温超导电缆的结构和工艺，充分利用带材的载流能力是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种共垂面换位高温超导电缆及缠绕换位方法，可保持所有带材平面与磁场角度平行或具有最小的夹角，从而能够充分利用高温超导带材的最大临界电流。

本发明的技术方案如下：

一种共垂面换位高温超导电缆，包括导体骨架和金属护套，以及两者之间的股线，所述的股线紧密缠绕在导体骨架表面，所述的金属护套完整包覆所有股线；所述的股线由包覆材料及内部的堆叠导体组成，所述的堆叠导体是由带状导体堆叠形成的多层结构，截面为正方形，每一层的平面即为带材面；所有的股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，且所有股线带材面全部平行。

所述的金属护套为圆柱形或者截面为长圆形的柱形，侧壁为双层的中空结构，内部空隙填充冷却介质。

所述的导体骨架为圆柱形或者截面为长圆形的柱形。

所述的冷却介质为液氮、液氦或低温氦气。

所述的堆叠导体的带状导体堆叠形成的多层结构，层数为20～30层。

所述的导体骨架外缠绕多层股线，单数层与偶数层股线分别以顺时针、逆时针交替进行布置。

所述股线分2～4层，缠绕在导体骨架外部。

所述的所有的股线以一定角度螺旋状缠绕导体骨架表面，角度为5-30°。

所述的股线金属材料封装制成，材质为锡、铅、锡铅合、金、铝、铜或者其中2种成分的合金。

所述的金属护套材质为不锈钢、铜、铝、铜合金或铝合金。