超導電纜及其制造方法
【專利摘要】超導電纜采用繞著骨架纏繞的一個或多個超導帶材。緊湊的超導電纜被配置為使用具有小直徑例如小于10毫米的骨架。柔韌的超導電纜被配置有由柔韌材料制成的骨架。超導帶狀導體繞著骨架纏繞，同時超導層在繞組的繞彎的內側被壓縮，以防止對超導體的不可逆轉的損壞。超導帶材上有一層焊劑或每一層中的帶狀導體之間纏繞了焊劑護套。一個或多個焊劑層或護套被熔化以導致焊劑在該結構中流動，以把一些或所有的超導帶狀導體結合在一起，并形成機械上堅固的電纜，且電纜中的帶材之間具有增強的電連接程度。
【專利說明】超導電纜及其制造方法
[0001]政府權利
[0002]本發明是在根據美國國家標準和技術研究院(NIST)頒布的授權號為1P0914的政府資助下做出的。政府具有本發明中的一些權利。
[0003]相關申請
[0004]本國際申請要求2011年2月18日提交的，序列號為61/444，673的美國臨時專利申請的優先權，所述申請在此以引用的方式被并入本文。
發明領域
[0005]本發明的實施方式涉及超導電纜，并且在特定的實施方式中，涉及具有繞著大致柔韌的骨架(former)纏繞的一個或多個超導帶狀導體的超導電纜。
[0006]背景
[0007]在過去的十年間，在超導材料的開發和使用中已經取得了重要的進展。高溫超導材料可以在多種應用中使用，這些應用包括超導電線圈、超導電纜、以及超導帶。超導帶可包括支撐在柔韌的帶狀基底的扁平表面上的一個或多個超導材料層。
[0008]隨著超導材料技術的進步，這些材料的有效應用也隨之增加。例如，這些材料可以被用來形成超導電力傳輸電纜、超導磁體電纜、以及其他的超導電氣設備。
[0009]概述
[0010]本發明的實施方式涉及可以提供具有相對小的直徑的超導電纜的超導電纜的結構和工藝。另一些實施方式被配置成提供相對柔韌的超導電纜，以允許電纜彎曲一定的程度而不損壞電纜。
[0011]根據本發明的實施方式，通過在一個或多個層中繞著纜芯或骨架的長度纏繞一個或多個超導帶來提供超導電纜。通過采用具有足夠小直徑的骨架來配置相對緊湊的超導電纜。在本發明的示例實施方式中，一個或多個超導帶環繞具有小于10毫米(mm)直徑的骨架。柔韌的超導電纜被配置成具有由相對柔韌的材料制成的骨架。
[0012]在特定的實施方式中，一個或多個超導帶狀導體環繞骨架，而超導層處于軸向壓縮的狀態以防止對超導體不可逆轉的損壞。例如，一個或多個(或全部)超導帶狀導體被定向為其超導層在繞彎的內側上。利用這種方式，超導帶狀導體可以使其超導層處于壓縮狀態而被纏繞。
[0013]在另一些實施方式中，骨架也被纏繞有一個或多個另外的不超導(而是常規的導電體)的導體(或帶狀導體)。可以在帶狀導體上、帶狀導體之間、或帶狀導體周圍提供電絕緣層。
[0014]在另一些實施方式中，一個或多個帶狀導體被涂敷了一層焊劑或能選擇性地熔化或流動并且硬化的其他合適的物質。在又一些實施方式中，超導電纜包括在每一層中的帶狀導體之間纏繞的一個或多個焊劑護套。可選擇地，或另外地，一個或多個焊劑護套可以在電纜中的一對或多對相鄰層之間環繞骨架。在電纜部件組裝完之后，一個或多個焊劑護套和焊劑層被熔化以導致焊劑在該結構中流動。焊劑流向一些或所有的超導帶狀導體并將其結合在一起，以形成機械上堅固且電連接良好的電纜。
[0015]本發明的另一些實施方式涉及制造超導電纜的方法。這些方法包括繞著骨架纏繞一個或多個超導帶狀導體(或一個或多個超導帶狀導體和一個或多個常規導體的布置)。另一些實施方式包括用焊劑涂敷一個或多個超導帶狀導體(和/或一個或多個常規導體)，并且在骨架上的帶狀導體層組裝完之后熔化這些焊劑。又一些實施方式包括將一個或多個焊劑護套、常規導電的和/或絕緣的電阻線或電阻帶與帶狀導體一起纏繞、或將其纏繞在帶狀導體之間。
[0016]因此，根據本發明的實施方式，超導電纜可以被制成相對緊湊的，卻仍然包含適當的電氣結構(例如，用于處理多個信號或多個相)，在各種使用環境下表現出足夠的機械強度和耐用性，并且在一些例子中，具有用于彎曲的足夠的柔韌性。
[0017]本發明的一般實施方式涉及超導電纜，所述超導電纜包括:骨架；以螺旋方式在至少一個層中繞著骨架纏繞的多個超導帶狀導體，每個超導帶狀導體具有至少一個超導層。在特定的實施方式中，骨架具有小于十毫米(IOmm)的外徑。同樣在特定的實施方式中，骨架是柔韌的。
[0018]在又一些實施方式中，多個超導帶狀導體在繞著骨架纏繞時被預先拉伸。
[0019]在又一些實施方式中，多個超導帶狀導體在繞著骨架纏繞時在至少兩個導體的繞組之間具有間隔。
[0020]在另一些實施方式中，多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞使得超導帶狀導體上的一超導層在壓縮狀態下位于繞組的內側。
[0021]在另一些實施方式中，多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞使得超導帶狀導體上的一超導層在拉伸狀態下位于繞組的外側。
[0022]在另一些實施方式中，多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞使得超導帶狀導體上的一超導層在繞組中處于既不拉伸也不壓縮的情況下位于帶狀導體的中央位置。
[0023]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且其中每一層都以不同于相鄰層的纏繞方向纏繞。
[0024]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，每一層以不同于纏繞在相鄰層中的帶狀導體的螺旋角的螺旋角纏繞。
[0025]在另一些實施方式中，骨架具有橢圓形或帶倒圓角的長方形的橫截面形狀，角的半徑小于五毫米(5mm)。
[0026]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且其中在超導帶狀導體的相鄰層之間提供了至少一個絕緣層。
[0027]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且其中至少一個導體是絕緣的。
[0028]在另一些實施方式中，至少一個超導帶狀導體用一層焊劑涂敷，所述一層焊劑被配置成在電纜組裝好之后被熔化。
[0029]在另一些實施方式中，焊劑護套被纏繞在至少一個超導帶狀導體的相鄰繞組之間，其中所述焊劑護套被配置成在電纜組裝好之后被熔化。
[0030]在另一些實施方式中，焊劑護套被纏繞在相鄰層之間，其中所述焊劑護套被配置成在電纜組裝好之后被熔化。[0031]在另一些實施方式中，不超導的、導電材料的至少一個導體被纏繞在至少一個超導帶狀導體的相鄰繞組之間。
[0032]在另一些實施方式中，不超導的、導電材料的至少一個導體由被配置成待熔化的
一層焊劑覆蓋。
[0033]在另一些實施方式中，所述至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且超導電纜還包括纏繞在多個超導帶狀導體層的相鄰層之間的一個或多個不超導的導體的至少一個層。
[0034]在另一些實施方式中，一超導電纜束包括多個超導電纜，每個具有如前面的任何一個實施方式中所述的結構，其中至少一個超導電纜具有外部絕緣層并與多個超導電纜中的其他超導電纜處于一束中，或其中每個超導電纜沒有外部絕緣層并與多個超導電纜中的其他超導電纜處于一束中，并且該電纜束可以包括覆蓋該電纜束的由金屬、或任何其他的導電或非導電材料制成的護套。
[0035]在另一些實施方式中，制造超導電纜的方法包括:提供骨架；并且以螺旋方式在至少一個層中繞著骨架纏繞多個超導帶狀導體，每個超導帶狀導體具有至少一個超導層。在該方法的另一些實施方式中，骨架具有小于十毫米(IOmm)的外徑。在該方法的另一些實施方式中，骨架是柔韌的。
[0036]在另一些實施方式中，纏繞多個超導帶狀導體包括在繞著骨架纏繞多個超導帶狀導體時在至少兩個導體之間具有間隔。
[0037]在另一些實施方式中，纏繞多個超導帶狀導體包括在多個超導帶狀導體預先拉伸的狀態下繞著骨架纏繞多個超導帶狀導體。
[0038]在另一些實施方式中，纏繞多個超導帶狀導體包括進行纏繞使得每個超導帶狀導體上的一超導層在壓縮狀態下位于繞組的內側。
[0039]在另一些實施方式中，多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞以使超導帶狀導體上的一超導層處于拉伸狀態下位于繞組的外側。
[0040]在另一些實施方式中，纏繞多個超導帶狀導體包括纏繞以使超導帶狀導體上的一超導層在繞組中處于既不拉伸也不壓縮的情況下位于帶狀導體上的中央位置。
[0041]在另一些實施方式中，所述至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且纏繞多個超導帶狀導體包括以不同于相鄰層的纏繞方向纏繞每一層。
[0042]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且纏繞多個超導帶狀導體包括以不同于纏繞在相鄰層中的帶狀導體的螺旋角的螺旋角纏繞每一層。
[0043]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且所述方法還包括在超導帶狀導體的每個相鄰層之間提供至少一個絕緣層。
[0044]在另一些實施方式中，至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且所述方法還包括使至少一個超導帶狀導體絕緣。
[0045]在另一些實施方式中，所述方法還包括用一層焊劑涂敷至少一個超導帶狀導體，并且在所述至少一個超導帶狀導體繞著骨架纏繞之后熔化這些焊劑。
[0046]在另一些實施方式中，所述方法還包括在至少一個超導帶狀導體的相鄰繞組之間纏繞焊劑護套，并且在所述至少一個超導帶狀導體繞著骨架纏繞之后熔化該焊劑護套。
[0047]附圖簡述[0048]本發明的前面的和其他的特征以及其他的優點從下面結合附圖的詳細描述中將被更清楚地理解，在附圖中:
[0049]圖1是根據本發明的實施方式的超導電纜的局部剖視圖。
[0050]圖2是根據本發明的實施方式的多導體或多相超導電纜的橫截面視圖。
[0051]圖3是根據本發明的另一個實施方式的多導體或多相超導電纜的橫截面視圖。
[0052]圖4是根據本發明的實施方式的由多個超導電纜組成的電纜束的橫截面視圖。
[0053]圖5是根據本發明的實施方式的多導體或多相電纜的橫截面視圖。
[0054]圖6a_c是根據本發明的實施方式的單芯或多芯電纜的橫截面視圖。
[0055]圖7是具有常規導電基質的電纜的橫截面視圖。
[0056]圖8是具有用于過電流保護的額外的常規導電層的電纜的橫截面視圖。
[0057]圖9a_d是根據本發明的實施方式的拼接的帶狀末端的例子的橫截面視圖。
[0058]圖1Oa-C是根據本發明的另一個實施方式的拼接的帶狀末端的例子的橫截面視圖。
[0059]圖lla-b是電纜端子的例子。
[0060]詳細描述
[0061]如圖1中示出的，超導電纜10，包括環繞骨架14的一個或多個超導帶狀導體12。本發明的實施方式涉及電纜和工藝，如由D C van der Laan等人所著的、題目為“YBa2Cu307_scoated conductor cabling for low ac-loss and high-field magnetapplications”的文章(發表于2009年的超導體科學和技術)，由D C van der Laan等人所著的、題目為 “Compact GdBa2Cu3O7-s coated conductor cables for electrical powertransmission and magnet application”的文章(發表于2011年的超導體科學和技術)，以及由 D C van der Laan 等人所著的、題目為“High-current dc power transmission inflexible RE_Ba2Cu307_scoated conductor cables” 的文章(發表于 2012 年的超導體科學和技術)中描述的，其中的每一篇文章以引用的方式被全部并入本文。
[0062]在此描述的示例實施方式中，相對小的直徑的骨架14 (例如，小于約IOmm)允許電纜10被制造得相對緊湊。通過以超導層處于軸向壓縮的狀態的方式纏繞一個或多個超導帶狀導體12，可以防止對超導體的不可逆轉的損壞。柔韌的骨架14允許電纜被制造得相對柔韌。
[0063]因此，在特定的實施方式中，使用柔韌的材料和/或柔韌的結構，電纜10被配置成柔韌的，以允許電纜彎曲或屈曲至預先確定的程度而沒有被損壞。在其他的實施方式中，電纜10可以被形成為堅硬的或相對堅硬的，這可能有益于特定環境中的使用。
[0064]在示例實施方式中，每個帶狀導體12都是包含一個或多個由超導材料和/或在超導電纜10的期望工作環境中提供超導特性的結構制成的一個或多個超導層的超導帶狀導體。超導帶狀導體12可以由任何合適的超導帶構成，包括但不限于由超級電力公司(紐約的斯卡奈塔第)生產的YBa2Cu307_s (YBCO)帶狀導體、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox (B1-2223)帶狀導體、GdBa2Cu307_s (GBCO)帶狀導體、YBCO或GBCO涂敷的帶狀導體，或其他合適的超導帶狀導體。每個超導帶狀導體12以螺旋方式環繞骨架14。
[0065]在另一些實施方式中，除了一個或多個超導帶狀導體12外，還可以用一個或多個另外的不是超導(而是常規電導體)的導體(或帶狀導體)纏繞骨架14。電絕緣層16可以被提供在帶狀導體上并且可以用任何合適的電絕緣材料制成，比如但不限于電絕緣聚合物、橡膠、陶瓷、尼龍或相似材料。
[0066]骨架14由任何合適的材料組成，并且在特定的實施方式中，由允許電纜10為柔性的柔韌材料組成，例如，其中這種柔韌材料可包括但不限于銅或其他金屬、聚合物、橡膠、陶瓷或相似材料。在示例實施方式中，骨架具有中空的形式(比如中空的管狀形狀)。在其他的實施方式中，骨架具有實心的形式(比如實心的軸狀形狀)。在其他的實施方式中，骨架具有實心的絞合形式(比如絞合的導線或電纜)。在又一些示例實施方式中，骨架可能具有沿著其長度的一個或多個部分的實心形式，以及沿著其長度的一個或多個其他部分的中空形式。
[0067]骨架可以被配置成具有任何合適的形狀和外徑。例如，骨架可以具有帶有圓形、橢圓形、長方形或其他合適的多邊形或閉合曲線的橫截面形狀(垂直于骨架的縱向維度獲取)的縱向維度。例如，為了易于纏繞特定的磁體或其他的設備，與圓形相比，具有更具長方形的形狀的電纜可能更受某些應用的歡迎。
[0068]在示例實施方式中，骨架的多邊形橫截面形狀的邊或角可以是倒圓的。在一個例子中，最小的倒圓邊或倒圓角的半徑小于約五毫米(5mm)。骨架的外徑可以是任何合適的大小，在特定的實施方式中，其小于大約十毫米(10mm)。在非限制性的示例實施方式中，骨架具有從約Imm到約IOmm范圍內的外徑,在特定的實施方式中,其是大約3.2mm或大約
5.5mmο
[0069]超導帶狀導體12在一個或多個層中以螺旋方式環繞骨架14。在示例實施方式中，超導帶狀導體12的一些或全部處于預先拉伸時纏繞。在其他的實施方式中，超導帶狀導體12在纏繞時沒有經過預先拉伸。
[0070]在示例實施方式中，環繞骨架14的一個或多個(或全部)超導帶狀導體12被定向為其超導層在繞彎的內側。通過這種方式，超導帶狀導體12可以在其超導層處于壓縮下纏繞。在其他的實施方式中，環繞骨架14的一個或多個(或全部)超導帶狀導體12被定向為其超導層在繞彎的外側。通過這種方式，超導帶狀導體12可以在其超導層處于拉伸時纏繞。在又一些實施方式中，環繞骨架14的一個或多個(或全部)超導帶狀導體12使其超導層位于帶材的中間層，以使超導層大體在相對于壓縮或拉伸狀態的中性狀態(neutral)。在又一些實施方式中，可以用前面描述的壓縮方位、拉伸方位、和/或中性方位中的任意兩個或全部三個結合的方式將多個超導帶狀導體12纏繞在骨架14。
[0071]一個或多個超導帶狀導體12可以被包含在環繞骨架14的帶狀導體的每一層中。例如，每一層都可以包括在骨架14上彼此相鄰地纏繞的一個、兩個、三個或多于三個的分離的超導帶狀導體12122、…、12n。一個層中的每個超導帶狀導體12122、…、12?可以緊靠(或接觸)同一層中的相鄰的超導帶狀導體12pl22、…、12n纏繞。可選擇地，一個層中的每個超導帶狀導體12pl22、…、12n可以與同一層中的相鄰的超導帶狀導體12pl22、…、12n隔開一間隔來纏繞。在另一些可選擇的實施方式中，給定層中的一個或多個超導帶狀導體12pl22、…、12n緊靠(或接觸)同一層中的相鄰的超導帶狀導體以、122、…、12n纏繞，而同一層中的一個或多個其他的超導帶狀導體12pl22、…、12n與同一層中的相鄰的超導帶狀導體12pl22、…、12n隔開一間隔來纏繞。每一層中的帶材之間的間隔能幫助提高電纜的柔韌性，并且如果需要，讓電纜具有更小的彎曲半徑。[0072]在另一些實施方式中，骨架14上的帶狀導體的一些層或所有層可以與相鄰的層隔開一間隔。層之間的間隔能幫助提高電纜的柔韌性，并且如果需要，讓電纜具有更小的彎曲半徑。
[0073]此外，骨架14上的每一層中的一個或多個超導帶狀導體12可以在整個層上用固定的螺旋角纏繞。可選擇地，每一層中的一個或多個超導帶狀導體12可以在整個層上用變化的螺旋角纏繞。此外，超導帶狀導體U1可以用與纏繞帶狀導體122的間距相同的間距纏繞，或可選擇地，可以用相對于纏繞帶狀導體1?的間距變化的間距纏繞。可選擇地，骨架14上的多個層中的超導帶狀導體12可以在每一層中用固定的螺旋角纏繞，和/或在多個層中用相同的螺旋角纏繞。可選擇地，骨架14上的多個層中的超導帶狀導體12在每一層中可以用一個或多個不同的螺旋角纏繞。在示例實施方式中，超導帶狀導體12被纏繞在骨架14上的多個層中，每一層的螺旋角在整個層中固定的，但是不同于緊鄰層的螺旋角。
[0074] 此外，每一層中的一個或多個超導帶狀導體12以相同的方向繞著骨架14纏繞。然而，在另一些實施方式中，給定層中的任意兩個超導帶狀導體12可能以相反的方向纏繞。在又一些實施方式中，在一個層中的超導帶狀導體12在整個該層中以共同的方向纏繞，而在緊鄰層中的帶狀導體以相反的方向纏繞。相應地，電纜的每一層中的一個或多個超導帶狀導體12以相同或不同的螺旋角纏繞，并且每一層以與其前一層相同或相反的方向纏繞。
[0075]超導帶狀導體12中的每一個都可以使用絕緣材料覆蓋，比如但不限于電絕緣聚合物、橡膠、陶瓷、尼龍、或相似材料。在另一些實施方式中，超導帶狀導體12中的一些但不是全部使用絕緣材料覆蓋。在又一些實施方式中，沒有超導帶狀導體使用絕緣材料覆蓋。在又一些實施方式中，超導帶狀導體中的一些或全部使用比如但不限于導電金屬、陶瓷或相似材料的導電材料覆蓋。
[0076]因此，根據前面描述的實施方式，超導電纜包括多個超導帶狀導體，每個超導帶狀導體具有一個或多個超導層，在所述超導電纜中，超導帶狀導體繞著骨架在一個或多個層中以螺旋的方式纏繞，所述骨架具有小于10_的外徑。
[0077]在另一些實施方式中，超導電纜可以被配置為用來傳導在不同導體上的相同電相的兩個或多于兩個的隔離的電流的多導體超導電纜，或者被配置為用來傳導兩個或多于兩個的不同電相的多相超導電纜。如前面描述的，在這些實施方式中，超導帶狀導體12的多個層被纏繞在骨架14上，其中每個電相與這些層中的一個或多個的各自的組關聯。
[0078]例如，圖2和3分別示出了根據本發明的實施方式的兩區(section)和三區超導電纜100、200。在一個例子中，所述兩區和三區超導電纜分別連接為(或被配置成連接為)兩相或三相超導電纜。在兩相和三相的例子中，每個電纜100、200包括與第一電相而不是第二電相或第三電相關聯(被連接或被布置成連接以用于傳導)的超導帶狀導體的一個或多個層112 (對應前面討論的超導帶狀導體12的層)。超導帶狀導體的另一個或多個另外的層112’(同樣對應前面討論的超導帶狀導體12的層)與第二電相而不是第一電相關聯(被連接或被布置成連接以用于傳導)。
[0079]在另一個例子中，圖2和3中的兩區和三區超導電纜100、200被連接或被布置成連接以用于傳導相同的電相，但是每個都被其自身相應的電流源驅動以用高的斜率在電纜中提供更均勻的電流分布。在同相的例子中，超導帶狀導體的一個或多個層112(對應前面討論的超導帶狀導體12的層)與第一電區而不是第二電區或第三電區關聯(可導電地連接或被布置成可導電地連接)。此外，超導帶狀導體的另一個或多個另外的層112’(同樣對應前面討論的超導帶狀導體12的層)與第二電區而不是第一電區關聯(可導電地連接或被布置成可導電地連接)。
[0080]在圖3中的三相例子的實施方式中，超導帶狀導體的又一個或多個另外的層112’ ’(同樣對應前面討論的超導帶狀導體12的層)與第三電相而不是第一電相或第二電相關聯(被連接或被布置成連接以用于傳導)。如前面描述的，在這些實施方式中，與給定的電相關聯的每一個或多個層可以用絕緣材料的一個或多個層113和與其他的電相關聯的每一個或多個層電絕緣。例如，電絕緣材料的一個或多個層可以被纏繞或布置在超導帶狀導體的層112、112’以及112’’之間或每一相之間(例如，在與一相關聯的一個或多個層的組和與另一相關聯的一個或多個層的組之間)。
[0081]在圖3的三區同相的示例實施方式中，超導帶狀導體的又一個或多個另外的層112’ ’(同樣對應前面討論的超導帶狀導體12的層)與第三電區而不是第一電區或第二電區關聯(可導電地連接或被布置成可導電地連接)。如前面描述的，在這些實施方式中，與給定的電區關聯的每一個或多個層可以用絕緣材料的一個或多個層113和與其他的電區關聯的每一個或多個層電絕緣。例如，電絕緣材料的一個或多個層可以纏繞或布置在超導帶狀導體的層112、112’以及112’’之間或每一區之間(例如，在與一區關聯的一個或多個層的組和與另一區關聯的一個或多個層的組之間)。不同的區可以是相同的電相，但是每個都被其自身相應的電流源驅動以用高斜率在電纜中提供更均勻的電流分布。在另一些實施方式中，區數可能超過三個。另外，多區(多相或同相)實施方式中的任何一個可能包括一個或多個外部絕緣材料層16。
[0082]如圖4中示出的另一些實施方式中，兩個或多于兩個的如前面描述的單骨架電纜
10、100、或200 (包括兩個或多于兩個的單相結構、兩個或多于兩個的多相結構、或一個或多個單相結構和一個或多個多相結構的組合)在多骨架電纜300中被結合在一起。在這些實施方式中，如前面所述的絕緣材料層302可以繞著如前面所述被配置的多個單骨架電纜10,100,200 形成。
[0083]在另一些實施方式中，在此描述的任何一個示例實施方式中的帶狀導體中的一個或多個被涂覆了一層焊劑或能選擇性地熔化或流動并變硬的其他合適的物質。在前面描述的電纜部件組裝完之后，焊劑層被熔化以使焊劑能在該結構中流動。焊劑流向一些或所有的超導帶狀導體并將其結合在一起，以形成堅硬的、機械上堅固的電纜，這種電纜能有利于在電纜上施加相對較大的應力的應用。在導電焊劑的情況下，焊劑增強了各個帶之間的電連接性。
[0084]在又一些實施方式中，在此描述的任何一個示例實施方式中描述的電纜還包括，在每一層中的帶狀導體之間纏繞的一個或多個焊劑護套。可選擇地，或另外地，一個或多個焊劑護套可以在電纜中的一對或多對相鄰層之間圍繞骨架14纏繞。在如前面所述的電纜部件組裝完之后，所述一個或多個焊劑護套被熔化以導致焊劑在該結構中流動。焊劑流向一些或所有的超導帶狀導體并將其結合在一起，以形成堅硬的、機械上堅固的電纜，這種電纜能有利于在電纜上施加相對較大的應力的應用。在導電焊劑的情況下，焊劑增強了各個帶材之間的電連接性。
[0085]在另一些實施方式中，根據在此描述的任何一個示例實施方式中的電纜包括，至少一個不是超導的、常規的導電材料的導體，所述導體纏繞在超導帶狀導體的一個或多個層中。在各種實施方式中，導體的形狀可以變化。例如，至少一個常規的導電材料的導體可以纏繞在至少一層中的兩個相鄰的超導帶狀導體之間。可選擇地，或另外地，常規的導電導體的至少一層被纏繞在超導帶狀導體的至少一對相鄰層之間。可選擇地，或另外地，常規導電材料的至少一層被纏繞在電纜的外部超導帶狀層的頂部，或纏繞在骨架上。常規導電層可以在各個超導帶狀導體之間形成電連接，以允許在例如電流不足或其他的電流故障的情況下的電流共享。可選擇地，或另外地，在電纜中的電流超過了超導薄層能攜帶的預先定義的最大電流的情況下，常規導電層可以充當電流分流器。
[0086]在另一些實施方式中，根據在此描述的任何一個不例實施方式的電纜包括，繞著前面描述的部件的外部護套。外部護套可以由包括但不限于金屬材料的任何合適的材料制成。外部護套可以提供機械加固并增加了電纜的強度。
[0087]在另一些實施方式中，根據在此描述的任何一個示例實施方式的電纜包括，帶有一個或多個如前面描述的超導電纜的一個或多個常規導電電纜，其中所有的電纜都被如前面所述的護套綁定和環繞。常規導電電纜可以被耦合以用作電流分流器，并且所述護套可以向電纜提供外部的機械加固，如前面所述。
[0088]在另一些實施方式中，根據在此描述的任何一個示例實施方式的電纜包括，平行于所述超導帶狀導體的一個纏繞的一個或多個絕緣的電阻導線。在特定的實施方式中，這些導線被用作在傳導電流時產生熱量的加熱導線，以在失超的情況下快速地驅動電纜到正常狀態。
[0089]本發明的另一些實施方式涉及制造如前面所述的超導電纜的方法。這些方法包括，如前面描述并在附圖中示出的，繞著骨架纏繞一個或多個超導帶狀導體(或一個或多個超導帶狀導體和一個或多個常規導體的布置)。這些方法的另一些實施方式包括，如前面描述的，用焊劑涂覆一個或多個超導帶狀導體(和/或一個或多個常規導體)并在骨架上的帶狀導體層組裝完成之后熔化這些焊劑。這些方法的又一些實施方式包括，如前面描述的，和帶狀導體一起或在帶狀導體之間纏繞一個或多個焊劑護套、常規導體層、和/或絕緣的電阻導線。
[0090]因此，在此描述的示例實施方式中，相對小直徑的骨架允許電纜被制造得相對緊湊。通過以壓縮的狀態纏繞一個或多個帶狀導體，可以避免對超導體的不可逆轉的損壞。柔韌的骨架允許電纜被制造得相對柔韌。用于制造緊湊的超導傳輸電纜、消磁電纜、以及磁體電纜的非限制性示例電纜和示例過程在下面進行了描述。
[0091 ] 示例1: 2-相電纜(用于直流傳輸):
[0092]用于制造例如用于直流傳輸的二相電纜(圖2)的示例過程如下。
[0093]具有1-1Omm的小的外徑的柔韌的實心或空心骨架14被作為纜芯。可選地，絕緣層可以環繞所述骨架。
[0094]接著，在一個或多個層112中的多個超導帶材以超導層112在內側(超導體被壓縮)的方式螺旋環繞骨架14。如果使用了多于一個層，每一層可以反向于其相鄰層進行纏繞。這種層堆疊用于電纜的第一電相。
[0095]每一個超導帶材能被單獨絕緣以防止與其相鄰的帶材進行電流共享，或其可以被涂敷電阻層來調整帶材之間的電阻，從而調整電流共享的程度。[0096]接著，絕緣層113被環繞在形成第一電相的超導體堆疊體上。
[0097]接著，超導帶材112’的第二堆疊體螺旋環繞在絕緣層的頂部，形成第二電相。較高放置的帶材能使其超導層位于外側(被拉伸)上，只要纏繞半徑和放置角度大到足以不會對超導體造成損壞的程度。
[0098]接著，絕緣層113’被環繞在形成第二電相的超導體堆疊體上。
[0099]接著，將形成中性部分的超導帶材的最后堆疊體被螺旋纏繞在頂部絕緣層的頂部。
[0100]接著，最后的絕緣層被纏繞在形成中性部分的超導體堆疊體上。
[0101]接著，電纜被放進包含具有超級絕緣性的真空空間的柔韌的雙壁低溫箱中。
[0102]通過使低溫冷卻液體或氣體穿過中空骨架(如果存在的話)，或圍繞低溫箱中的電纜，或二者，可以提供制冷。
[0103]示例2:3_相電纜(用于圖3中示出的交流傳輸):
[0104]用于制造例如用于交流傳輸的三相電纜的示例過程如下。
[0105]示例I中的過程被執行直到并且包括在絕緣層的頂部上螺旋纏繞超導帶材112’的第二堆疊體，以形成第二電相和第二絕緣層。
[0106]接著，超導帶材112’的第三堆疊體螺旋纏繞在絕緣層上，該絕緣層環繞在形成2-相電纜中的第二電相的帶材的堆疊體上。該堆疊體現在形成了第三電相。
[0107]接著，絕緣層16被環繞在形成第三相的超導體堆疊體上。
[0108]接著，將形成中性部分的超導帶材的最后的堆疊體螺旋纏繞在頂部絕緣層的頂部上。
[0109]接著，最后的絕緣層被纏繞在形成中性部分的超導體堆疊體上。
[0110]接著，電纜被放進包含具有超級絕緣性的真空空間的柔韌的雙壁低溫箱中。
[0111]通過將骨架連接至導管用來在中空骨架(如果存在的話)，或圍繞低溫箱中的電纜，或二者，通入低溫冷卻液體或氣體，可以提供制冷。
[0112]示例3:多相電纜(用于交流傳輸):
[0113]用于制造例如用于交流傳輸的多相電纜的另一個示例過程，參照圖5進行了如下描述。
[0114]對于每一相，多個超導帶材512以超導層在一個或多個層中的內側(被壓縮)的方式繞著具有1-10_的小直徑的圓形中空或實心的骨架514螺旋纏繞。如果使用了多于一層，每一層都能以與其相鄰層相反的方向纏繞。
[0115]每個超導帶材512能被單獨絕緣以防止與其相鄰的帶材的電流共享，或其可以被涂敷電阻層來調整帶材之間的電阻從而調整電流共享的程度。
[0116]一個或多個較高放置的帶材512使其YBCO層位于外側(被拉伸)上，只要纏繞半徑和放置角度大到足以不會對超導體造成損壞的程度。
[0117]在另外的實施方式中，絕緣體513在超導層被纏繞之前被纏繞在骨架514上。
[0118]在纏繞超導帶材512之后，絕緣體513繞著超導帶材的堆疊體纏繞。
[0119]接著，如圖5中示出的，通過將這三個一相纜芯綁定在一起形成三相電纜。
[0120]接著，通過將超導帶材繞著三相線束纏繞而形成屏蔽層，或每一相可能具有由超導帶材的堆疊體形成的其自身的中性部分，所述超導帶材能纏繞在形成每一相(未示出)的電纜的外側。
[0121]接著，屏蔽層在外側(未示出)上絕緣。
[0122]接著，電纜被放進包含具有超級絕緣性的真空空間的柔韌的雙壁低溫箱中(未示出)。
[0123]通過在中空骨架(如果存在的話)，或圍繞低溫箱中的電纜，或二者，通入低溫冷卻液體或氣體，可以提供制冷。
[0124]示例4:多芯、快速斜升電纜(用于快速斜升磁體和電力傳輸電纜):
[0125]用于制造例如用于快速斜升磁體和電力傳輸電纜的多芯、快速斜升電纜的示例過程結合圖2和3進行如下描述。快速斜升能潛在地導致包含許多層的電纜中的電流分布變得不均勻。在斜升期間強制更均勻的電流分布的一種可能的方法是將電纜分割成彼此相互絕緣的η個層的多個區。每個區將包含相同的電相，但是每個將連接到其自身相應的電流源并被其驅動。每個電流源能強制每個區中的適當的電流量，使電纜中的電流分布比僅使用一個電流源時更均勻。因此，如圖2和3中的同軸的2相電纜、3相電纜、或η相電纜可以被構建，但是被連接用于包含相同的相。
[0126]不例5:多芯、低損耗電纜(用于交流傳輸):
[0127]用于制造例如用于交流傳輸的多芯、低損耗的電纜的示例過程結合圖6a_c進行如下描述。
[0128]獲得具有1-1Omm的小外徑的柔韌的實心或空心的骨架614作為纜芯。可選地，絕緣層可以環繞所述骨架(未示出)。
[0129]在一個或多個層612中的多個超導帶材以超導層在內側(超導體被壓縮)的方式螺旋環繞骨架。小的絞合間距被用來減小交流損耗。層數可能受限于不均勻的電流分布。如果使用了多于一層，每一層能以與其相鄰層相反的方向纏繞。
[0130]較高放置的帶材以其YBCO層位于外側(被拉伸)的方式纏繞，只要纏繞半徑和放置角度大到足以不會對超導體造成損壞的程度。
[0131]每個超導帶材能被單獨絕緣以防止與其相鄰的帶材的電流共享，或其可以被涂敷電阻層來調整帶材之間的電阻從而調整電流共享的程度。
[0132]可選地，絕緣體613繞著超導體堆疊體纏繞。
[0133]接著，這些單相芯600中的多個使用充分的扭絞被綁定在一起。這將提高每相或磁體電纜中的帶材的數目，同時保持每芯中的層的數量受限。通過將所有相的多個芯綁定在一起形成用于交流傳輸的多相電纜。
[0134]接著，在傳輸電纜的情況下，通過繞著電纜束螺旋纏繞帶材堆疊體形成中性層(未示出)。
[0135]接著，外部絕緣層繞著形成中性層的帶材堆疊體纏繞(未示出)。
[0136]接著，在傳輸電纜的情況下，電纜被放進包含具有超級絕緣性的真空空間的柔韌的雙壁低溫箱中。
[0137]同樣，在傳輸電纜的情況下，通過在中空骨架(如果存在的話)中，或繞著低溫箱中的電纜，或二者，通入低溫冷卻液體或氣體，可以提供制冷。
[0138]在附圖中，圖6a示出了帶有超導帶材的單芯的例子。圖6b示出了被綁定在一起以形成單相或多相電纜結構650的多個單芯電纜的例子，并且圖6c示出了形成多相(三相)電纜660的多個(三個)單芯電纜束。在傳輸電纜中，每一相可以由其自身的同相電纜束形成，而通過將這些多絲單相電纜中的三個綁定在一起形成3-相電纜。
[0139]示例6:多芯、每芯多相電纜:
[0140]另一個實施方式可以被配置成與前面的示例5相似，但是每個芯上帶有多個絕緣相，如示例I和2中描述的。在磁體電纜或快速斜升傳輸電纜的情況下，這些相可能是相同的，但是每個區可以被連接到其自身相應的電流源并被其驅動，如示例4中所述的。
[0141 ] 示例7:帶材之間具有增強的電連接的電纜:
[0142]在傳輸線或磁體電纜中采用平行于超導帶材的相對較大數量的常規導電材料(例如銅)，以在故障時提供帶有可選的分流路徑的電流可能是有益的。電流分流路徑還將讓正常工作條件下的電流繞過一個帶材中的損壞區域，或繞過導體被拼接在一起的區域。在一些情況下，在金屬基底和YBCO涂敷的導體中的超導體之間的陶瓷層是電阻性的，并且將不允許電流通過。旁路電阻緩沖層并且環繞部分或全部帶材的常規的導電電流路徑可以存在以將所述帶材電連接在一起，或將其電連接至常規導電分流層。在一個實施方式中，這可以通過在每個單獨的帶材上銅鍍很薄的一層銅來完成。然而，這種銅鍍可能是昂貴的。
[0143]為了增強電纜的各個帶材之間的電連接，所述帶材被嵌入其中的常規的導電基質能如圖7中示出的被構建，如下所述。
[0144]一個或多個超導帶材712(對應超導帶狀導體12的層)在多個層中纏繞在骨架714上，如在前面的示例中描述的一樣。此外，相對較薄(比如最厚20微米)的銅層715被電鍍到帶材。這一層使得焊劑到導體的連接更容易。
[0145]接著，另外的導電材料的第二層716用電鍍或其他合適的方法被結合至超導帶材712。第二層716可能具有比銅層更高的電阻，并且允許在所述帶材的超導層和帶材之間的常規導電基質之間的電耦合具有一定程度的可調節性。在故障時電流能被傳送到常規導電基質，但是該層較高的電阻將減少正常工作期間的耦合損耗。
[0146]在前面的實施方式中，常規導電材料(銅)718的條狀物在每個單獨的層中的超導帶材712之間纏繞。條狀物718具有與超導帶材712的厚度相當的厚度。
[0147]常規導電帶材的層716在超導帶材的每一層之間纏繞。層716的厚度是可調整的并且將依賴于應用。
[0148]一層或每層中的超導帶材712的纏繞方向可能與一個或兩個相鄰的超導層中的纏繞方向相反。
[0149]可選地，在一些層中的一些帶材712能以超導層面朝外的方式放置，以增強超導帶材之間的耦合。
[0150]每個超導帶材的電流可以被傳送到與超導層相鄰的常規層。電流可以通過常規導電條狀物從一個超導層流到另一個超導層，所述常規導電條狀物纏繞在每一個超導層中的超導帶材之間。超導帶材嵌入其中的常規導電基質被形成的這種結構，在局部電流不足的情況下允許電流從一個帶材傳送到另一個帶材，或在故障的情況下，允許電流從超導層傳送到常規導電分流器(基質自身，或靠近超導層的一些其他的常規導電材料)。
[0151 ] 示例8:帶增強的過電流保護的電纜:
[0152]在一些情況下，比如包含到電力網中的傳輸線，這種電纜被配置成能夠在一小段時間內承受相對較大的過電流。除了前面的任何一個實施方式的超導層之外，還可以增加分流橫截面和另外的常規導電材料(比如但是不限于銅)。
[0153]例如，參考圖8，可以使用根據前面描述的任何一個例子配置的電纜，但是該電纜帶有一個或多個常規的導電分流層815、815’和常規的導電骨架814以提供另外的分流。骨架814不需要是絕緣的。此外，超導層816、816’可能包含嵌入在常規基質813中的超導帶材812，以在每個帶材和分流層之間形成更大程度的電耦合。
[0154]當電纜中存在多個相時，或者當骨架不具有足夠的分流材料時，另外的常規導電層被纏繞在超導層的頂部。同樣優選常規基質以在帶材和分流層之間提供很好的電耦合。
[0155]在特定的實施方式中，電纜的每一相都具有在超導相的外側上的另外的分流層。通過將分流層放置在電纜的外側，能將超導帶材在其上纏繞的半徑保持得相對較小。這樣減少了所需要的超導體的數量，并且允許超導帶材的小的絞合間距。
[0156]這種方法可以被應用到具有所有相都纏繞在其上的單芯的傳輸線，或被應用到每一相都環繞各自的芯、且每一相的電纜被綁定在一起以形成最終的多相電纜的傳輸線。
[0157]示例9:具有帶材之間的增強的電耦合和機械耦合的電纜
[0158]當電纜在磁體中使用時，相對較大的作用力可能作用在電纜中的各個帶材上。在這種環境下，在電纜的各個帶材之間提供機械耦合可能是非常有益的。這種機械耦合可以通過使用焊劑將每一層中的帶材結合在一起來提供。這種結合也將增強電纜中的各個導體之間的電連接。用于增強機械結合的過程的例子如下。
[0159]特別是，超導帶材以多個層被纏繞在骨架上，如前面的例子中描述的。
[0160]然而，在這個例子中，形成可選的基質的每個超導帶材和/或常規導電條狀物在電纜被纏繞之前被涂敷一薄層焊劑。可選擇地或另外地，薄的焊劑金屬薄片被纏繞在形成可選的基質的超導帶材的層或常規導電層之間。
[0161]一旦電纜被組裝完成并被纏繞在例如磁體的系統中，整個系統在火爐中被加熱以熔化這些焊劑。在冷卻后，這些焊劑將每一層中的所有帶材和所有的層結合在一起，從而形成更好的電連接和更強的機械結合。
[0162]此外，電纜部件可以在將單個電纜結合在一起的環氧樹脂中被澆注。環氧樹脂可以被選擇成使得環氧樹脂的凝固將在低于電纜中的焊劑的熔化溫度的溫度進行。
[0163]示例10:帶有增強的柔韌性的電纜
[0164]為了更大的柔韌性和更小的彎曲半徑，制造電纜的過程可能包括前面描述的任何過程，但是進行了如下的修改。
[0165]特別是，該過程可能還包括在纏繞時在每一層的超導帶材之間引入小的間隔。間隔的大小依賴于電纜在應用中進行纏繞時將經受的最小彎曲半徑、帶材的寬度以及鋪設角度。當電纜被彎曲成應用的形狀時，在電纜內側上的間隔變窄而電纜外側上的間隔變寬。內側上的間隔防止超導帶材彼此之間相互擠壓(這可能導致損壞)。
[0166]由于在電纜及其導體上的作用力可能很大的磁體中通常需要小的彎曲直徑，通過前面描述的焊劑工序可以提供電纜的加固。在電纜彎曲到其最終的形狀之后這些焊劑被熔化。這些焊劑將部分地或完全地填充每一層中的帶材之間的殘留的間隔，以提供對每一個超導帶材的電氣支撐和機械支撐。
[0167]示例11:帶有拼接的超導帶材的電纜
[0168]YBCO涂敷的導體通常被制成達到大約Ikm的長度。因此，當在更長的電纜中使用時，超導帶材被拼接在一起。在這些導體之間的接頭不是超導的地方，電流通常通過低電阻的材料從一個超導體流向另一個超導體。本發明的某種極度緊湊的電纜的實施方式允許電流通過例如環繞超導帶材的常規導電基質傳輸。因此拼接不需要重疊，并且因此不需要局部地增加超導層的厚度。導體之間的帶涂層導體的拼接可以使用下面的示例方法實現。
[0169]通過將基底焊接或熔接在一起來把兩個帶涂層的導體在末端連接起來。在特定的實施方式中，導體的接觸末端被做成錐形以增加接觸面積，或者在導體的末端之間可以使用導電楔板構件來增加接觸面積。這能產生沿著其長度具有均勻的厚度的整個導體(參見圖 9a_d)。
[0170]導電層(比如銅層)可以在連接制作好之前或之后被電鍍在導體上面。如圖9c中示出的，根據一個示例實施方式，超導層能被比如銀或銀合金的金屬層覆蓋。在示例實施方式中，銀的使用允許焊接發生在銀覆蓋層上面而不會損壞超導電纜。
[0171]當允許導體的厚度變化時(例如在傳輸線中)，帶涂層的導體可以被重疊地焊接在一起。由于帶材之間的電流傳輸將通過常規導電基質發生，導體可以采用YBCO層彼此不相互面對的方式焊接。這將保持拼接的兩側上的YBCO的定向是相同的(參見圖lOa-c)。
[0172]通過將一個帶材的末端焊接到另一個帶材的頂部上，但是不焊接整個拼接體，可以產生重疊的拼接體。這樣在電纜制成后能保持拼接體的柔韌性。在電纜被組裝完成之后，通過熔化位于拼接體中的另外的焊劑可以將拼接體完全地焊接。
[0173]在拼接的導體被纏繞進電纜之后，通過如前面描述的在導體之間使用焊劑，可以增強超導體之間的電連接和機械連接。
[0174]示例12:帶有加固的電纜
[0175]在一些磁體應用中，作用在電纜上的力可能是非常大的，以致于使用電纜的加固能帶來好處。例如，可以提供不銹鋼外部殼體來進行加固。各種示例過程可以被用來加固YBCO涂敷的導體電纜。
[0176]例如，在示例實施方式中，如上所述的單芯超導電纜被插入金屬殼體中，該殼體具有的兩個半個殼體在電纜插入后被熔接在一起。該殼體可以具有任何合適的形狀(包括但不限于長方形、圓形、或橢圓形的外部橫截面)的外部橫截面，但是具有圓的內部橫截面。電纜的冷卻通過使用中空的骨架并且在中空的骨架中通入冷的流體實現，或者通過在電纜和殼體之間通入冷的流體實現。
[0177]在另外的實施方式中，多個單芯超導電纜被綁定在一起。在這些實施方式中，可以包含常規的導電束用來填充空隙并且提供分流，而且其還帶有用于冷卻的中空管(骨架和/或外部殼體)。
[0178]示例13:電纜端子
[0179]如在此描述的電纜可能包含許多超導帶材。這些帶材可以被連接到通過其可以弓I入電流的常規導電端子。這些端子可以如圖1la和圖1lb中示出的被構造，并且如下文所述。
[0180]每個端子由常規導電材料(比如但不限于銅)的圓柱形末端件1010構造。其上纏繞超導帶材的骨架(如前面的任何一個實施方式中描述的)通過端子末端件1010的中心的開口 1011被饋送。
[0181]如圖1lb中示出的，當骨架被插入開口 1011時，面對電纜的端子末端件的末端1014被機械地壓入圓錐形的末端件中，帶材在該圓錐形的末端件上伸展并被焊接。
[0182]端子末端件1010的相反的一端帶有穿孔1015或螺栓孔，外部電纜可以栓接在這些孔上。
[0183]兩個另外的、可選的殼體可以被焊接在圓錐形末端件上，以覆蓋帶材的末端。
[0184]示例14:單相電纜結構
[0185]作為代表性的、非限制性的例子，電纜能被配置成任何適合的長度(比如但不限于
0.5m的長度)，并且包含繞著具有5.5mm外徑的柔韌的銅制骨架的最多8個層中的最多24個超導帶狀導體。例如，在24個帶狀導體、8個層的實施方式中，每個層包括3個超導帶狀導體。超導帶狀導體以其超導層面朝內的方式纏繞，以使其處于壓縮應變的狀態。
[0186]具有24個超導帶狀導體的電纜在76K的溫度下可能能夠傳送多達2800A的電流，這一數量可能比所有各個導體在它們被纏繞進電纜之前能夠傳送的電流總和的90%還要多。
[0187]在帶狀導體之間沒有很大的間隔，具有在三個層中繞著絕緣的、柔韌的、5.5mm直徑的銅制骨架纏繞的12個超導帶狀導體的電纜，可能能夠在24cm直徑的彎道內彎曲而不會降低電流傳送能力。然而，在相鄰的超導帶狀導體之間可以產生間隔，例如，以允許更大的彎曲(到遠低于24cm的直徑)而不會嚴重損壞電纜。
[0188]在這些示例實施方式彼此一致的地方，前面描述的各種示例實施方式(或其中的部分)可以在本發明的另外一些實施方式中一起使用和互換使用。
[0189]在此公開的實施方式在所有的方面都被視為說明性的，而不是對本發明的限制。本發明的范圍由所附的權利要求表明，而不是由前述內容表明。源自權利要求的等價的意義和范圍內的所有變化因此也旨在被包括在其中。
[0190]示例15:兩相電纜結構
[0191]可能適用于特定的空軍應用的電纜包括纏繞在一個骨架上的、一個放置在另一個頂部上的、在兩相之間帶有絕緣層的兩個電相。在一個例子中，電纜具有在5.5mm直徑的骨架上的17個層中的79個帶材，并且當兩相中的電流沿著同樣的方向移動時，該電纜能在液態氮中傳送高達756IA的電流。
[0192]示例16:磁體電纜結構
[0193]高性能電纜的另一個例子包括在4mm直徑的骨架上的12個層中的40個導體。電纜被纏繞進外徑12cm (10.5cm的內部直徑)的1.5匝線圈。該電纜能夠在垂直于電纜定向的20T的背景場中在4.2K的溫度傳送高達4100A的電流。
[0194]示例17:磁體電纜失超保護
[0195]在超導磁體經受局部地驅動超導電纜正常工作的故障的情況中，磁體中儲存的所有能量將被耗散在小的常規區域。為了防止在磁體失超期間被燒壞，磁體電纜在很短的時間內在其整個長度上被驅動到常態。這將在其整個磁體上耗散能量。允許電纜從超導狀態如此快速轉變到常規狀態的方法包括，將一個或多個加熱導線與超導帶材一同纏繞，和/或在骨架中包含加熱導線。一旦檢測到磁體失超，立即使用外部電源為加熱導線提供能量。
【權利要求】
1.一種超導電纜，包括: 骨架； 多個超導帶狀導體，其以螺旋的方式在至少一個層中繞著所述骨架纏繞，每個超導帶狀導體具有至少一個超導層。
2.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述多個超導帶狀導體在被預先拉伸的狀態下繞著所述骨架纏繞。
3.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述多個超導帶狀導體在繞著所述骨架纏繞時，所述超導帶狀導體中的至少兩個的繞組之間具有間隔。
4.如權利要求1所述的超導電纜，還包括繞著所述骨架纏繞的至少一個電阻加熱導線，用于提供失超熱源。
5.如權利要求1所述的超導電纜，還包括繞著所述多個超導帶狀導體和所述骨架提供的至少一個護套。
6.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞成使所述超導帶狀導體上的一超導層在拉伸狀態下被定位在所述繞組的外側上。
7.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞成使所述超導帶狀導體上的一超導層在所述繞組中處于既不拉伸也不壓縮的狀態下被定位在所述帶狀導體上的中央位置。
8.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述至少一個層包括多個相鄰的層，并且其中在至少兩個相鄰的層之間形成間隔。
9.如權利要求1所述的 超導電纜，其中所述骨架具有橢圓形或帶有倒圓角的長方形的橫截面形狀，且所述倒圓角的半徑小于五毫米(5mm)。
10.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述至少一個層包括超導帶狀導體的多個層，并且其中至少一個超導帶狀導體是絕緣的。
11.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述超導帶狀導體中的至少一個被涂敷一層焊劑，所述一層焊劑被配置成在所述電纜組裝好之后被熔化。
12.如權利要求1所述的超導電纜，還包括在所述超導帶狀導體的相鄰的繞組和/或相鄰的層之間纏繞的焊劑護套，其中所述焊劑護套被配置成在所述電纜組裝好之后被熔化。
13.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述至少一個層包括多個層，并且其中所述超導電纜還包括在所述多個層中的至少兩個之間布置的至少一個焊劑護套。
14.如權利要求1所述的超導電纜，還包括在至少一個超導帶狀導體的相鄰繞組之間纏繞的不超導的導電材料的至少一個導體。
15.如權利要求14所述的超導電纜，其中所述不超導的導電材料的至少一個導體由被配置成待被熔化的一層焊劑覆蓋。
16.如權利要求1所述的超導電纜，其中所述至少一個層包括多層超導帶狀導體，所述超導電纜還包括在所述多層超導帶狀導體的相鄰層之間纏繞的至少一層一個或多個不超導的導體。
17.一種包含多個超導電纜的超導電纜束，所述多個超導電纜中的每一個都具有如權利要求I所述的結構，其中至少一個超導電纜具有外部絕緣層，并且與所述多個超導電纜中的其他超導電纜保持在電纜束中。
18.—種包含多個超導電纜的超導電纜束，所述多個超導電纜中的每一個都具有如權利要求I所述的結構，其中每個超導電纜都不具有外部絕緣層，并且與所述多個超導電纜的其他超導電纜保持在電纜束中；并且所述電纜束包括覆蓋所述電纜束的護套。
19.一種制造超導電纜的方法，包括: 提供骨架； 以螺旋的方式在至少一層中繞著所述骨架纏繞多個超導帶狀導體，每個超導帶狀導體具有至少一個超導層。
20.如權利要求19所述的方法，其中纏繞所述多個超導帶狀導體包括在所述多個超導帶狀導體處于預先拉伸的狀態下繞著所述骨架纏繞所述多個超導帶狀導體。
21.如權利要求19所述的方法，其中纏繞所述多個超導帶狀導體包括繞著所述骨架纏繞所述超導帶狀導體且在至少兩個相鄰的繞組之間具有間隔。
22.如權利要求19所述的方法，其中所述多個超導帶狀導體中的至少一個被纏繞成使所述超導帶狀導體上的一超導層在拉伸狀態下定位在所述繞組的外側上。
23.如權利要求19所述的方法，其中纏繞所述多個超導帶狀導體包括進行纏繞并使得所述超導帶狀導體上的一超導層在所述繞組中處于既不拉伸也不壓縮的狀態下定位在所述帶狀導體的中央位置。
24.如權利要求19所述的方法，還包括使用一層焊劑來涂敷所述超導帶狀導體中的至少一個超導帶狀導體，并且在所述至少一個超導帶狀導體繞著所述骨架纏繞之后熔化所述焊劑。
25.如權利要求19所述的方法，還包括在所述至少一個超導帶狀導體的相鄰繞組之間纏繞焊劑護套，并且在所述至少一個超導帶狀導體繞著所述骨架纏繞之后熔化所述焊劑護套。
【文檔編號】H01B12/06GK103493152SQ201280019170
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月17日 優先權日:2011年2月18日
【發明者】丹尼爾·科內利斯·范德蘭 申請人:科羅拉多州立大學董事會（法人團體）