具有線圈繞組和觸點的超導線圈裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種線圈裝置，其具有線圈繞組，該線圈繞組由至少兩個帶導體和用于使線圈裝置與外部電路連接的觸點構成。
【背景技術】
[0002]在超導機器和超導磁線圈的領域中，公知一種線圈裝置，其中，超導的金屬線或者帶導體纏繞成線圈繞組。對于典型的低溫超導體如NbTi和Nb3Sn來說通常使用線狀的導體。相反，高溫超導體或者高T。超導體(HTS)是具有高于25K的躍變溫度的超導材料并且在一些材料等級中高于77K。這種HTS導體典型地以平坦的帶導體的形式存在，其具有帶狀的基帶和布置在基帶上的超導層。附加地，帶導體經常還具有另外的層，如加固層、接觸層、緩沖層并且在一些情況中還具有絕緣層。第二代的所謂的HTS導體(2G-HTS)的最重要的材料等級是REBa2Cu3Ox類型的化合物，其中RE是一種稀土元素或者這些元素的混合物。
[0003]基帶典型地或者由鋼或者由哈司特鎳合金構成。與外部電路的電接觸多數情況下通過由銅制成的接觸層產生，其中該接觸層或者通過超導層單側地涂覆或者能夠作為圍繞層包圍整個帶導體。在這兩種實例中有利的是，在上側、即在基帶的一側上制造觸點，該側承載了超導層。在背側上、即在基質的背離超導層的一側上接觸時出現較高的接觸電阻，這導致較大的電損失并且導致該區域中提高了的冷卻需求。
[0004]在其中帶導體的多個層彼此重疊地放于多個線匝的超導線圈繞組中，通常難以使線圈繞組的兩個端部在上側上接觸。在根據標準應用的用于制造盤式繞組的纏繞技術中，通常或者在繞組的內側上或者是在繞組的外側上，帶導體的上側靠內地放置。為了還是在帶導體的上側上實現低歐姆的接觸，在已知的線圈裝置中使用專門設計的接觸件，其在帶導體的上側上被推入到繞組中。然而，對于這樣的線圈裝置來說需要耗費的生產工藝，因為為了確保必要的機械穩定性而必須在該接觸件的位置處采取特別的措施。如果使用具有環氧樹脂粘結劑的濕式纏繞工藝，那么首先必須使用例如由特氟龍制成的填充件，以便使得待接觸的位置沒有粘結劑。在去除該填充件之后，為了接觸該位置例如能夠制造到由銅構成的接觸件的焊接連接。然而，因為該觸點位于繞組內部，因此為了產生必要的機械穩定性，接觸區域必須不利地利用由玻璃纖維加固的塑料和環氧樹脂粘結劑制成的繃帶來固定。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于，提出一種超導線圈裝置，其避免了上述的缺點。
[0006]該目的通過權利要求1所述的線圈裝置實現。根據本發明的線圈裝置包括至少一個線圈繞組，其具有第一和第二帶導體，其中這兩個帶導體中的每一個都具有帶有接觸層的接觸側。此外，線圈裝置還包括至少一個在第一帶導體和第一接觸件之間的第一觸點以及在第二帶導體和第二接觸件之間的第二觸點，以用于使線圈裝置與外部電路連接。在線圈繞組的內部，第一帶導體和第二帶導體通過在其接觸層之間的第三觸點電連接。
[0007]在接觸側朝向線圈繞組的中央的指向方面，第一和第二帶導體不同。在此，開頭所述的上側稱為接觸側。
[0008]通過在繞組的內側提供附加的第三觸點實現了，在繞組的內部使用帶導體。這導致了，在由多個平坦地彼此疊放的線匝構成的簡單繞組的情況時，不僅在繞組的內側而且在繞組的外側上，具有到超導層的低歐姆接觸的帶導體側靠外放置。在此，以形成了線圈繞組的螺旋線圈的中心區域來描述繞組的內側。在第一帶導體的接觸層和第二帶導體的接觸層之間提供第三觸點實現了在第一帶導體的超導層和第二帶導體的超導層之間通過分別相對應的接觸層建立特別低歐姆的連接。
[0009]通常，避免在超導繞組的內部提供附加觸點，因為在這種附加的接觸位置中總是有歐姆電阻插入到繞組中。根據本發明的線圈裝置的構造基于以下認知，即當外部觸點的制造由此被簡化時，在繞組內部的這種附加的歐姆式觸點仍然是有利的。此外，總體存在的串聯電阻甚至下降得低于常規的線圈繞組，因為當在端部處沒有必須插入到繞組內部的接觸件時，到外部電路的觸點能夠實施在較大的面上并進而低歐姆地實施。根據本發明的線圈的機械穩定性也是較高的，因為在繞組內部中的附加觸點或者能夠在以濕法纏繞工藝制造線圈時之間一同粘接或者能夠在隨后以澆鑄材料澆鑄線圈時被包封。對附加的接觸位置的粘接或者澆鑄能夠在相同的工藝步驟中、如對剩余的線匝進行粘接或澆鑄時進行，從而為了達到相同的機械穩定性而需要比具有在繞組的外端部處的接觸件的已知的線圈裝置更少的工藝步驟。
[0010]根據本發明的線圈裝置的有利的設計方案和改進方案由從屬權利要求得出。相應地，該線圈裝置能夠附加地具有以下特征:
[0011]第一觸點能夠布置在第一帶導體的背離第一帶導體的線匝的一側上，并且第二觸點能夠布置在第二帶導體的背離第二帶導體的線匝的一側上。
[0012]第一觸點能夠構造在第一接觸件與第一帶導體的接觸側上的接觸層之間，并且第二觸點能夠構造在第二接觸件與第二帶導體的接觸側上的接觸層之間。
[0013]第一觸點能夠布置在線圈繞組的內側上，并且第二觸點能夠布置在線圈繞組的外側上。利用該設計方案，在繞組裝置的兩側上、也就是內側和外側上實現了對通至外部電路的兩個接觸位置的簡單觸及。如上所述，以繞組裝置的內側來描述螺旋線圈的中央區域。
[0014]在第一帶導體和第二帶導體之間的第三觸點能夠通過焊接連接來形成。用于制造低歐姆的接觸的有利的焊料是銦基焊料。
[0015]第三觸點的接觸電阻能夠有利地小于I μ Ohm,尤其是小于lOOnOhm。
[0016]在第一帶導體和第二帶導體之間的第三觸點能夠有利地設計具有Icm至5cm的長度。
[0017]線圈裝置能夠包括用于冷卻繞組的冷卻裝置。這種冷卻是適宜的，以確保超導體的運行溫度低于躍變溫度。在第三觸點的區域中，所出現的到冷卻裝置處的熱耦合能夠比在繞組的剩余區域中的熱耦合更強烈。因為在第三觸點的區域中存在歐姆電阻，其在該位置處導致發熱。為了使超導的帶導體即使在該區域中也保持其運行溫度，有利的是，在該位置處實現到冷卻裝置處的熱耦合比在繞組的剩余的內部區域中的熱耦合更強烈。在第一和第二觸點的該區域中、在相應的繞組端部處，比繞組的內部區域中更強烈的熱連接也是適宜的。
[0018]線圈裝置能夠包括超導層。超導層能夠包含第二代高溫超導體，尤其是ReBa2Cu3Ox。在此，RE是一種稀土元素或者這些元素的混合物。
[0019]接觸層能夠包含銅。同樣，第一和第二接觸件也能夠包含銅。
[0020]第一帶導體和第二帶導體能夠分別包括基質，其尤其包括鋼和/或哈司特鎳合金。
[0021]第一和第二帶導體也能夠在基質的背離超導層的一側上分別包括接觸層和/或在所有側面上都由接觸層包圍。即使在基質的背離超導層的一側上存在接觸層時，有利的是，在超導層的一側上接觸帶導體，因為在此歐姆電阻下降得比觸點必須穿過基帶來實現或者圍繞帶的邊緣來實現時更小。
[0022]線圈繞組能夠設計為盤式繞組、尤其設計為跑道型線圈、直角線圈或者柱形盤式繞組。
[0023]線圈裝置的線匝能夠利用澆鑄材料和/或利用粘結劑機械地固定。這對于在其中出現高離心力的電機和發電機中的應用是特別有利的，并且對于在其中出現高洛倫茨力的磁線圈中的應用也是特別有利的。在這兩種情況中，澆鑄和/或粘接防止線圈繞組有機械負載。
[0024]特別是在具有敏感的陶瓷材料的高溫超導體的應用中，防止這種機械負載是適宜的。用于澆鑄或者粘接線圈繞組的有利材料是環氧樹脂材料。
[0025]線圈裝置能夠包括偶數個帶導體，其通過奇數個觸點彼此連接。如果多于兩個帶導體通過多于一個觸點彼此連接，那么在存在奇數個觸點時，仍然能夠導致在線圈繞組的長度上的帶導體翻轉，這又實現了在線圈繞組的端部處的簡單接觸。
[0026]線圈裝置也能夠包括有多個彼此疊放的層構成的堆疊，其中堆疊的每個層都包括至少兩個通過至少一個觸點彼此連接的帶導體。有利的是，在堆疊的每個層的內部，彼此連接的帶導體的數量是偶數并且接觸位置的數量是奇數。
【附圖說明】
[0027]下面根據兩個優選的實施例參考【附圖說明】本發明，其中:
[0028]圖1示出了超導帶導體的示意橫截面圖，
[0029]圖2示出了根據現有技術的線圈繞組的示意圖，
[0030]圖3示出了根據第一實施例的線圈繞組的示意圖，
[0031]圖4示出了根據第二實施例的線圈繞組的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1示出了超導帶導體I的橫截面，其中示意性地示出了層結構。帶導體在本實例中包括基帶2，其在此是由鎳鎢合金制成的具有100 μπι厚度的基帶。替代地，也能夠使用鋼帶或者由合金、例如哈司特鎳合金制成的帶。在基帶的上方布置有0.5 μπι厚的緩沖帶4，其在此包含氧化的材料CeOjP Y2O3。其上是實際的超導層6，在此是由YBa2Cu3Ox制成的I μπι厚的層，其又以50 μ m厚的由銅制成的接觸層8覆蓋。代替材料YBa2Cu3Ox,也能夠使用另外的稀土 RE的化合物REBa2Cu30x。在此，在基帶的相對置的一側上布置有另外的50 μ m厚的由銅制成的覆蓋層10，接下來是絕緣體12，其在本實例中設計成25 μ m厚的Kapton帶。但是絕緣體12也能夠由另外的絕緣材料，例如另外的塑料構成。在示出的實例中，絕緣體12的寬度稍微大于帶導體I的其余層的寬度，從而在線圈裝置的繞組中