专利名称：具有宽幅型超导带状线的超导电缆的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及一种具有宽幅超导带状线的超导电缆，并且具体地涉及以下一种包括宽幅超导带状线的超导电缆，该宽幅超导带状线具有宽幅型的纵横比并且被围绕骨架 (former)的外周均勻地布置且被紧密地附接至该骨架的外周。
背景技术：
当将超导带状线用作导体时，超导电缆可以传输比典型的电力电缆更高的电力容量。图1大体示出典型的超导电缆的结构。如图1所示，超导电缆具有布置在外低温保持器20内的至少一个(例如三个)导电芯10。芯10和低温保持器20之间的空间30被填充制冷剂以维持芯10处于极低温度下。低温保持器20通常包括内金属管21、围绕内管21的绝缘层22以及外金属管23。 绝缘层22和外管23之间的空间被形成为真空层M。图2大体绘出图1的超导电缆的芯10的结构。如图2所示，芯10从其中心起具有骨架11、超导层12、电子绝缘层13、超导屏蔽层 14以及保护层15。骨架11被形成为缠绕在一起的金属线(例如铜线)或者形成为用作制冷剂的通
道的中空金属管。超导层12和超导屏蔽层14由多个超导的细的带状线50形成，带状线50分别围绕骨架11的外表面和电子绝缘层13的外表面布置。图3是图解地示出上述超导带状线50的布置和结构的剖视图。为清楚起见，图3 仅显示构成超导层12的超导带状线的结构，但是该说明也可以应用于构成超导屏蔽层14 的超导带状线的结构，因为两者具有同样的结构。因此，将省略关于超导屏蔽层14的说明。如图3所示，超导带状线50的横截面被形成为具有小的厚度和大的宽度的矩形。 多个线50以适当的螺距围绕骨架11的外表面成螺旋形缠绕。这种超导带状线50的厚度不超过0. 5mm,通常大约为0. 4mm,宽度大约为4mm，而形成大约为10的纵横比(宽度/厚度)。在这些超导带状线50被围绕骨架11的外周缠绕的情况下，线50可以保持其最初的矩形，这是因为由于在线50的两端处的高机械强度而使线 50可以不经历塑性变形。在该结构中，线50可以不被粘附于骨架11的外表面，而是在其端部卷起。这导致超导层12的厚度增大，因而导致整个超导电缆的直径增大。结果，沿竖直方向相对于带状线50的磁场强度在邻近的带状线50之间增大，因而超导带状线的效率被恶化。也就是说，临界电流被减小，而导致电力传输的能力被降低，并且增大了交流损失。当超导带状线暴露于磁场时，临界电流随周围磁场强度的增大而减小。换言之，临界电流的容量与周围磁场的强度成反比。当沿垂直于超导带状线的表面的方向形成磁场时，临界电流大大减小。
当电流流过超导电缆的超导带状线时，通过电流流动产生磁场，并且该磁场被在邻近的超导带状线处产生的另一磁场抵消和/或交叉。结果，全部超导带状线都受到磁场影响。然而，现有的超导带状线具有小的纵横比，即，宽度与厚度的相对尺寸小，因而在线的边缘处具有高的机械强度。因此，线可能不完全粘附于骨架的外周，而是基本上保持它们的原样被缠绕。这导致沿竖直方向的磁场强度增大，因而使超导带状线的效率恶化并且导致交流电流的重大损失。
发明内容
技术问题以下说明的电缆的发明者发现，为了防止超导带状线的效率由于磁场而变坏，则通过围绕骨架的外周均勻地布置带状线，并且通过减小邻近的带状线之间的间隙，可以减少磁场沿竖直方向的分量。结果，假如超导带状线的纵横比能够被增大而不会导致缠绕带状线的困难，则当被围绕骨架缠绕时，带状线可以粘附于具有较大表面的骨架的外周。这导致磁场的竖直分量减少从而提高带状线的效率并且减少交流损失。因此，提供一种超导电缆，该超导电缆具有宽幅超导带状线以减少磁场沿竖直方向的分量，从而防止电缆的效率变坏，并且还减小电缆的外径。这可以通过以下结构实现， 即，通过利用宽幅型带状线调节超导带状线的纵横比，带状线顺应骨架的外周的形状，使得带状线紧密地粘附于骨架并且被均勻地布置在骨架周围，并使得邻近的带状线之间的间隙被减小。技术方案根据本文的实施方式的具有宽幅超导带状线的超导电缆从其中心起包括骨架、超导层、电子绝缘层以及超导屏蔽层。所述超导层被形成为围绕所述骨架的外周成螺旋形缠绕的多个超导带状线，并且所述带状线中的每一个均具有矩形横截面。此外，所述带状线分别由其宽度与厚度的比在20至30的范围内的宽幅带状线构成。在根据实施方式的所述超导电缆中，所述超导屏蔽层可以以和所述超导层相同的方式由宽幅超导带状线形成。所述超导带状线中的每一个均可以是厚度为0. 5mm或更小的一条带状线。所述超导带状线中的每一个也可以被形成为沿宽度方向并排一体地布置在衬底上的两个带状线，并且所述两个带状线中的每一个的厚度均可以为0. 5mm或更小。在这种情况下，一体地布置的所述两个带状线的整个宽度可以是该两个带状线的厚度的20至30倍。有益效果根据本文的实施方式，因为所述超导层由具有20至30的纵横比的宽幅超导带状线形成，所以所述带状线可以紧密地粘附于所述骨架并且被围绕所述骨架的外周缠绕。此外，邻近的所述带状线之间的间隙可以被减小。而且，通过减少产生在所述带状线周围的磁场的竖直分量，根据实施方式的所述电缆可以防止所述电缆的效率变差。并且本文所公开的结构可以降低磁场的整个强度，并且减小所述电缆的整个外径。
从结合附图的下列详细描述中将更加清楚所公开的示例性实施方式的上述和其他方面、特征以及优点，其中图1大体示出典型的超导电缆的结构；图2大体绘出图1的超导电缆的芯的结构；图3是图解地示出图2的超导带状线的布置和结构的剖视图；图4是图解地示出根据一实施方式的超导带状线的布置和结构的剖视图；以及图5是示出根据另一实施方式的超导带状线的横截面和布置的图解视图。
具体实施例方式现在将参照附图在下文中更充分地描述示例性实施方式，在附图中示出了示例性实施方式。然而，本公开内容可以以许多不同的形式体现并且不应该被解释为限于本文所阐述的示例性实施方式。相反地，这些示例性实施方式是为了使得本公开内容充分和完整而提供，并且将本公开内容的范围完全传达给本领域技术人员。在描述中，众所周知的特征和技术的细节可以被省略，以避免不必要地使提出的实施方式变得模糊。本文使用的术语仅是为了描述具体实施方式
并且并不旨在限制本公开内容。当在本文使用时，除非上下文明确地指出，否则单数形式“一”以及“该”旨在也包括复数形式。此外，术语“ 一”等的使用不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提到的物品。术语“第一”、“第二”等的使用不暗含任何具体顺序，而是使用它们以识别单个元件。而且，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区别开来。进一步应当理解，术语“包含”或者“包括”当用于本说明书时，表示所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多个其他特征、区域、 整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。除非另外定义，否则本文所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有和由本领域普通技术人员一般理解的相同的含意。进一步应当理解，术语，诸如那些一般使用的词典中定义的术语，应该被解释为具有与它们在相关技术的语境和本公开内容中的含意一致的含意，并且将不以理想化的或过度形式的意义解释，除非在本文中如此清楚地定义。在附图中，附图中相同的附图标记表示相同元件。为清楚起见可以放大附图的形状、尺寸以及区域等等。图4是图解地示出根据本文一实施方式的超导带状线的布置和结构的剖视图。如图4所示，根据该实施方式的超导电缆具有位于其芯处的骨架100 ；和超导层 200，其中多个宽幅超导带状线210被布置在骨架100的外表面上。线210具有一定长度， 并且被成形为具有矩形横截面。图4未示出线210的长度，而是在线的剖视图中显示了宽度(w)和厚度(t)。在超导层200的外表面上形成绝缘层300，并且在绝缘层300的外周上布置超导屏蔽层400。骨架100被形成为绞合金属线，或者由金属管组成。宽幅超导带状线210被布置在骨架100的外周上。例如，带状线210被沿着纵向成螺旋形缠绕，并且构成超导层200，该超导层200在超导电缆中传输电力。通过围绕电子绝缘层300的外周缠绕超导带状线而形成超导屏蔽层400。当电流流过超导层200时，沿与层200的电流流动的方向相反的方向在屏蔽层400中感生另一电流，该另一电流的量基本上与层200的电流的量相同，因此，层200的磁场被抵消从而防止磁场泄漏。如图4所示，与围绕骨架100的外周布置的宽幅超导带状线210类似，宽幅超导带状线410可以被沿着纵向成螺旋形缠绕，并且构成屏蔽层。在该实施方式中，宽幅带状线210和410的宽度是现有带状线的宽度的两倍宽。带状线210和410的宽度(w)与厚度(t)的比，即纵横比(w/t)可以是大约20至30。假如纵横比在20至30的范围内，则可以在没有显著困难的情况下完成缠绕带状线210和410的过程，同时实现本公开内容的目的。带状线210和410可以具有不超过0.5mm的厚度。例如，假如线210和410的厚度是0. 4mm，则为了使纵横比处于如上所述的20至30的范围内，线的宽度可以是大约8至 12mm。假如线210和410的厚度确切地为0. 4mm并且纵横比确切地为20，则线的宽度确切地为8mm。相对于现有线的宽度，该纵横比大约是现有线的两倍。当超导带状线被形成为具有如这里所述的至少20的纵横比的宽幅带状线210和 410时，带状线可以被非常紧密地附接于骨架100或绝缘层300的外周的整个表面并且基本上围绕该整个表面缠绕，并且邻近的带状线之间的间隙可以被减小50%以上，而使不具有带状线的部分减少50%以上。因此，构成超导层200的宽幅带状线210被均勻地布置在所述外周上，并且使磁场的竖直分量减少，从而可以减少超导电缆效率的恶化或者交流损失。此外，带状线210粘附于骨架100的外周导致整个电缆的外径减小。类似地，构成超导屏蔽层400的带状线410被围绕绝缘层300的外周缠绕并且被非常紧密地附接于该外周，从而减小邻近的带状线410之间的间隙。因此，可以感生更接近于流过超导层200的电流的屏蔽电流，而提高屏蔽率。也可以减小电缆的外径。图5是示出根据另一实施方式的超导带状线的横截面和布置的图解视图。图5绘出了由两条带状线组成的宽幅超导带状线220。也就是说，带状线220由平行布置的、具有窄宽度的两个超导带状线221和222形成。具体地，根据该实施方式的宽幅超导带状线220由平行地沿宽度方向一体地布置的、厚度大约为0. 4mm的窄幅超导带状线221和222形成。由两个窄幅带状线221和222 一体地形成的宽幅带状线220的整个宽度大约比它们的厚度宽20至30倍。也就是说，纵横比大约是20至30。关于构成超导层200的带状线的该描述类似地被应用于构成超导屏蔽层的宽幅超导带状线。例如，为了使整个宽度为8mm或更宽，可以并排地布置厚度⑴为0. 4mm的两个窄幅带状线221和222。在这种情况下，实际上，可以使用具有0. 4mm的厚度和4mm的宽度的超导带状线。同时，如在典型的超导带状线中所见的，衬底230可以是形成为支撑层的基础层或者支撑层和缓冲层的结合。支撑层可以由诸如镍(Ni)之类的金属带构成，并且缓冲层可以由诸如氧化镁(MgO)、氧化锆(YSD或者氧化铈(CeO2)之类的材料制成，并且被涂覆在支撑层的表面上。回到图5，可以在两个窄幅带状线221和222的上表面上进一步形成保护层231。 保护层231由诸如银(Ag)之类的材料构成。因此，两个带状线221和222可以通过保护层 231 —体地附接于下部衬底230，或者可以通过焊接被附着在衬底230上。在如韩国专利 No. 742501的公报中可以容易地发现支撑层、缓冲层以及保护层。具有宽幅超导带状线的超导电缆可以提高涉及磁场的性能(诸如临界电流的大小或者传输电力的能力)，从而减少交流损失。工业实用性根据本文的实施方式，因为超导层由具有20至30的纵横比的宽幅超导带状线形成，所以带状线可以紧密地粘附于骨架并且被围绕骨架的外周缠绕。此外，可以减小邻近的带状线之间的间隙。而且，通过减少在带状线周围产生的磁场的竖直分量，可以防止根据实施方式的电缆使该电缆的效率恶化。并且本文所公开的结构可以减小整个磁场的强度，并且减小电缆的整个外径，这实现了高质量的超导电缆，使得电缆可以被有利地用于与电力传输相关的领域。虽然已经示出并描述了示例性实施方式，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离如由所附的权利要求限定的本公开内容的精神和范围的情况下，可以对实施方式进行形式和细节上的各种改变。另外，在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以对本公开内容的教导进行许多修改以适应具体情况或材料。因此，本公开内容旨在不限于作为为实施本公开内容而预期的最佳方式公开的具体的示例性实施方式，而是本公开内容将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施方式。
权利要求
1.一种具有宽幅超导带状线的超导电缆，所述超导电缆从该超导电缆的中心起包括骨架、超导层、电子绝缘层以及超导屏蔽层，其中，所述超导层被形成为围绕所述骨架的外周成螺旋形缠绕的多个超导带状线，所述超导带状线中的每一个均具有矩形横截面，并且所述超导带状线分别由其宽度与厚度的比在20至30的范围内的宽幅带状线构成。
2.根据权利要求1所述的超导电缆，其中，所述超导带状线中的每一个均是厚度为 0. 5mm或更小的一条带状线。
3.根据权利要求1所述的超导电缆，其中，所述超导带状线中的每一个均被形成为沿宽度方向并排地一体布置在衬底上的两个带状线，所述两个带状线中的每一个的厚度均为 0. 5mm或更小，并且其中，一体布置的所述两个带状线的整个宽度是该两个带状线的厚度的20至30倍。
4.一种具有宽幅超导带状线的超导电缆，所述超导电缆从该超导电缆的中心起包括骨架、超导层、电子绝缘层以及超导屏蔽层，其中，所述超导层被形成为围绕所述骨架的外周成螺旋形缠绕的多个超导带状线，所述超导带状线中的每一个均具有矩形横截面，其中，所述屏蔽层被形成为围绕所述绝缘层的外周成螺旋形缠绕的多个超导带状线， 所述超导带状线中的每一个均具有矩形横截面，并且其中，所述超导带状线分别由其宽度与厚度的比在20至30的范围内的宽幅带状线构成。
5.根据权利要求4所述的超导电缆，其中，所述超导带状线中的每一个均是厚度为 0. 5mm或更小的一条带状线。
6.根据权利要求4所述的超导电缆，其中，所述超导带状线中的每一个均被形成为沿宽度方向并排地一体布置在衬底上的两个带状线，所述两个带状线中的每一个的厚度均为 0. 5mm或更小，并且其中，一体布置的所述两个带状线的整个宽度是该两个带状线的厚度的20至30倍。
全文摘要
提供一种具有宽幅超导带状线的超导电缆。具有宽幅超导带状线的超导电缆从电缆的中心起包括骨架、超导层、电子绝缘层和超导屏蔽层。超导层形成为围绕骨架的外周成螺旋形缠绕的多个超导带状线，带状线中的每个均具有矩形横截面。此外，带状线分别由其宽度与厚度的比在20至30的范围内的宽幅带状线构成。根据本发明的实施方式，因为超导层由具有20至30的纵横比的宽幅超导带状线形成，所以带状线可以紧密地粘附于骨架并且围绕骨架的外周缠绕。此外，可以减小邻近的带状线之间的间隙。而且，通过减少在带状线周围产生的磁场的竖直分量，根据实施方式的电缆可以防止电缆的效率恶化。本发明所公开的结构可以减小整个磁场的强度，并且减小电缆的整个外径。
文档编号H01B12/02GK102197443SQ200980142079
公开日2011年9月21日 申请日期2009年5月28日 优先权日2008年10月31日
发明者崔彰烈, 张铉万, 李秀吉, 金春东 申请人:Ls电线有限公司