一种变结构的堆叠缆线拓扑的结构

摘要

本发明公开了一种变结构的堆叠缆线拓扑及其封装方法，涉及电缆线技术领域，其中，变结构的堆叠缆线拓扑包括：多段堆叠缆线，多段堆叠缆线依次连接，每段堆叠缆线包括同等数量的多条基带，多条基带之间相互连接，多条基带中至少一条为超导带。本发明通过多段堆叠缆线依次连接形成缆线拓扑结构，其中，每段堆叠缆线中只设有超导带，或超导带和铜带的组合体以形成变结构的缆线拓扑结构，通过各区域封装的超导带数量不同，将这段缆线用于绕制线圈时，就能够使线圈整体的临界电流沿缆线长度方向上近似均匀，该变结构的堆叠缆线拓扑设计不仅可以提高线圈的磁场参数，还能最大可能地节省超导带材的用量。

权利要求

1.一种变结构的堆叠缆线拓扑的结构，其特征在于，包括：多段堆叠缆线，多段所述堆叠缆线依次连接，每段所述堆叠缆线包括同等数量的多条基带，多条所述基带之间相互连接，多条所述基带中至少一条为超导带；

多条所述基带中至少一条为铜带；

若相邻段堆叠缆线中对应层的所述基带均为超导带或铜带，相邻段的所述基带为一体成型；若相邻段堆叠缆线中对应层的所述基带分别为超导带和铜带，所述基带的连接处为焊接；

多条所述基带之间通过焊锡连接。

2.根据权利要求1所述的一种变结构的堆叠缆线拓扑的结构，其特征在于，多条所述基带之间为平铺结构。

3.根据权利要求1所述的一种变结构的堆叠缆线拓扑的结构，其特征在于，还包括封装层，所述封装层设于所述堆叠缆线的外壁。

说明书

一种变结构的堆叠缆线拓扑的结构

技术领域

[0001] 本发明涉及电缆线技术领域，更具体的说是涉及一种变结构的堆叠缆线拓扑及其封装方法。

背景技术

[0002] 二代高温超导材料(REBCO涂层导体)超导材料因其无直流电阻损耗和高传导电流密度的特性，成为了电力设备领域的研究热点，相关应用发展迅速，如超导电缆、超导储能、
超导变压器、超导限流器、超导电机等，由于其较高的上临界磁场，在强场磁体应用方面具
有巨大的优势。但由于存在较高的宽厚比，使得二代高温超导带材具有各向异性的特征，为
了获得更高的工程电流密度并且弱化各向异性，研究人员提出了许多不同类型的高温超导
缆线的拓扑结构，包括换位编织的Roble缆线、扭绞堆叠缆线(TSTC)、圆铜芯集束缆线
(CORC)等。这些缆线有各自的优势，但又有自身的缺点，其中，由于较高的工程电流密度，堆
叠缆线在强场磁体应用领域具有极大的潜力。当采用堆叠缆线绕制线圈时，其作用相当于
一个由带材绕制的局部无绝缘线圈，电流可以在缆线内部任意共享分流，提高了磁体本身
的鲁棒性。目前业界常用的堆叠缆线制备工艺是采用焊锡在215摄氏度下，直接将多根二代
高温超导带材压紧封装，当焊锡固化后就完成了堆叠缆线的制备，其中超导带材的数量可
根据堆叠缆线的厚度和带材的厚度进行组合。

[0003] 二代高温超导带材的临界电流受垂直带材的磁场影响较大，磁场越强，临界电流越低。由于强场磁体中磁场在整个空间中分布往往是不均匀的，导致在线圈磁体中超导材
料的临界电流也是分布不均匀的，此时实际运行电流主要取决于整个磁体中某个临界电流
最低的区域，即所谓短板效应。为了克服这种短板效应，则需要对现有的缆线结构进一步优
化，使得缆线绕制成的线圈在不同磁场的影响下的临界电流也能达到比较均匀的水平。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决刻蚀效率低的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种变结构的堆叠缆线拓扑及其封装方法，为了实现上述目的，本发明采用
如下技术方案：

[0005] 有鉴于此，根据本发明第一方面实施例的一种变结构的堆叠缆线拓扑，包括：多段堆叠缆线，多段所述堆叠缆线依次连接，每段所述堆叠缆线包括同等数量的多条基带，多条
所述基带之间相互连接，多条所述基带中至少一条为超导带。

[0006] 进一步地，多条所述基带中至少一条为铜带。

[0007] 进一步地，若相邻段堆叠缆线中对应层的所述基带均为超导带或铜带，相邻段的所述基带为一体成型；若相邻段堆叠缆线中对应层的所述基带分别为超导带和铜带，所述
基带的连接处为焊接。

[0008] 进一步地，多条所述基带之间通过焊锡连接。

[0009] 进一步地，多条所述基带之间为平铺结构。

[0010] 进一步地，该变结构的堆叠缆线拓扑还包括封装层，所述封装层设于所述堆叠缆线的外壁。

[0011] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种变结构的堆叠缆线拓扑，通过多段所述堆叠缆线依次连接形成缆线拓扑结构，其中，每段堆叠缆线中只
设有超导带，或超导带和铜带的组合体以形成变结构的缆线拓扑结构，通过各区域封装的
超导带数量不同，将这段缆线用于绕制线圈时，就能够使线圈整体的临界电流沿缆线长度
方向上近似均匀，该变结构的堆叠缆线拓扑设计不仅可以提高线圈的磁场参数，还能最大
可能地节省超导带材的用量。

[0012] 有鉴于此，根据本发明第二方面实施例的变结构的堆叠缆线拓扑的封装方法，具体包括以下步骤：

[0013] S10，通过有限元仿真计算分析出线圈的磁场分布；

[0014] S20，根据磁场分布确定堆叠缆线由几段组成，并确定每一段缆线中的基带层数，以及超导带的数量和铜带的数量；

[0015] S30，将缆线同一层中各段的基带形成一体结构，其中，若相邻段堆叠缆线中对应层的基带均为超导带或铜带，相邻段的基带采用一体成型结构；若相邻段堆叠缆线中对应
层的基带分别为超导带和铜带，将相邻段之间的超导带和铜带进行点焊连接；

[0016] S40，利用焊锡炉对S30中形成的多层基带进行封装，通过放线盘与导轮的配合压在一起，再穿过焊锡池，基带从150℃‑200℃的环境温度下融化的焊锡液体中穿过，从焊锡
池出来后，基带上携带的焊锡在空气中凝固形成一根完整的缆线。

[0017] 进一步地，该变结构的堆叠缆线拓扑的封装方法还包括外部封装，在焊锡炉封装形成的缆线外部利用铜或铝进行封装，形成封装层。

[0018] 该变结构的堆叠缆线拓扑的封装方法使用上述一种变结构的堆叠缆线拓扑，该变结构的堆叠缆线拓扑各部件之间的连接关系和位置关系均在上述已描述，该变结构的堆叠
缆线拓扑的封装方法所达到的技术效果在上述变结构的堆叠缆线拓扑已经描述，在此不做
赘述。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。

[0020] 图1附图为本发明提供的变结构的堆叠缆线拓扑的一种结构示意图；

[0021] 图2附图为本发明提供的变结构的堆叠缆线拓扑的另一种结构示意图；

[0022] 图3附图为本发明提供的实施例1的结构示意图；

[0023] 图4附图为本发明提供的在运行电流为135A时饼式线圈上磁力线等位线的结构示意图；

[0024] 图5附图为本发明提供的在运行电流为135A时饼式线圈上磁场强度等位线的结构示意图。

[0025] 其中：1为超导带；2为铜带；3为焊锡；4为封装层。

具体实施方式

[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 参见图1和2，一方面，本发明实施例公开了一种变结构的堆叠缆线拓扑，包括：多段堆叠缆线，多段堆叠缆线依次连接形成一根完整的缆线，每段堆叠缆线包括同等数量的
多条基带，多条基带之间相互连接，多条基带中至少一条为超导带1，超导带1为二代高温超
导材料，REBCO涂层导体，具有较高的工程电流密度，是主要的用于传输电流的导体，每一段
的基带具体包括两种方式，其一，在某一段缆线区域基带均为超导带1，其二，该段缆线区域
包括超导带1和铜带2两种材质，由超导带1和铜带2的组合体组成。

[0028] 根据本发明的一个实施例，若相邻段堆叠缆线中对应层的基带均为超导带1或铜带2，相邻段的基带为一体成型；若相邻段堆叠缆线中对应层的基带分别为超导带1和铜带
2，基带的连接处为点焊焊接，多条基带之间通过焊锡 3连接，多条基带之间为平铺结构。

[0029] 根据本发明的一个实施例，该变结构的堆叠缆线拓扑还包括封装层4，封装层4设于堆叠缆线的外壁，封装层4为铜层、铝层或其它层，优选为铜层。

[0030] 另一方面，本发明还公开了一种变结构的堆叠缆线拓扑的封装方法，具体包括以下步骤：

[0031] S10，通过有限元仿真计算分析出线圈的磁场分布；

[0032] S20，根据磁场分布确定堆叠缆线由几段组成，并确定每一段缆线中的基带层数，以及超导带1的数量和铜带2的数量；

[0033] S30，将缆线同一层中各段的基带形成一体结构，其中，若相邻段堆叠缆线中对应层的基带均为超导带1或铜带2，相邻段的基带采用一体成型结构；若相邻段堆叠缆线中对
应层的基带分别为超导带1和铜带2，将相邻段之间的超导带1和铜带2进行点焊连接；

[0034] S40，利用焊锡炉对S30中形成的多层基带进行封装，通过放线盘与导轮的配合压在一起，再穿过焊锡池，基带从150℃‑200℃的环境温度下融化的焊锡液体中穿过，优选的
环境温度为200℃，从焊锡池出来后，基带上携带的焊锡3在空气中凝固形成一根完整的缆
线。

[0035] 在另一些实施例中，该变结构的堆叠缆线拓扑的封装方法还包括外部封装，在焊锡3炉封装形成的缆线外部利用铜或铝进行封装，形成封装层4。

[0036] 实施例1

[0037] 参见图3，本实施例以三段五层式堆叠缆线对变结构的堆叠缆线拓扑进行进一步地解释说明，具体三段分别为A区域、B区域和C区域，在另一些实施例中堆叠缆线的段数和
基带的条数根据实际需求具体设置，在此不进行一一列举。

[0038] 一种变结构的堆叠缆线拓扑，包括：三段堆叠缆线，三段堆叠缆线依次连接形成一根完整的缆线，每段堆叠缆线均包括五条基带，其中，A区域包括两条超导带1和三条铜带2，
B区域包括三条超导带1和两条铜带2，C区域包括两条超导带1和三条铜带2，在本实施例中，
三段中在第一层和第五层的基带均为一体成型的超导带1，第二层和第四层的基带均为一
体成型的铜带2，第三层中的基带在A区域、B区域和C区域的基带分别为铜带2、超导带1和铜
带2，超导带1与铜带2之间采用点焊的方式进行连接，五层基带采用平铺的结构，层与层之
间的基带采用焊锡3固定连接。

[0039] 具体地，将该缆线绕制为饼式线圈，A区域的磁场强度范围 0.000274‑0.2058T，B区域的磁场强度范围0.0846‑0.2511T；C区域的磁场强度范围0.0002575‑0.2059T，在运行
电流为135A时饼式线圈上磁力线和磁场强度等位线具体参见图4和图5。

[0040] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置
而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。

[0041] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。