用于生产换位线缆的机器

用于生产换位线缆的机器

　　技术领域tt

　　本发明涉及用于形成换位线缆(诸如罗贝尔(Roebel)线缆)的机器，tt导线元件的弯曲最小。tt

　　背景技术tt

　　高温Tc超导体(HTS)的应用(例如，电力变压器和高电流磁体)常tt常需要高电流容量。tt

　　能够通过形成多个子导线构成的线缆获得增大的电流容量，其中，各tt个导线或子导线连续换位以使得每个子导线电磁等效，以使得平均共享电tt流并将AC损失最小化。Roebel线棒和Rutherford线缆是具有矩形横截面tt的由子导线构成的换位导线线缆构造。tt

　　美国专利7788893和7980051公开用于通过2G HTS带材缠绕出特别tt是Roebel线缆而不发生沿边缘弯曲(这会损坏HTS带材)(“第二代”或tt2G HTS导线被生产为基金属带材基底上的HTS薄膜诸如YBa2Cu3O7)的tt机器和方法。tt

　　发明内容tt

　　本发明提供一种用于由2G HTS带材缠绕成特别是Roebel线缆的改进tt的或至少可替代的机器，而没有通过沿边缘弯曲损坏带材。tt

　　广义来说在一个方面，本发明包括一种用于由多个蛇形子导线缠绕成tt换位线缆的线缆缠绕机器，其包括：tt

　　导线供应级，其运载用于每个子导线的子导线供应线轴，并被布置为tt在多个蛇形子导线从供应线轴解开并沿机器方向移动通过机器时，使得供tt应线轴围绕机器轴线移动以及将供应线轴维持在共同取向上，和tt

　　线缆形成级，其在机器方向上处于导线供应级之后，所述线缆形成级tt被布置为将子导线集合在一起并且子导线在此交错以形成换位线缆。tt

　　在一个优选的形式中，导线供应级被布置为在子导线在机器方向上移tt动通过机器时并且在以预定的共同取向保持子导线的同时，使得子导线围tt绕机器轴线以非圆形路径移动。tt

　　在一个优选的形式中，导线供应级的每个子导线供应线轴包括关联的tt回绕机构，所述关联的回绕机构被布置为在导线供应级的操作期间，以基tt本恒定张力放出子导线并且还在需要时将过量的子导线长度重新缠绕回线tt轴上。tt

　　在一个优选的形式中，导线供应级包括循环输送机，诸如，柔性输送tt机诸如链式输送机或带式输送机。输送机(线轴输送机)可以运载用于每tt个子导线的子导线供应线轴。tt

　　子导线以在子导线之间的L/n的纵向位移移动通过机器，其中L为子tt导线换位长度并且n为缠绕在所述线缆中的子导线的总数目。在一个优选tt形式中，线轴输送机运载用于每个子导线的子导线供应线轴，并且每个子tt导线以相对于从线轴输送机上紧接的先前线轴解开的子导线的L/n的正方tt向位移和以相对于从线轴输送机上紧接的后续线轴解开的子导线的-L/n的tt正方向位移从其供应线轴解开。供应线轴在线轴输送机上等距地间隔。对tt于抽出通过机器的每个子导线长度L，每个供应线轴完成机器轴线的一个tt完整轨道。供应线轴在线轴输送机移动时被相对于地面并相对于彼此保持tt在固定取向，以使得在子导线从供应线轴解开并移动通过机器时，所述子tt导线都被围绕其纵向轴线、相对于彼此保持在预定取向，即，以便不围绕tt所述子导线的纵向轴线旋转或扭转。该机器包括与将要生产的线缆中的子tt导线一样多的子导线供应线轴。tt

　　各个子导线可以是带材子导线，即，每个子导线的横跨纵向轴线的宽tt度尺寸大于垂直于宽度方向穿过纵向轴线的深度尺寸，并且将子导线保持tt在预定取向可以包括在子导线移动通过机器时，保持子导线使得所有子导tt线的宽度尺寸平行。子导线可以包括HTS子导线并且可以包括金属基底上tt的HTS层，即，包括2G HTS导线。tt

　　在一个优选形式中，线缆形成级包括位于机器轴线的任一侧上的引导tt件，在引导件之间，所有子导线被连续地集合在一起。线缆形成级还可以tt在所述引导件之后包括、或替代所述引导件包括：围绕横跨并且位于机器tt轴线的任一侧上的间隔轴线的相对辊，随后，围绕间隔的再次位于机器轴tttttt线的任一侧上的相反取向的轴线的相对辊。tt

　　广义来说在另一个方面，本发明包括一种用于由多个蛇形子导线缠绕tt成换位线缆的线缆缠绕机器，其包括：tt

　　导线供应级，其包括循环柔性输送机，所述循环柔性输送机运载用于tt每个子导线的子导线供应线轴并被布置为在多个蛇形子导线从供应线轴解tt开并在机器方向上移动通过机器时使得供应线轴围绕机器轴线移动并将供tt应线轴维持在预定的共同取向，和tt

　　线缆形成级，其在机器方向上处于导线供应级之后，所述线缆形成级tt被布置为将子导线集合在一起，子导线在此交错以形成换位线缆。tt

　　线轴输送机可以遵循非圆形路径。线轴输送机可以是柔性输送机，诸tt如链式或带式输送机。tt

　　在本说明书中，对于子导线中涉及的“蛇形”，是指子导线包括具有大tt致共同的纵向轴线的第一系列元件部分和具有大致相同的纵向轴线的第二tt系列元件部分，后一纵向轴线在基底平面中与所述第一系列元件部分的纵tt向轴线间隔开，两个系列元件部分之间具有连接部分。tt

　　对于本说明书中涉及的“包括(comprising)”是指“至少部分地由…tt构成”。当解释包括术语“包括”的本说明书和权利要求书中的每个表达时，tt还可以存在除该术语引出的那个或那些之外的特征。相关术语，如“包括tt(comprise)”和“包括(comprises)”以相同的方式解释。tt

　　如本文使用的术语“和/或”表示“和”或者“或”，或者两者。tt

　　如本文使用的，名词后面跟着“(s)”，表示该名词的复数和/或单数形tt式。tt

　　附图说明tt

　　现在进一步参考附图描述本发明，其中：tt

　　图1示出一段蛇形带材子导线；tt

　　图2A示出由十个带材子导线形成的一段Roebel线缆，并且图2B示出tt由三个带材子导线形成的一段Roebel线缆，其中每种情况下都是在图1中tt示出的类型；tt

　　图3是本发明的线缆缠绕方法和机器的示意图；tt

　　图4A-4D示意性示出在线缆缠绕方法中从4A至4D的递增步骤；tt

　　图5是本发明的线缆缠绕机器与机器方向背离的透视图；tt

　　图6是本发明的线缆缠绕机器在机器方向上的透视图；tt

　　图7是图5和图6的机器的侧视图；tt

　　图8是图5和图6的机器的俯视图；tt

　　图9是机器的导线供应级的特写透视图；tt

　　图10是机器的线缆形成级的侧视图；tt

　　图11是在机器方向上看进机器的线缆形成级的透视图；tt

　　图12是到机器的线缆形成级的入口的俯视图。tt

　　具体实施方式tt

　　图1示出一段蛇形子导线。子导线包括由较短、成角度的过渡部分或tt过渡段或者连接部分或连接段11连接的交替、相对长的平行直线部分或直tt线段9和10。直线段和过渡段的相对尺寸和形状可以根据将要生产的线缆tt的设计而变化。跨接段11可以具有弯曲形状(例如，边缘遵循正弦路径)tt而不是所示的直边缘过渡。然而，对于相同长度的跨接，更弯曲的形状将tt具有更收缩的横截面并且考虑到减少的局部电流运载容量，这是不赞成的。tt期望设计子导线的形状以使得成品线缆中的子导线之间形成有横向和纵向tt间隔，如图2所示。所示长度L为子导线的换位长度。tt

　　图2A和图2B每个都示出一短段Roebel线缆，分别由十个和三个图1tt中所示类型的缠绕的带材子导线构成。在图2B中，在20、21和22处指示tt三个子导线。在每种情况中，子导线沿着所述子导线的整个长度绕彼此缠tt绕。本发明的机器用于由图1所示类型的子导线形成这种类型的换位线缆，tt并且其中，子导线在制造期间被换位或者围绕彼此缠绕，在子导线上具有tt最小应力。通常情况下，子导线是如图所示的带材状子导线，所述子导线tt包括金属基底上的HTS薄膜。tt

　　图3示意性示出本发明的线缆缠绕机器和用于利用十五个子导线形成tt线缆的方法的一个实施例。导线供应级CSS具有十五个供应线轴31-45，tt子导线31a-45a中的每个从十五个供应线轴中的每个解开进入线缆形成级ttCFS，并且十五个供应线轴都通过移动循环线轴输送机46而运载，其中，tt在线轴输送机46循环时将线轴31-45相对于地面并相对于彼此维持在固定tt取向上的同时，循环线轴输送机46围绕箭头A指示的机器方向(纵向)移tttttt动。子导线31a-45a从供应线轴31-45解开并以相同速度向前移动通过机器。tt所有的子导线31a-45a在机器方向上移动通过机器并朝向中心轴线(本文也tt将其称为机器轴线)移动，所有子导线在中心轴线处基本同时集合在一起tt并交错以在线缆形成级CFS处形成线缆。线缆形成级CFS位于机器轴线上tt并且导线供应级CSS被定位以使得线轴输送机46的几何中心在机器轴线tt上。所形成的线缆随后被以一定速率接收到线轴66上，这保证对于围绕供tt应线轴31-45的机器轴线的每个完整轨道，长度L(换位长度，如图1所示)tt的形成线缆从CFS中抽出。tt

　　图1所示类型的蛇形子导线以在子导线31a-45a之间的L/n的纵向位移tt从线轴31-45解开，其中L是子导线换位长度并且n为缠绕在线缆中的子tt导线的总数。每个子导线从其供应线轴解开并随后与从线轴输送机46上紧tt接的先前线轴以-L/n的正方向位移解开的子导线交错并且与从线轴输送机tt上紧接的后续线轴以L/n的正方向位移解开的子导线交错。图4示出时间tt顺序4A-4D，其示出缠绕点处线的交错。由于在线轴输送机46旋转时，线tt轴31-45相对于地面并相对于彼此保持在固定取向，因此所有子导线tt31a-45a在移动通过机器时被相对于彼此、围绕所述子导线的纵向轴线保持tt在预定取向上，即，以相对于地面围绕所述子导线的纵向轴线最小程度地tt不旋转或扭转。如所述的，子导线可以为带材形式，并且线轴31-45可以tt解开带材子导线，其中子导线的宽度尺寸在子导线移动通过机器时被保持tt平行。其中子导线包括蛇形基底上的HTS层，这将避免在子导线缠绕成复tt合线缆时弯曲和潜在地损伤HTS层。tt

　　能够通过增加线轴输送机上的子导线供应线轴的数目并因此增加在缠tt绕级处缠绕在一起的子导线来缠绕由所需那么多的子导线形成的线缆。在tt优选实施例中，供应线轴等距设置在输送机上。tt

　　图5-图12详细示出线缆缠绕机器的一种优选实施例，该机器类似于上tt面参考图3描述的机器。图5-10中的许多附图标记指示图3中相似的元件。tt首先参考图5-8，该机器包括导线供应级CSS和线缆形成级(通常指示为ttCFS)，该线缆形成级被布置为将子导线集合在一起并交错子导线以形成换tt位线缆。线轴输送机包括循环链式输送机，所述循环链式输送机运载用于tt每个子导线的子导线解开线轴(即，子导线解开线轴31-45)。线轴输送机tt链条50在导线供应级CSS的框架53的顶部和底部处围绕上部链轮51和tttttt下部链轮52延伸，其中上部链轮和下部链轮每个都被安装以围绕与机器轴tt线平行的轴线旋转。导线供应级CSS还包括电动马达驱动系统54以驱动tt链轮51和链轮52中的一个或二者。对线轴输送机的驱动以及因此链条50tt和供应线轴的移动是连续的，并且在操作中，所有子导线连续不断地抽出tt通过机器到达线缆形成级CFS。tt

　　特别参考图9，每个供应线轴31-45由线轴链条50经由固定到链条50tt的托架55运载。所有托架55在链条50上彼此等距相隔。供应线轴之间的tt间距使得一次仅有一个线轴在顶部链轮和底部链轮之间过渡。每个线轴tt31-45安装在其托架55上以围绕横向于机器轴线的轴线旋转，以使得子导tt线31a-45a在机器方向上从供应线轴抽出(并且朝向机器轴线会聚)。每个tt供应线轴31-45还安装到其托架55上以使得供应线轴能够围绕平行于机器tt轴线的轴线枢转。在所示实施例中，用于每个供应线轴31-45的安装件包tt括在其托架55中的轴颈或轴承56。每个线轴被布置以在线轴在导线供应级ttCSS的一侧上升以及在另一侧下降时被定位为线轴的旋转轴线水平，并且tt在每个线轴绕过输送机线路顶部处的链轮51并绕过输送机线路底部处的链tt轮52时，使得在线轴输送机改变方向时，线轴相对于链条平滑并连续地枢tt转过180度，以使得随着线轴在线轴输送机上移动，从那个线轴解开的子tt导线的取向保持恒定(相对于其他子导线和成品线缆)。在所示实施例中，tt供应线轴从位于线轴的质心正上方的枢转点悬挂，以使得线轴总是悬挂在tt枢转点下方。具体地，输送机线路的图9右手边上的在下次绕过顶部链轮tt51时的每个供应线轴在这样做时相对于链条枢转过180度，以使得线轴的tt取向与线轴的接着在图1的左侧上的输送机线路上下降的取向相同，然后tt在供应线轴绕过底部链轮52时在相反方向上枢转回180度(在一个可替代tt实施例中，线轴输送机可以以相反方向操作)。因此，子导线31a-45a的取tt向在所述子导线解开时被维持以使得所述子导线在线缆形成期间围绕所述tt子导线的长度最小地扭转，并且以使得每个子导线的取向相对于彼此恒定。tt因此，随着子导线向前移动通过机器，所述子导线在自身围绕子导线的纵tt向轴线最小地旋转或扭转的同时围绕机器轴线旋转或沿轨道行进。在用于tt线缆生产线路的机器设置时，线轴输送机和每个供应线轴被索引以使得如tt先前描述的每个子导线相对于相邻子导线被正确地解开。tt

　　在每个供应线轴在线轴输送机上移动时，供应线轴和线缆形成级CFStttttt之间的距离变化，并且特别地，当供应线轴处于输送机线路的顶部或底部tt时，该距离处于最大值并且在供应线轴在任一侧处于输送机线路的中间时tt处于最小值。不管线轴在线轴输送机上的什么位置，在每个线轴和线缆形tt成级之间的子导线长度或跨度中维持基本恒定和类似的张力是重要的，因tt此提供回绕机构，其通过在子导线从输送机线路的顶部或底部朝向任一侧tt上的输送机线路的中心移动时，将过量子导线长度重新缠绕回供应线轴上tt来维持张力，并且在子导线从任一侧上的输送机线路的中心朝向输送机线tt路的顶部或底部移动时，增加或允许增加供应线轴的解开速度。在每个供tt应线轴31-45处，回绕机构可以包括具有张紧离合器的弹簧，其施加抵抗tt供应线轴解开的扭矩以收紧子导线中的松弛并在子导线中设置恒定的去缠tt绕张力，或可替代地，包括耦接到张紧离合器的电驱动回绕运动机构。tt

　　图10从一侧示出线缆形成级CFS，图11是在机器方向上看进线缆形tt成级的视图，并且图12是到线缆形成级的入口的俯视图。线缆形成级包括tt间隔的引导件70，所述引导件位于机器轴线的两侧上，然后第一两个相对tt辊61和62围绕横跨机器轴线并在机器轴线的两侧上的间隔的水平轴线安tt装，随后，两个相对辊63和64围绕在机器轴线的两侧上的间隔的垂直轴tt线安装，如图所示。子导线31a-45a从供应线轴31-45抽出并且在入口引导tt件70之间被连续地集合到一起成为如下文进一步所描述的图2A所示类型tt的堆叠，然后穿过辊61和62以及辊63和64之间。在机器操作期间，供tt应线轴围绕线轴输送机如所描述的运动保证子导线在子导线进入引导件70tt之前和进入引导件70时都围绕机器轴线沿轨道行进，这使得在子导线交错tt在一起以在引导件70之间形成线缆时并且在子导线进入辊61和62时，子tt导线围绕机器轴线并相对于彼此同时和连续不断地换位。图11和图12示tt出穿过引导件70之间的子导线。引导件70限定宽度减小的渐细通道，这tt逐渐将子导线集合在一起。如所描述的，由于随着子导线的解开，子导线tt相对于彼此纵向调整相位，当子导线在线缆形成级中被集合在一起时，子tt导线正确地交错以形成换位线缆。在图12中，通过示例的方式，在31a-31dtt处指示子导线。由于子导线在子导线穿过引导件70之间时围绕机器轴线沿tt轨道行进，子导线将相对于并抵靠引导件70的内表面，在一侧向上移动，tt并在另一侧向下移动。tt

　　在优选形式中，退出线缆形成级的换位线缆穿过辊68和69之间，其tttttt中辊68和69被电子地监测以测量从供应线轴抽出并通过线缆形成级CFStt的子导线的长度。形成的线缆然后从引导件辊70上的轧辊穿过并且到达收tt紧线轴66，收紧线轴66由电动马达驱动，电动马达由电子微处理器控制以tt保证线缆以与保持在如先前描述的导线供应级CSS上的供应线轴的轨道速tt率匹配的速率从机器中抽出。tt

　　收紧线轴66和线缆形成级CFS安装在框架上，该框架特别地将线缆tt形成级CFS定位在先前提到的机器轴线上。tt

　　基于微处理器的机器控制器控制对导线供应级CSS的电动马达的驱动tt并且测量轧辊68和69的旋转，从而提供对旋转收紧线轴66的电动马达的tt反馈控制。tt

　　在所示优选形式中，线轴输送机46是链式输送机，但可替代地，所述tt线轴输送机46可以包括，例如，工业级带式输送机，其运载用于供应线轴tt的合适安装件。线轴输送机遵循两个竖直间隔的链轮51和链轮52之间的tt路径，但可替代地，所述线轴输送机可以遵循两个水平间隔的链轮之间的tt路径，或类似的路径。tt

　　本发明的机器的一个优点是形成线缆的子导线的数目能够通过改变线tt轴输送机运载的供应线轴的数目而相对容易地变化以形成不同尺寸或容量tt的线缆。例如，链轮51和链轮52中的一者或两者可以被安装以竖直可移tt动，以使得线轴输送机线路的长度能够增加或减少，并且每个都运载托架tt55或等同物和供应线轴的一个或更多个单位长度的链条可以增加到线轴输tt送机链条50或从线轴输送机链条移除，从而增加或减少缠绕在线缆中的子tt导线的数目。tt

　　所述机器的优选形式被设计为用于将具有蛇形形状的子导线缠绕成ttRoebel线缆，并且其中，为HTS子导线的每个子导线包括在其上的HTStt化合物层，但是，在可替代实施例中，所述机器可以被布置为用蛇形非HTStt导线(诸如，如蛇形铜导线)缠绕线缆。tt

　　上述内容描述了包括优选形式的本发明。对于本领域技术人员明显的tt各种替代和修改旨在包括在所附权利要求限定的本发明的范围内。tt