用以制造用于高频的电动马达导体线的方法与流程

本公开涉及一种制造用于高频的电动马达导体线的方法。

背景技术：

1、常规的发夹(hairpin)导体(磁线(magnet wire))从挤出的金属棒料上切下、弯曲成u形绕组、并且插入到定子的芯的槽中。流过单个线导体的ac电流随着频率的增加而越来越多地将电流推向导体的表面“皮肤”。趋肤效应被定义为ac电流以不均匀方式分布在磁线内的趋势，使得电流密度在导体表面附近最大，并且随着朝向导体的中心向内移动更大深度而减小。电流趋向于避免行进通过固体导体的中心，而主要在导体的“皮肤”处在外表面和称为“趋肤深度”的水平之间流动。这种物理现象与电流的频率成正比地促进了线的ac电阻。超过98％的电流将在距表面4倍趋肤深度的层内流动。这种行为与直流电不同，直流电通常将均匀地分布在线的截面上。因此，期望找到消除ac马达中的趋肤效应的方式。

2、可将最大导体趋肤深度计算为：δmax＝2/ρμωmax

3、其中δmax是整体发夹棒的最大导体趋肤深度；ρ是线的导电材料的电阻率；ωmax是作为电机峰值操作频率的函数的最大角电流频率；并且μ＝μrμ0，其中μ0是真空磁导率，并且μr是线的导电材料的相对磁导率。

4、利兹线是用于在无线电频率下传导交流电(ac)的多股圆线。单独的非常细小的圆形磁线编织在一起，这有助于减少由高频绕组中发现的趋肤效应和邻近效应造成的ac损耗。然而，由于线之间的空洞空间过大所致，一束圆线股不会产生非常致密的导体。

5、橡树岭国家实验室(ornl)已设计出商业上可行的制造方法和材料配方以制造高性能箔基/带基超导铜(ucc)。与商用纯cu相比，这些ucc材料实现了>5％的电阻减小、>10％的载流量增加、以及>10％的强度改善。ucc制造的基本方法包括配制稳定的碳纳米管(cnt)分散体、在铜带上沉积cnt、在cnt上溅射薄铜覆层、以及热退火。

技术实现思路

1、已提出了一种用于制作导体线/棒/缆线(磁线)的方法，以改善电动马达的电导率和性能。首先将超导铜(ucc)带/箔(约25um厚)折叠、堆叠或卷起成圆柱形或立方体卷形状，且然后在外周边上用铜抑或铝对其进行包覆(clad)。在包覆之后，通过拉伸或挤出使ucc/cu或ucc/al棒进一步塑性变形，以制造具有用于电动马达应用(诸如，发夹)的几何形状和尺寸的导体线/棒/缆线。每个发夹式绕组由准直数量的细ucc/cu棒/线/缆线形成，这些棒/线/缆线被捆绑在一起成为整体棒/线/缆线导体。所预期的是，与商用纯cu相比，ucc电导体材料实现>5％的电阻减小、>10％的载流量增加、以及>10％的强度改善。

2、根据本公开的方面，一种制作导体的方法包括：将超导铜箔折叠成多层折叠式超导铜箔。用铜和铝中的一者将多层折叠式超导铜箔包覆成包覆的折叠式超导铜箔，并使包覆的折叠式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

3、根据另一方面，包覆的超导铜线、棒和缆线中的所述一者被形成为插入到电动马达的定子芯的槽中的发夹式绕组。

4、根据另一方面，超导铜箔由涂有一层对齐的碳纳米管的连续cu带制成。也可通过使用其他技术将碳纳米材料结合在cu带或cu薄片材/条带内来制作带。例如，能够使用cu-石墨烯挤出复合膜或薄片材。

5、根据另一方面，超导铜箔具有提供比铜箔更低的电阻的涂层。

6、根据另一方面，超导铜箔与铜箔进行堆叠，并且超导铜箔和铜箔中的每一者被折叠以形成多层折叠式超导铜箔。

7、根据本公开的方面，一种制作导体的方法包括：将超导铜箔堆叠成多层堆叠式超导铜箔。用铜和铝中的一者将堆叠式超导铜箔包覆成包覆的堆叠式超导铜箔。使包覆的堆叠式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

8、根据另一方面，将超导铜箔进行堆叠包括：将铜箔与超导铜箔进行堆叠以形成多层折叠式超导铜箔。

9、根据本公开的方面，一种制作导体的方法包括：将超导铜箔卷起成多层卷起式超导铜箔。用铜和铝中的一者将卷起式超导铜箔包覆成包覆的卷起式超导铜箔。使包覆的卷起式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

10、根据另一方面，将超导铜箔卷起包括：将铜箔与超导铜箔进行堆叠，并将超导铜箔与铜箔的堆叠进行卷起以形成多层卷起式超导铜箔。

11、本发明至少包括如下技术方案：

12、方案1.一种制作导体的方法，所述方法包括：

13、将超导铜箔折叠成多层折叠式超导铜箔；

14、用铜和铝中的一者将所述多层折叠式超导铜箔包覆成包覆的折叠式超导铜箔；以及

15、使所述包覆的折叠式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

16、方案2.根据方案1所述的方法，所述方法进一步包括：将包覆的超导铜线、棒和缆线中的所述一者形成为插入到电动马达定子芯的槽中的发夹式绕组。

17、方案3.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔由涂有一层对齐的碳纳米管的连续cu带制成。

18、方案4.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔包括cu膜上的碳纳米材料。

19、方案5.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔包括cu薄片材衬底，所述cu薄片材衬底是通过将碳纳米管组合在所述cu薄片材衬底的顶部上来制备的。

20、方案6.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔包括cu薄片材衬底，所述cu薄片材衬底是通过将碳纳米管组合在所述cu薄片材衬底内来制备的。

21、方案7.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔具有提供比铜箔更低的电阻的涂层。

22、方案8.根据方案1所述的方法，其中，所述超导铜箔与铜箔进行堆叠，并且所述超导铜箔和所述铜箔中的每一者被折叠以形成所述多层折叠式超导铜箔。

23、方案9.一种制作导体的方法，所述方法包括：

24、将超导铜箔堆叠成多层堆叠式超导铜箔；

25、用铜和铝中的一者将所述堆叠式超导铜箔包覆成包覆的堆叠式超导铜箔；以及

26、使所述包覆的堆叠式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

27、方案10.根据方案9所述的方法，所述方法进一步包括：将包覆的超导铜线、棒和缆线中的所述一者形成为插入到电动马达定子芯的槽中的发夹式绕组。

28、方案11.根据方案9所述的方法，其中，所述超导铜箔由涂有一层对齐的碳纳米管的连续cu带制成。

29、方案12.根据方案9所述的方法，其中，所述超导铜箔具有提供比铜箔更低的电阻的涂层。

30、方案13.根据方案9所述的方法，其中，将所述超导铜箔进行堆叠包括：将铜箔与所述超导铜箔进行堆叠以形成所述多层折叠式超导铜箔。

31、方案14.一种制作导体的方法，所述方法包括：

32、将超导铜箔卷起成多层卷起式超导铜箔；

33、用铜和铝中的一者将所述卷起式超导铜箔包覆成包覆的卷起式超导铜箔；以及

34、使所述包覆的卷起式超导铜箔塑性变形成包覆的超导铜线、棒和缆线中的一者。

35、方案15.根据方案14所述的方法，所述方法进一步包括：将包覆的超导铜线、棒和缆线中的所述一者形成为插入到电动马达定子芯的槽中的发夹式绕组。

36、方案16.根据方案14所述的方法，其中，所述超导铜箔由涂有一层对齐的碳纳米管的连续cu带制成。

37、方案17.根据方案14所述的方法，其中，所述超导铜箔具有提供比铜箔更低的电阻的涂层。

38、方案18.根据方案14所述的方法，其中，将所述超导铜箔卷起包括：将铜箔与所述超导铜箔进行堆叠，并将超导铜箔与铜箔的所述堆叠卷起以形成所述多层卷起式超导铜箔。

39、本公开的其他适用领域将从详细描述、权利要求书和附图变得显而易见。详细描述和特定示例旨在仅用于说明目的而并不旨在限制本公开的范围。