專利名稱：由編織導(dǎo)線制成的電流導(dǎo)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流導(dǎo)體，該電流導(dǎo)體由編織導(dǎo)線制成并且尤其適用于高密度電流。
背景技術(shù)：
通過(guò)編織導(dǎo)線形成的閉合輪廓橫截面的編織結(jié)構(gòu)意味著其由編織導(dǎo)線組制成，每個(gè)編織導(dǎo)線組由多個(gè)細(xì)的導(dǎo)體絞線(基礎(chǔ)導(dǎo)線)或只是單根絞線形成，其中導(dǎo)線組彼此交叉成一定角度。編織導(dǎo)線的最初的橫截面在大多數(shù)情況下呈圓形，在某些情況下呈橢圓形。通過(guò)給最初的橫截面垂直地施加壓力，制成了通常為扁平的或矩形橫截面的產(chǎn)品。制造工藝是已知的，用該制造工藝可以制得多層、扁平的編織產(chǎn)品。
在傳統(tǒng)的編織導(dǎo)線中，單獨(dú)絞線彼此不絕緣，并且絞線沿著相當(dāng)大的面積相互接觸。根據(jù)材料、基礎(chǔ)絞線的表面涂層、橫截面形狀(圓形、橢圓形或扁平)對(duì)編織導(dǎo)線進(jìn)行分類，以及在每個(gè)這樣的分類中，根據(jù)尺寸對(duì)編織導(dǎo)線進(jìn)行分類。由尺寸進(jìn)行的分類包括形狀特征數(shù)據(jù)(例如，直徑或?qū)挾群透叨?、組中單獨(dú)絞線的數(shù)量、組的數(shù)量以及在方向相反的組的交叉點(diǎn)之間縱向測(cè)得的距離。進(jìn)一步獲得的特征是整個(gè)橫截面積、每單位長(zhǎng)度的電阻、重量以及在給定的情況下允許的電流密度。
編織導(dǎo)線也形成屏蔽電纜的屏蔽護(hù)層。用作屏蔽的導(dǎo)線通常不用于傳導(dǎo)大電流；單獨(dú)的絞線的尺寸和數(shù)量?jī)H僅基于與必需的機(jī)械強(qiáng)度和屏蔽質(zhì)量相關(guān)的要求來(lái)決定。
在另一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中，編織導(dǎo)線形成由扭絞線或編織導(dǎo)線制成的大電流傳導(dǎo)電纜的外面的固定層。這種編織導(dǎo)線層的主要目的是確保機(jī)械連結(jié)，而不是傳導(dǎo)電流。
專門用于傳導(dǎo)高密度電流的編織導(dǎo)線僅發(fā)現(xiàn)在還需要導(dǎo)線柔韌性的環(huán)境下的應(yīng)用。在這種連接中，典型的應(yīng)用是將電動(dòng)車的碳刷耦合起來(lái)。出于這種目的，使用扁平橫截面形狀的編織導(dǎo)線來(lái)確保提高的柔韌性。
編織導(dǎo)線的許多其它的應(yīng)用是已知的，例如揚(yáng)聲器電纜，其中首先考慮的是高傳輸頻率和低損耗，而與給定的發(fā)熱相關(guān)的最大允許電流密度并不是必要條件。另一個(gè)例子是在醫(yī)療設(shè)備中提供柔性耦合，其中利用最大電流密度也沒(méi)有意義。
編織導(dǎo)線的許多信息可以在互聯(lián)網(wǎng)上特別是在較大的制造公司的主頁(yè)上找到。典型例子的地址是www.newenglandwire.com/braidedwire.html或www.leoni.com。
近來(lái)使用貴金屬編織的一個(gè)應(yīng)用可以在時(shí)尚領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)，其中珠寶以及其配件通過(guò)編織工藝制成。
在電氣設(shè)備中，尤其是在大電流控制系統(tǒng)的情況下，控制設(shè)備的主要電路可以承載大電流(范圍為10A到10,000A)，其中需要低內(nèi)阻和低損耗的導(dǎo)體。通常隨著具有急劇上升和下降斜坡的脈沖電流發(fā)生大電流。由于需要這樣的電流導(dǎo)體的真實(shí)形狀(沒(méi)有變形)的傳輸，所以其阻抗即使在高頻范圍內(nèi)也要適當(dāng)?shù)汀?br> 在電池充電器、電源轉(zhuǎn)換器和其它動(dòng)力電流裝置中，其中不需要兩點(diǎn)之間的連接的柔韌性，通常用匯流條來(lái)傳導(dǎo)大電流。在使用匯流條的情況下，連接只能在規(guī)定的瞬態(tài)阻抗下獲得，而且，由于實(shí)際的強(qiáng)制性的垂直導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，匯流條的長(zhǎng)度比要連接的兩點(diǎn)之間的距離大。這種情況增加了設(shè)備的尺寸，而且，它還涉及歐姆損耗比需要的要大。
為傳導(dǎo)大電流而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)導(dǎo)線允許的電流密度由多個(gè)因數(shù)決定?？赡墚a(chǎn)生的熱量?jī)H僅通過(guò)表面釋放、每給定長(zhǎng)度單元表面與直徑成比例，并且產(chǎn)生的熱損耗與橫截面成比例，而橫截面反過(guò)來(lái)又是直徑平方的函數(shù)，考慮到所述事實(shí)，因此隨著橫截面增加，允許的電流密度降低了。
給出特定橫截面，其允許電流密度可以例如針對(duì)給定的外部溫度和與環(huán)境相關(guān)的導(dǎo)體的給定溫度的增加來(lái)確定。根據(jù)已知的與絞合銅導(dǎo)體相關(guān)的允許電流密度表，在給定環(huán)境下該導(dǎo)體還配備有編織外層，在35℃外部溫度、70℃導(dǎo)體溫度時(shí)，在橫截面為2.5mm2的情況下，允許的電流密度為12A/mm2，在橫截面為50mm2的情況下，允許的電流密度只有5A/mm2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電流導(dǎo)體，其可以在類似的發(fā)熱和同樣的橫截面下，處理比傳統(tǒng)的電流導(dǎo)體明顯(有利地至少50％)更大的電流。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供所述電流導(dǎo)體的柔韌性，即確保其可以沿著兩點(diǎn)之間最短的路徑放置，并且確保與損耗相關(guān)的阻抗達(dá)到相對(duì)高頻的情況下仍可接受地保持較低。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)或假設(shè)，即在固體或編織導(dǎo)體或在扁平橫截面的編織導(dǎo)體中，由于電流只會(huì)在可以利用的橫截面的一部分中有效地流動(dòng)，因此基本平行或幾乎平行的電流路徑導(dǎo)致相互影響，該影響增加了損耗。
如果上述假設(shè)是對(duì)的，那么在適當(dāng)結(jié)構(gòu)的編織導(dǎo)線中，導(dǎo)線組或替代導(dǎo)線組的單個(gè)導(dǎo)線不得不以這樣的方式進(jìn)行引導(dǎo)，即屬于不同組的絞線應(yīng)該僅僅彼此交叉成一定角度，適宜地是成90°角或最多偏離該角度±30°，否則應(yīng)該彼此隔開(kāi)地放置。
根據(jù)確保間隔放置的解決方案，為使導(dǎo)線的相對(duì)表面彼此間隔開(kāi)，在編織導(dǎo)線中設(shè)置插入物是有利的。該插入物可以適當(dāng)?shù)爻蕡A形或橢圓形橫截面。
從電流導(dǎo)電的角度來(lái)看，將組的基礎(chǔ)絞線相互絕緣是有利的；出于這個(gè)目的，為絞線配備合適絕緣涂層，有利的是傳統(tǒng)的琺瑯絕緣。
在顯著電流密度和橫截面的情況下，隔離插入物可以是冷卻液可以通過(guò)的管。在這種情況下，插入物的壁應(yīng)該適當(dāng)?shù)乇?，而且適當(dāng)?shù)鼐哂袑?dǎo)熱性能。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的編織導(dǎo)線能夠比具有相同材料和橫截面的傳統(tǒng)編織導(dǎo)線傳導(dǎo)明顯地更大密度的電流，以及其不會(huì)使在脈沖控制期間出現(xiàn)的斜坡信號(hào)失真，而且不會(huì)造成明顯的、由頻率決定的損耗。


以下將結(jié)合附圖，通過(guò)描述典型實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明由編織導(dǎo)線制成的電流導(dǎo)體的簡(jiǎn)化的正視圖，圖2是圖1中所示的電流導(dǎo)體的側(cè)視圖，圖3是可選實(shí)施例的側(cè)視圖，以及圖4是編織細(xì)節(jié)的放大和展開(kāi)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-3所示的編織導(dǎo)線10的編織包括相互交叉成90°的組11，并由琺瑯或其它絕緣的平行、基礎(chǔ)銅絞線形成。每個(gè)組的編織線10可以每個(gè)都包括如圖所示的單個(gè)導(dǎo)體。編織導(dǎo)線10具有圓形橫截面。如圖2所示，橫截面由隔離物12填充，其可以是擠壓材料、泡沫聚乙烯、四氟乙烯或任何通常在電纜或?qū)Ь€生產(chǎn)中使用的柔韌材料。有利的是，如圖3所示，隔離物12是中空的；其空腔13適合于傳導(dǎo)冷卻液。只有在相當(dāng)大的尺寸的情況下，才要求這樣的解決方案。
圖4示出的是編織導(dǎo)線10的編織細(xì)節(jié)。編織的組11a和11b彼此交叉成90°。組11a和11b的每個(gè)均由單個(gè)導(dǎo)體絞線組成。
考慮到這樣的事實(shí)只關(guān)心流過(guò)編織導(dǎo)線10的電流，隔離物12中的結(jié)構(gòu)最多只影響冷卻條件，在相對(duì)小的直徑即小于20mm2的導(dǎo)體中，隔離物12的內(nèi)部可以容納單引線或多引線導(dǎo)體。這些導(dǎo)體可以處理弱電流信號(hào)，弱電流信號(hào)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生與編織導(dǎo)線10中出現(xiàn)的與損耗有關(guān)的熱量相當(dāng)?shù)臒崃俊?br> 在圖1所示的實(shí)際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)中，測(cè)量其外徑為3mm，基礎(chǔ)絞線是沒(méi)有絕緣的銅導(dǎo)線，由所述銅導(dǎo)線形成每組橫截面為0.25mm2的10組。所以，該例的編織導(dǎo)線10具有2.5mm2的總直徑。隔離物12是泡沫聚乙烯。在外部溫度為35℃時(shí)，50A的電流流過(guò)編織導(dǎo)線10。測(cè)量編織導(dǎo)線10的溫度，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定的溫度只是高出+3℃。所以，與溫度升高+3℃有關(guān)的電流密度為20A/mm2，其與相同橫截面有關(guān)的通常為30A的電流相比實(shí)質(zhì)上更大(大66％)。溫度增加了，然而不是35℃，而只是小于十分之一。
在另一個(gè)試驗(yàn)中，脈沖電池充電器的主電流電路由根據(jù)本發(fā)明的編織導(dǎo)線10制成。在60Ah容量的電池終端以及在運(yùn)行充電過(guò)程的控制電路的輸出端，通過(guò)多射線示波器觀察到脈沖的形狀。這兩個(gè)觀察點(diǎn)由實(shí)施例中所述的0.5m長(zhǎng)的編織導(dǎo)線10連接。通過(guò)疊加這兩個(gè)信號(hào)，即使在最陡的部分也看不到形狀偏差。編織導(dǎo)線10的發(fā)熱感覺(jué)不到；即，發(fā)熱的程度落入先前提到的3℃范圍。相反，當(dāng)編織導(dǎo)線10由相同直徑的傳統(tǒng)扭絞線取代時(shí)，電線被加熱，沿著兩個(gè)信號(hào)的上升部分，在它們的形狀之間可以觀察到明顯的偏差。
根據(jù)本發(fā)明的解決方案看來(lái)似乎證明了上述最初的假設(shè)。極顯著的電流密度的增加可以在動(dòng)力電流設(shè)備的結(jié)構(gòu)中開(kāi)辟新的前景。這種前景自身表明了尺寸和損耗的減少、組裝的簡(jiǎn)單性以及增加了的信號(hào)形狀保真度控制。制造根據(jù)本發(fā)明的編織導(dǎo)線的成本與傳統(tǒng)導(dǎo)線的制造成本相當(dāng)；而且，編織工藝是熟知的，并且易于裝備，同時(shí)，用于相同目的導(dǎo)線數(shù)量更少意味著材料的顯著節(jié)省。
權(quán)利要求
1.一種由編織導(dǎo)線制成、由成角度地相互交叉的編織組形成的電流導(dǎo)體，其特征在于，該編織物具有閉合的橫截面輪廓，并且在所述橫截面中放置隔離插入物(12)用于保護(hù)所述輪廓的形狀并用于將彼此相對(duì)的編織部分相互間隔開(kāi)；相互交叉的組(11、11a、11b)之間的交叉角為90°±30°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，每個(gè)組包含單根絞線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，每個(gè)組包含多個(gè)平行的基礎(chǔ)絞線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，所述絞線相互絕緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電流導(dǎo)體，其特征在于，所述絞線具有琺瑯絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，所述隔離插入物(12)具有圓形或橢圓形橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，所述隔離插入物(12)是具有內(nèi)腔(13)的管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電流導(dǎo)體，其特征在于，冷卻液可以穿過(guò)所述隔離插入物(12)的所述內(nèi)腔(13)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的電流導(dǎo)體，其特征在于，在所述隔離插入物(12)的所述內(nèi)腔(13)中放置一個(gè)或多個(gè)附加導(dǎo)體，只允許相對(duì)于流經(jīng)所述編織導(dǎo)線(10)的電流密度可以忽略的電流流過(guò)所述附加導(dǎo)體。
全文摘要
一種由編織導(dǎo)線制成的電流導(dǎo)體，其使用在超過(guò)10A/mm
文檔編號(hào)H01B7/42GK1918673SQ200580005021
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者安德拉斯·法扎卡斯 申請(qǐng)人:安德拉斯·法扎卡斯