柔性的高压电缆
专利汇可以提供柔性的高压电缆专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种把高 电压 从高压电源传送到需要高电压操作的机器或仪器部件(例如，用于医学或工业应用的 X射线 源、离子 加速 器或医学、工业或科学仪器的相似部件)的柔性 电缆 。这种电缆包括由至少一根核心导体组成的电缆芯、至少一个裹住电缆芯的内部绝缘层(内部绝缘层由交联的极低 密度 聚乙烯材料组成)、在内部绝缘层周围的传导性的屏蔽层和外部的绝缘 套管 。依照一个实施方案，极低密度聚乙烯材料还包括用来促进交联的 硅 烷材料。依照另一方面，极低密度聚乙烯材料可以有小于3，优选小于大约2.3的 介电常数 。，下面是柔性的高压电缆专利的具体信息内容。
1.一种用来把高电压从高压电源传送到需要高电压操作的仪 器部件的柔性电缆，其中包括：
传导性的电缆芯；
裹住电缆芯的绝缘层，绝缘层包括交联的极低密度聚乙 烯材料；
在内部绝缘层周围的传导性的屏蔽层；以及
外部的绝缘套管。
2.根据权利要求1的柔性电缆，其中绝缘层进一步包含硅烷材 料。
3.根据权利要求1的柔性电缆，其中绝缘层有小于大约3的介电 常数。
4.根据权利要求3的柔性电缆，其中绝缘层有小于大约2.3的介 电常数。
5.根据权利要求1的柔性电缆，其中极低密度聚乙烯材料的密 度小于大约0.90g/cm3。
6.根据权利要求5的柔性电缆，其中极低密度聚乙烯材料的密 度小于大约0.88g/cm3。
7.根据权利要求1的柔性电缆，其中电缆有小于或等于大约三 倍电缆直径的最小弯曲半径。
8.根据权利要求1的柔性电缆，其中绝缘层包括至少大约70％的 极低密度聚乙烯材料。
9.根据权利要求1的柔性电缆，进一步包括：
与柔性电缆的一端电耦合的仪器部件。
10.根据权利要求9的柔性电缆，其中仪器部件包括X射线发生 器。
11.一种用来把高电压递送给仪器部件的系统，其中包括：
仪器部件；以及
具有第一端和第二端的柔性电缆，第一端与仪器部件电 耦合，而第二端适合与高压电源电耦合，柔性电缆包括：
传导性的电缆芯；
裹住电缆芯围住的绝缘层，绝缘层包括交联的极低密度 聚乙烯材料；
在内部绝缘层周围的传导性的屏蔽层；和
外部的绝缘套管。
12.根据权利要求11的系统，其中仪器部件包括X射线发生器。
13.根据权利要求11的系统，其中仪器部件包括离子加速器。
14.根据权利要求11的系统，进一步包括与电缆的第二端电耦合 的高压电源。
15.一种把来自高压电源的高电压递送给需要高电压操作的仪 器部件的方法，包括：
提供有第一端和第二端的柔性的电缆，第一端与仪器部 件电耦合，第二端与高压电源电耦合，柔性电缆包括：传导 性的电缆芯；裹住电缆芯的绝缘层，绝缘层包括交联的极低 密度聚乙烯材料；在内部的绝缘层周围的传导性的屏蔽层；和
外部的绝缘套管；以及
把来自高压电源的高电压通过柔性电缆传送到仪器部 件。
16.一种制造柔性电缆的方法，包括：
提供传导性的电缆芯；
在电缆芯上形成绝缘层，绝缘层包括交联的极低密度聚 乙烯材料；
在绝缘层上提供传导性的屏蔽层；以及
在传导性的屏蔽层上提供绝缘套管。
17.根据权利要求16的方法，进一步包括使极低密度聚乙烯材料 交联。
18.根据权利要求17的方法，进一步包括把硅烷材料引进到极低 密度聚乙烯材料之中，以促进交联步骤。
19.根据权利要求17的方法，其中交联是在温暖又潮湿的环境中 完成的。
20.根据权利要求17的方法，进一步包括在电缆芯上挤制极低密 度聚乙烯材料，然后把电缆芯引进温暖又潮湿的环境，以促 进极低密度聚乙烯材料的交联。
21.根据权利要求20的方法，其中把电缆芯引进温暖潮湿环境的 步骤包括把在电缆芯浸没在温度介于60℃和80℃之间的热 水浴之中。
22.根据权利要求16的方法，其中交联的绝缘层的凝胶含量介于 大约65％和75％之间。
本发明的现有技术
医学仪器、工业设备和科学仪器的很多部件需要递送来自外 部高压电源的高电压。为了递送这些高电压，专用的高压电缆(例 如，以内部电场大于大约4000V/mm为特色的电缆)已经为这个目 的被研制出来。一般地说，高压电缆以良好的绝缘特性为特征是 符合需要的。同时，电缆拥有足以在高压电源和仪器部件之间的 路径中维持弯曲和翻转以及在操作期间允许电缆弯曲的柔性往 往也是需要的。
传统上，柔性的高压电缆已经采用由诸如乙丙橡胶(EPR)或 乙烯-丙稀-二烯单体(EPDM)之类的橡胶弹性体材料制成的内部 绝缘材料。这些材料为电缆提供良好的柔性。然而，这些橡胶绝 缘的一个缺点是它们难以生产和成本高。制造这些橡胶绝缘通常 需要专用的设施和昂贵的橡胶生产设备。诸如纸和油和塑料和油 的层压制品之类其它的替代材料在生产方面也是棘手的和昂贵 的。
比较廉价的替代途径是使用传统的热塑性材料加工技术和 设备用热塑性化合物生产绝缘材料。然而，这样作的一个缺点是 传统热塑性绝缘材料相对于橡胶绝缘体是非常僵硬的。因此，传 统的热塑性绝缘对于柔性的高压电缆是不理想的。
本发明的概述
本发明涉及用来把高电压从高压电源传送到需要高电压操 作的机器或仪器部件(例如，用于医学或工业应用的X射线源、 离子加速器、或医学仪器、工业设备或科学仪器的相似部件)的 柔性电缆。电缆包括由至少一根核心导体组成的电缆芯；至少一 个裹住电缆芯的内部绝缘层，内部绝缘层包括交联的极低密度聚 乙烯材料；在内部绝缘层周围的传导性的屏蔽层和外部的绝缘套 管。依照一个实施方案，极低密度聚乙烯材料还包括促进交联的 硅烷材料。依照另一方面，极低密度聚乙烯材料有小于3，优选 小于大约2.3的介电常数。
本发明高压电缆使用诸如聚乙烯之类的热塑性材料作为内 部绝缘体呈现超过已知的高压电缆的得到显著改善的柔性。同 时，本发明的绝缘材料通常具有不逊于在高压电缆中使用的相对 介电常数通常的大约为3的传统的橡胶绝缘体的低的相对介电常 数(例如，小于3，优选小于大约2.3)。
本发明的绝缘体的低介电常数为高压电缆提供重大优势。就 高压电缆而言，低介电常数对于内部的绝缘体是需要的，因为这 将减少电缆的电容。由于电容较低，在电缆中储存的能量比较少， 这将减少起因于电缆、仪器设备或高压电源的故障的严重损害的 危险。同时，较小的电容意味着电缆电压(并因此仪器电压)能比 传统的电缆快得多地完全充放电。
此外，本发明的极低密度聚乙烯绝缘材料拥有传统的橡胶绝 缘材料的预期特性(即，高柔性)，但是不像橡胶绝缘体，它能使 用传统的热塑性材料加工和制造技术容易地低成本地制造出来。
附图简要说明
本发明上述的和其它的目的、特征和利益从下面关于在相似 的参考符号在不同的视图中处处表示同一部份的附图中举例说 明的本发明的优选实施方案的更具体的描述将变得十分明显。这 些图画不必依比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原则 上。除非另有说明，所有的份数和百分比都是按重量计算的。
图1是高压电源和机器之间的电连结的示意图，这种连接是 借助本发明的柔性高压电缆实现的；
图2是本发明的高压电缆的一个实施方案的截面图。
本发明的详细描述
本发明的优选实施方案描述如下。
图1示意地举例说明一部机器10，它可能是用于医学成像的X 射线源、离子加速器、或需要高电压操作的任何其它的医学仪器、 工业设备或科学仪器的部件。机器10借助柔性的高压电缆20电连 接到高压电源30上。一般地说，高压电缆能够在没有放电或故障 的情况下以较高的应力维持电压。同时，如图1所示，电缆20拥 有足以允许电缆在顺着从高压电源30铺设到机器10的路径铺设 的时候形成许多弯曲和转折的柔性。一方面，本发明的电缆考虑 到大约为电缆直径的3倍的最小弯曲半径。
翻到图2，本发明的高压电缆20的横截面被展示出来。在一 个实施方案中，电缆包括三根核心导体40，包括被热塑性橡胶 (TPR)或其它适当的材料的绝缘层41覆盖的两根导电材料(例如， 铜)的导体。这个实施方案还包括第三根未被绝缘的核心导体。 三根核心导体40拧在一起形成电缆芯。然而，人们将理解，各种 不同的修改方案能在电缆芯的设计中实现，而且本发明倾向于包 括有单一的核心导体或多重核心导体的电缆，其中若干导体可以 非必选地包括在这里展示的绝缘层41。
电缆芯可以被三个连续的硅烷固化的聚乙烯材料层50、60、 70覆盖，下面将予以更详细的描述。一般地说，聚乙烯层50和70 是为了提供半导体特性与碳结合的极低密度聚乙烯材料的半导 体层。层60包括起绝缘层作用的尚未与碳结合的极低密度聚乙 烯。金属屏蔽层80是在外部的半导体层70上编织的，而且在一个 实施方案中电缆被聚氯乙烯(PVC)套管90覆盖着。
现在描述制造图2的柔性高压电缆20的方法。首先，单股的 金属丝拧在一起形成每根核心导体40。然后，两根导体通过在第 一根导体上挤制TPR(或其它适当的绝缘体)的第一层41和在第二 根导体上挤制TPR(或其它适当的绝缘体)的第二层41被绝缘。然 后，两根被绝缘的导体和第三根(未绝缘的)导体拧在一起形成电 缆芯。
接下来，将包括三层极低密度聚乙烯材料50、60、70的绝缘 系统加到电缆芯上，例如，通过挤塑成形。一般地说，极低密度 聚乙烯材料是用极低密度聚乙烯材料作为它的主要成份(即，优 选大约70％以上)制成的均匀混合物。这种混合物还可以包括含量 为混合物的大约30％以下的另一种树脂。一般地说，极低密度聚 乙烯材料的密度小于大约0.90g/cm3。优选的是，极低密度聚乙烯 材料的密度小于大约0.88g/cm3。这种均匀的混合物另外包括促进 聚乙烯树脂在挤塑到电缆上之后交联的硅烷化合物的接枝。在本 发明中使用的适当的硅烷接枝的极低密度聚乙烯材料是从AEI Compounds，Ltd.，Gravesend，Kent，UK购买的。
为了生产绝缘系统的第一半导体层50，硅烷接枝的极低密度 聚乙烯半导体材料被引进适当的挤塑机，例如，在热塑性材料的 加工和制造领域中众所周知的挤塑机。然后在电缆芯上挤制这种 半导体聚乙烯混合物的第一层50。然后，通过把硅烷接枝的极低 密度聚乙烯绝缘材料引进挤塑机并且在第一层50上挤塑这种材 料来生产第二层厚的绝缘层60。第三层薄的半导体层70是通过把 硅烷接枝的极低密度聚乙烯半导体材料引进挤塑机并且在绝缘 层60上挤塑这种半导体材料生产的。
然后，通过把有挤出的聚乙烯层的电缆放在既温暖又潮湿的 环境中使聚乙烯材料交联。在优选实施方案中，电缆浸没在温度 介于大约60℃和80℃之间的热水浴中。在这种环境中，硅烷材料 促进极低密度聚乙烯材料的交联。优选的是，交联后聚乙烯绝缘 材料的凝胶含量(交联程度)介于大约65％和75％之间。
在将电缆从热水浴中取出之后，在交联的聚乙烯半导体层70 上编织金属(例如，铜)的屏蔽层80。然后，在屏蔽层80上挤出绝 缘套管90。
将交联的极低密度聚乙烯材料用于绝缘层允许生产非常柔 软的电缆，同时提供低的相对介电常数(K)。在高压电缆中使用 介电常数低的绝缘体是有利的，因为低的介电常数减少电缆中的 电容，并因此减少其中储存的能量。一般地说，本发明的交联的 极低密度聚乙烯绝缘体的相对介电常数小于大约3，优选小于大 约2.3。相对介电常数为2.3的绝缘体的运用得到电容比橡胶电缆 少大约23％的电缆。
尽管这项发明已参照其优选实施方案予以具体的展示和描 述，但是熟悉这项技术的人将理解在形式和细节方面各种不同的 变化可以在不脱离权利要求书所囊括的本发明的范围的情况下 实现。
这份申请要求其全部教导在此通过引证被并入的2002年5月 3日申请的美国专利临时申请第60/377,909号的权益。
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