超导电机的转子或定子制造技术

本发明专利技术公开一种超导电机的转子(1)或定子。所述转子(1)包括：安装架(2)，其在电机运转时保持在大致环境温度下；以及励磁线圈支撑结构(3)。多个超导励磁线圈(4)由励磁线圈支撑结构(3)支撑并且在电机运转时保持在低温下。至少一个连接元件(5)用于将励磁线圈支撑结构(3)固定到安装架(2)上。优选的是，在励磁线圈支撑结构和安装架的第一轴向端部和第二轴向端部，使用多个大致周向延伸的连接元件(5)将励磁线圈支撑结构(3)固定到安装架(2)上，从而使得安装架和励磁线圈支撑结构在其轴向长度上通过真空间隙充分地间隔开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超导旋转电机。具体地说，本专利技术提供一种适用于高温超导电机的转子或定子。该转子或定子在超导励磁线圈与励磁线圈支撑结构的安装架之间具有高强度和低导热性。
技术介绍
电机通常包括安装成围绕协同操作的定子旋转或在协同操作的定子内旋转的圆筒形转子。也就是说，电机可以具有安装在外定子内的大致圆筒形的内转子、或围绕内定子 安装的圆筒形外转子。在超导电机中，定子和/或转子可以包括安装在励磁线圈支撑结构上的多个超导励磁线圈，从而形成与定子或转子中的另一个的表面大致相邻但间隔开的表面。在这种转子和定子的构造中存在这样一些必须克服的问题。首先，在操作时必须将超导励磁线圈和励磁线圈支撑结构保持在低温下。相反，优选的是保持安装励磁线圈支撑结构的安装架尽可能地接近环境温度，以便允许转子或定子与在环境温度下运转的其它装置或部件连接。因此，需要改进的转子和定子构造，以便在励磁线圈支撑结构与励磁线圈支撑结构的安装架之间提供非常好的隔热性。还需要任意这种转子和定子构造能够将转矩和其它应力从励磁线圈有效地传递到励磁线圈支撑结构的安装架上。容易理解到，转子或定子必须能够承受在电机运转时可能受到的所有力。这包括短路转矩，该转矩是振动型的并且通常比普通额定转矩大许多倍。转子或定子还必须能够在环境温度下进行构建并且随后使得励磁线圈冷却到转子和定子运转时所处的低温。该冷却步骤产生转子和定子必须承受的大收缩力。因此，需要超导电机的转子或定子能够在超导励磁线圈与励磁线圈支撑结构的安装架之间提供足够的隔热性，并且还能够承受在构造和运转时所受到的机械应力和热应力。
技术实现思路
本专利技术提供一种超导电机的转子或定子，该转子或定子包括安装架，其在所述电机运转时保持在大致环境温度下；励磁线圈支撑结构；多个超导励磁线圈，其由所述励磁线圈支撑结构支撑并且在所述电机运转时保持在低温下；以及至少一个连接元件，其将所述励磁线圈支撑结构固定到所述安装架上。优选地，所述励磁线圈是以本领域的技术人员已知的方式形成的高温超导(HTS)线圈。然而，所述励磁线圈还可以是低温超导(LTS)线圈。所述励磁线圈支撑结构可以是围绕所述安装架或者在所述安装架内部形成的大致圆筒形的套筒，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部。如果本专利技术的转子或定子大致位于并且安装在同一电机的转子或定子中的另一个的内部，那么所述励磁线圈可以围绕所述励磁线圈支撑结构的径向外圆筒表面形成并且由所述表面支撑。可选的是，如果本专利技术的转子或定子位于同一电机的转子或定子中的另一个的外部并且围绕同一电机的转子或定子中的所述另一个进行安装，那么所述励磁线圈可以围绕所述励磁线圈支撑结构的径向内圆筒表面形成并且由所述表面支撑。容易理解到，如果本专利技术的转子或定子是电机的径向内侧构件，那么所述安装架在所述电机内部位于中心，并且可以是在所述励磁线圈支撑结构内部套入并且固定在该励磁线圈支撑结构上的大致圆柱形的杆、轴或管。这种中心安装架可以是实心的，但是优选地为大致管形的以便使其重量最小。中心安装架还具有按照与所述励磁线圈支撑结构相同的取向形成的第一端部和第二端部。 可选的是，如果根据本专利技术的转子或定子是所述电机的径向外侧构件，那么所述安装架将位于所述励磁线圈支撑结构的外部，并且可以是围绕所述励磁线圈支撑结构套入并安装在该励磁线圈支撑结构上的大致圆筒形的管。在本专利技术是定子的情况下，则所述定子将在使用时保持静止，并且所述安装架可以具有大致圆筒形的内表面，但是也可以形成为任意合适的形状。为了正常地运转，必须将所述多个超导励磁线圈冷却到合适的低温。在所述电机运转时还必须将所述励磁线圈支撑结构保持在低温下。然而，所述励磁线圈支撑结构在大致环境温度下形成，并且当所述电机不运转时，允许所述励磁线圈和所述励磁线圈支撑结构升温到大致环境温度。本专利技术的转子或定子的安装架通常保持在大致环境操作温度下，以便保持诸如强度和刚度等所需的物理特性，并且使安装架能够与处于环境温度下的其它装置连接。当冷却到低温时，所述励磁线圈支撑结构将沿着轴向和径向收缩。由于不使所述安装架冷却并且将其保持在较高的操作温度下，根据所述励磁线圈支撑结构位于所述安装架的内部或外部，将会在所述或各个连接元件上施加收缩应力或膨胀应力。需要所述或各个连接元件可以承受该应力并且继续在延长的时间内正常地起作用。在直径较大的转子或定子中，收缩应力或膨胀应力尤其大。优选的是，通常通过转子或定子的设计，尤其是通过连接元件的设计使应力最小。优选的是，所述或各个连接元件还设计为使得在所述电机运转时从所述安装架到所述励磁线圈支撑结构的热流动最小。这是为了使得将所述励磁线圈支撑结构和所述励磁线圈保持在低温下所需的冷却量最小。对于超导电机来说，使得将所述励磁线圈支撑结构和所述励磁线圈保持在低温下所需的冷却量最小是关键的设计因素。例如，使用现有技术，从保持在30K温度的部件上每秒移除I焦耳的热量需要100瓦的功率。对冷却系统的改进使该功率需求向9瓦的理论最小值减小。然而，减小被低温冷却的部件的任意不需要的发热却一直是现实的需要。这种发热可以在内部产生、向外部传导或辐射到低温部件中。因此，为了使通过所述励磁线圈支撑结构和所述安装架之间的导热而产生的热流动最小，可以通过真空间隙使这两个部件在其各自的轴向长度上充分地间隔开。此外，还优选的是，用于将所述安装架固定到所述励磁线圈支撑结构上的任意连接元件使所述安装架和所述励磁线圈支撑结构之间的热流动最小。因此，所述或各个连接元件可以仅与所述安装架和所述励磁线圈支撑结构这两者的表面的一小部分接触。例如，优选的是，存在多个连接元件，并且所述安装架和所述励磁线圈支撑结构仅在各自的第一轴向端部和第二轴向端部处固定在一起。于是，可以通过真空间隙使所述安装架和所述励磁线圈支撑结构在它们的轴向长度的其它部分上彼此间隔开。为了进一步减少所述励磁线圈支撑结构和所述安装架之间的热流动，本专利技术的所述或各个连接元件可以由具有相对较低导热率的合适材料制成。例如，所述或各个连接元件可以由碳纤维或玻璃纤维制成。优选的是，所述安装架和所述励磁线圈支撑结构将基本上仅在其各自的第一轴向端部和第二轴向端部处连接在一起。为了实现这一点，所述安装架和所述励磁线圈支撑结构可以具有至少一个径向延伸的突出部或凸缘，所述突出部或凸缘在所述安装架和所述励磁线圈支撑结构被连接的每一个端部上形成。所述连接元件可以固定到形成在所述安装架或所述励磁线圈支撑结构上的任何径向延伸的突出部或凸缘上。 然而，应该理解到，根据本专利技术的转子或定子的连接元件还可以直接安装到所述安装架和所述励磁线圈支撑结构的相邻的圆筒表面上。例如，连接元件可以在第一端连接到所述安装架和所述励磁线圈支撑结构中的径向最内者(沿径向位于最内的一个)的外圆筒表面上，并且在第二端连接到所述安装架和所述励磁线圈支撑结构中的径向最外者(沿径向位于最外的一个)的内圆筒表面上。此外，各个连接元件还可以在第一端直接连接到所述安装架或所述励磁线圈支撑结构的圆筒表面上，但是在第二端连接到所述安装架和所述励磁线圈支撑结构中的另一个的径向延伸的突出部或凸缘上。以上述任一方式固定到所述安装架和所述励磁线圈支撑结构上的连接元件可以具有相当大的长度(即，是大致细长的)，并且可以围绕所述安装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2007.10.25 GB 0721050.31.一种超导电机的转子或定子，包括 安装架，其在所述超导电机运转时保持在大致环境温度下； 励磁线圈支撑结构； 多个超导励磁线圈，其由所述励磁线圈支撑结构支撑并且在所述超导电机运转时保持在低温下；以及 至少一个连接元件，其将所述励磁线圈支撑结构固定到所述安装架上，所述至少一个连接元件在组装所述转子或定子时被施加预张力。2.根据权利要求I所述的转子或定子，其中， 所述励磁线圈是高温超导线圈。3.根据权利要求I所述的转子或定子，其中， 所述励磁线圈支撑结构是围绕所述安装架形成的大致圆筒形的套筒，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部。4.根据权利要求3所述的转子或定子，其中， 所述励磁线圈围绕所述励磁线圈支撑结构的外圆筒表面形成并由所述励磁线圈支撑结构的外圆筒表面支撑。5.根据权利要求I所述的转子或定子，其中， 所述励磁线圈支撑结构是在所述安装架内部形成的大致圆筒形的套筒，并且具有第一轴向端部和第二轴向端部。6.根据权利要求5所述的转子或定子，其中， 所述励磁线圈围绕所述励磁线圈支撑结构的内圆筒表面形成并由所述励磁线圈支撑结构的内圆筒表面支撑。7.根据权利要求I所述的转子或定子，其中， 所述安装架是大致管形的。8.根据权利要求3所述的转子或定子，其中， 所述安装架具有按照与所述励磁线圈支撑结构的第一轴向端部和第二轴向端部相同的取向形成的第一轴向端部和第二轴向端部，并且所述转子或定子还包括多个连接元件，所述多个连接元件在所述安装架和所述励磁线圈支撑结构的各自的第一轴向端部和第二轴向端部处将所述安装架和所述励磁线圈支撑结构固定到一起。9.根据权利要求8所述的转子或定子，其中， 所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·尤金，格雷厄姆·勒弗莱姆，
申请(专利权)人：科孚德机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：