專利名稱：超導(dǎo)機(jī)械中包括有齒電樞的系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，而更具體地，涉及包括
具有超導(dǎo)勵爿磁繞組(superconducting field winding)的發(fā)電機(jī)電樞和電動 才幾電才區(qū)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)電動機(jī)和發(fā)電機(jī)中的超導(dǎo)勵磁繞組產(chǎn)生超過定子中通常存 在的定子磁性齒的磁飽和的高磁場，超導(dǎo)電動機(jī)和發(fā)電機(jī)采用電樞線 圏、冷卻特征以及電樞內(nèi)的條之間非磁性齒的復(fù)雜組件以避免飽和齒
中的損耗。這些特征的使用增加了材料以及發(fā)動機(jī)和電動機(jī)裝配的成 本。
發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)示例性實(shí)施例包括發(fā)電系統(tǒng)，其包括超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，該超導(dǎo)發(fā) 電機(jī)包括電樞組件，該電樞組件包括主體部分、具有前表面和后表面 的齒部分、由主體部分和齒部分部分地限定的槽、與槽接合的電樞條 以及由齒部分部分地限定并與其前表面和后表面連通的冷卻腔。
一個(gè)備選的示例性實(shí)施例包括電動機(jī)系統(tǒng)，其包括超導(dǎo)電動機(jī)， 該超導(dǎo)電動機(jī)包括電樞組件，該電樞組件包括主體部分、具有前表面 和后表面的齒部分、由主體部分和齒部分部分地限定的槽、與槽4妄合 的電樞條以及由齒部分局部限定并與其前表面和后表面連通的冷卻 腔。
另一個(gè)備選的示例性實(shí)施例包括電裝置的電樞組件，該電樞組件 包括主體部分、具有前表面和后表面的齒部分、由主體部分和齒部分 部分地限定的槽、與槽接合的電樞條、可操作以接合該槽的槽楔部件以及由齒部分部分地限定并與前表面和后表面連通的冷卻腔。
當(dāng)參考附圖閱讀下面的具體實(shí)施方式
時(shí)，這些以及其它的特征、 方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。附圖中的相似的符號^表相似的部件， 其中
圖1示出了電裝置的一個(gè)示例性實(shí)施例的部分剖切透視圖。
圖2示出了圖1的電裝置的電樞組件的側(cè)面部分剖視圖。 圖3示出了圖1的電裝置的電樞組件的一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)面部 分剖視圖。
圖4示出了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖。
圖5示出了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)備選示例性實(shí)施例的透視圖。
圖6示出了超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的透視圖。
圖7示出了超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)備選示例性實(shí)施例的透視圖。
部件列表100電裝置
101電樞組件
103磁輒部分
105電樞部分
107轉(zhuǎn)子組件
109低溫保持器
111勵;磁線圈組件
201主體部分
203齒部分
205槽
207電樞條
209絕緣體部分212后表面
213冷卻腔
215槽楔部件
317管部件
400發(fā)電才幾系統(tǒng)
401葉片組件
403機(jī)械聯(lián)接
405超導(dǎo)發(fā)電機(jī)
407電樞組件
409轉(zhuǎn)子組件
500發(fā)電才幾系統(tǒng)
501葉片組件
503機(jī)械聯(lián)接
505超導(dǎo)發(fā)電機(jī)
507定子組件
509轉(zhuǎn)子組件
600超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)
603機(jī)械聯(lián)接
605超導(dǎo)電動才幾
607電樞組件
609轉(zhuǎn)子組件
611軸
630機(jī)械聯(lián)接
700超導(dǎo)電動片幾系統(tǒng)
703機(jī)械聯(lián)接
705超導(dǎo)電動機(jī)
707電樞組件
面
2
6709轉(zhuǎn)子組件 711 軸
具體實(shí)施例方式
在下述的詳細(xì)描述中，為了對不同實(shí)施例提供全面透徹的理解， 提出了許多具體的細(xì)節(jié)。然而，沒有這些特定細(xì)節(jié)也可以實(shí)施實(shí)施例。 在其它例子中，對公知方法、過程以及部件沒有進(jìn)行詳細(xì)描述。
而且，許多操作可能以 一種有利于理解實(shí)施例的方式描述成多個(gè) 分離的步驟。然而，描述的順序不應(yīng)該理解成暗示這些操作需要按照 它們出現(xiàn)的順序執(zhí)行，或者它們是依賴于順序的。而且，重復(fù)使用短 語"在一個(gè)實(shí)施例中，，不一定指的是同一個(gè)實(shí)施例，盡管它可以指同 一個(gè)實(shí)施例。最后，在本申請中使用的用語"包含"，"包括"，"具 有"以及相似的用語除非特別指明，否則指的是相同的意思。
使用超導(dǎo)勵磁繞組的電動機(jī)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)可能使用電樞線圏、冷 卻系統(tǒng)以及布置在電樞中的條之間的非磁性的齒的復(fù)雜組件。電樞中 的交變電流使發(fā)電機(jī)和電動機(jī)系統(tǒng)遭受損耗；這是由于金屬中感應(yīng)的 渦流和^磁性元件中的磁滯引起的，并且這些損耗隨著交流頻率的增加 而增加。超導(dǎo)勵磁繞組常產(chǎn)生超過磁性齒的飽和值的磁場，這樣，與 交變效應(yīng)結(jié)合，導(dǎo)致了高的損耗?？刹捎梅谴判札X或者將齒移除來降 低損耗，但是這將導(dǎo)致復(fù)雜的制造方法。
因此對于電系統(tǒng)而言期望的是具有一種比較-便宜的電樞組件，其 比較容易制造，并且能夠利用高度磁飽和的電樞齒組件以最小的交變 電流損耗運(yùn)行。這可通過制造具有與主石茲體相同的金屬(例如通常為 硅鋼)的齒及將該齒制造成主》茲體的延伸部來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵陲柡蜁r(shí)，齒 不再提供磁功能，因此齒可對最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和熱性能進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。
圖1示出了具有超導(dǎo)勵磁繞組的電裝置100的部分剖面透視圖。 電裝置100配置成發(fā)電機(jī)。然而，相似的裝置可被配置成電動機(jī)。電 裝置100包括具有電樞組件101的電樞部分105。電樞組件與石茲輒部分103接觸。電裝置100還包括勵;茲組件107，該應(yīng)W茲組件107包括 低溫保持器109,且該低溫保持器中具有超導(dǎo)線圈111。
電裝置100配置成使得電樞部分105圍繞勵-茲繞組107旋轉(zhuǎn)。其 它相似的實(shí)施例可配置成使得電樞部分105是靜止的，而勵磁組件107 旋轉(zhuǎn)。電裝置可接受來自原動機(jī)(未示出)的機(jī)械能以進(jìn)行發(fā)電。備選 地，電裝置IOO可配置成電動機(jī)，其接受電能，然后將電能轉(zhuǎn)化為機(jī) 械能。
圖2示出了電樞組件101的一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)面部分剖朝L 圖。電樞組件101包括主體部分201，該主體部分例如可釆用金屬薄 層制造。齒部分203與主體部分201接觸，并可例如由與主體部分201 相同的材料組成，例如層狀的硅鋼。齒部分203可為由組成主體部分 201的材料制成的延伸部。主體部分201和齒部分203部分地限定槽 205。電樞條207嵌入到接合槽205。電樞條207可通過絕緣部分209 而電絕緣。圖2示出了齒部分203的前表面211。冷卻腔213由齒部 分203部分地限定，并且在齒部分203 (未示出)的前表面211和后 表面212之間連通?？砂ú坌ú考?15以接合槽205,并可操作以 將電樞條207保持在槽205中。電樞條207可包括超導(dǎo)繞組。在運(yùn)行 中，冷卻腔213傳輸可操作以冷卻電樞組件101的冷卻空氣。
圖3示出了電樞組件101的一個(gè)備選示例性實(shí)施例的側(cè)面部分剖 視圖。在圖示的實(shí)施例中，冷卻腔213與可操作以接受液體冷卻劑的 管部件317接合。在運(yùn)行中，液體冷卻劑流過管部件317對電樞組件 101進(jìn)行冷卻。示于圖2和圖3中的實(shí)施例顯示了冷卻腔213的非限 制性實(shí)例。其它實(shí)施例可包括更多或更少數(shù)量的冷卻腔213。
圖4-7示出了具有與電樞組件101相似的電樞組件的系統(tǒng)的實(shí)施 例。參考圖4，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)400示出為包括機(jī)械地聯(lián)接到機(jī)械聯(lián) 接403上的葉片組件401(原動機(jī))。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)405包括與機(jī)械地連接 到機(jī)械聯(lián)接403上的電樞組件101相似的電樞組件407，以及勵》茲組 件409。在運(yùn)行中，葉片組件401由風(fēng)力驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。機(jī)械聯(lián)接403旋轉(zhuǎn)，并且又使電樞組件407旋轉(zhuǎn)。勵磁組件409保持靜止。超導(dǎo)發(fā)電 機(jī)405中的磁通以及電樞組件407的旋轉(zhuǎn)的相互作用產(chǎn)生了電流，該 電流能夠例如發(fā)送到電網(wǎng)中。盡管圖4中的原動才幾包括風(fēng)力葉片，但 原動機(jī)可為任何其它類型的裝置，例如可操作以輸出機(jī)械能的發(fā)動 機(jī)。
圖5示出了與(圖4中的)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)400相似的發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 500的實(shí)施例。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)500示出為包括機(jī)械地聯(lián)接到機(jī)械聯(lián) 接503上的葉片組件501 (原動機(jī))。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)505的勵磁組件509 機(jī)械地連接到機(jī)械耳關(guān)接503上。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)505包4舌電樞組件507。 在圖示的實(shí)施例中，定子組件507在運(yùn)行中保持靜止，而勵磁組件509 由從葉片組件501接收的機(jī)械能經(jīng)過機(jī)械聯(lián)接503驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。超導(dǎo)發(fā) 電機(jī)與超導(dǎo)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)400 (圖4所示)的發(fā)電相似地輸出電流。
圖6示出了超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)600的一個(gè)示例性實(shí)施例的部分剖切 透視圖。超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)600包括超導(dǎo)電動機(jī)605，該超導(dǎo)電動機(jī)605 包括與上述的電樞組件101相似的電樞組件607以及勵》茲組件609。 電樞組件607機(jī)械地聯(lián)接到機(jī)械聯(lián)接603上。在運(yùn)4亍中，超導(dǎo)電動機(jī) 605從功率源例如發(fā)電機(jī)(圖中未示出)中接收電流。電流在超導(dǎo)電 動機(jī)605中感生出》茲通，該磁通可操作以使電樞組件607旋轉(zhuǎn)。機(jī)械 聯(lián)接630旋轉(zhuǎn)，并可被連接到例如軸611上。
圖7示出了超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)700的一個(gè)示例性實(shí)施例的部分剖切 透視圖。超導(dǎo)電動機(jī)系統(tǒng)700包括具有電樞組件707和勵磁組件709 的超導(dǎo)電動機(jī)705。電樞組件707與上述的電樞組件101相似。在運(yùn) 行中，超導(dǎo)電動機(jī)705從功率源中接收電流，電流在超導(dǎo)電動才幾705 中感生出磁通。勵磁組件709旋轉(zhuǎn)，并又使得機(jī)械聯(lián)接703旋轉(zhuǎn)。機(jī) 械聯(lián)接可操作以-使例如軸711旋轉(zhuǎn)。
上述的實(shí)施例可以以低至大約10-25轉(zhuǎn)/分鐘的低速(也就是轉(zhuǎn)子 和電樞之間的相對速度)最有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。以低速運(yùn)轉(zhuǎn)的好處在于電樞 的過飽和^ 茲部分例如齒部分的交變損^i爭低了 ， 乂人而導(dǎo)致效率損失最
9小。對于電動機(jī)實(shí)施例，由于浪費(fèi)的交流電流而造成的機(jī)械輸出損失 也最小化。
本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并使得 能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何涉 及的方法。本發(fā)明可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求限定，并可包括其 它實(shí)例。如果此類其它實(shí)例的結(jié)構(gòu)要件與權(quán)利要求的書面語言描述沒 有差異，或如果它們包括的等價(jià)性結(jié)構(gòu)要件與權(quán)利要求書面語言描述 沒有實(shí)質(zhì)性的差異，則此類其它實(shí)例應(yīng)屬于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)電的系統(tǒng)，包括超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(100)，其包括電樞組件(105)，其包括主體部分(201)；具有前表面(211)和后表面(212)的齒部分(203)；由所述主體部分(201)和所述齒部分(203)部分地限定的槽(205)；接合所述槽(205)的電樞條(207)；以及由所述齒部分(203)部分地限定的冷卻腔(213)，該冷卻腔與所述前表面(211)和所述后表面(212)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述齒部分(203) 為所述主體部分(201)的延伸部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 機(jī)械地聯(lián)接到所述電樞組件(407)上的原動機(jī)(401),該原動機(jī)可操作以 使所述電樞組件(407)旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子組件(409);和機(jī)械地連接到所述轉(zhuǎn)子組件(409)上,可操作以使所述轉(zhuǎn) 子組件(409)旋轉(zhuǎn)的原動機(jī)(401)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 接合所述冷卻腔(213),可操作以輸送液體冷卻劑的管部件(317)。
6. —種電動機(jī)系統(tǒng)，包括超導(dǎo)電動機(jī)(100)，其包括 電樞組件(105),其包括 主體部分(201);具有前表面(211)和后表面(212)的齒部分(203);由所述主體部分(201)和所述齒部分(203)部分地限定的槽(205);接合所述槽(205)的電樞條(207);以及 由所述齒部分(203)部分地限定的冷卻腔(213),該 冷卻腔與所述前表面(211 )和所述后表面(212)連通。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述齒部分(203) 為所述主體部分(201)的延伸部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 機(jī)械地聯(lián)接到所述電樞組件(105)上的機(jī)械聯(lián)接(403),該機(jī)械聯(lián)接可操 作以與所述電樞組件(105)—起旋轉(zhuǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)子組件(409);和聯(lián)接到所述轉(zhuǎn)子組件(409)上,可操作以與所述轉(zhuǎn)子組件 (409)—起旋轉(zhuǎn)的機(jī)械聯(lián)接(403)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括 接合所述冷卻腔(213),可操作以輸送液體冷卻劑的管部件(317)。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)機(jī)械中包括有齒電樞的系統(tǒng)和裝置，具體而言，一種發(fā)電系統(tǒng)包括超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(100)，該超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(100)包括電樞組件(105)，該電樞組件(105)包括主體部分(201)，具有前表面(211)和后表面(212)的齒部分(203)，由主體部分(201)和齒部分(203)部分地限定的槽(205)，接合該槽(205)的電樞條(207)，以及由齒部分(203)部分地限定并與前表面(211)和后表面(212)連通的冷卻腔(213)。
文檔編號H02K3/04GK101588122SQ20091014541
公開日2009年11月25日 申請日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者E·T·拉斯卡里斯, J·W·布雷, K·H·西瓦蘇布拉馬尼亞姆, P·L·詹森 申請人:通用電氣公司