專利名稱：超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。具體地說，本發(fā)明提供一種適用于高溫超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子。該轉(zhuǎn)子或定子在超導(dǎo)勵(lì)磁線圈與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的安裝架之間具有高強(qiáng)度和低導(dǎo)熱性。
背景技術(shù)：
電機(jī)通常包括安裝成圍繞協(xié)同操作的定子旋轉(zhuǎn)或在協(xié)同操作的定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的圓筒形轉(zhuǎn)子。也就是說，電機(jī)可以具有安裝在外定子內(nèi)的大致圓筒形的內(nèi)轉(zhuǎn)子、或圍繞內(nèi)定子安裝的圓筒形外轉(zhuǎn)子。在超導(dǎo)電機(jī)中，定子和/或轉(zhuǎn)子可以包括安裝在勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的多個(gè)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈，從而形成與定子或轉(zhuǎn)子中的另一個(gè)的表面大致相鄰但間隔開的表面。在這種轉(zhuǎn)子和定子的構(gòu)造中存在這樣一些必須克服的問題。首先，在操作時(shí)必須將超導(dǎo)勵(lì)磁線圈和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)保持在低溫下。相反，優(yōu)選的是保持安裝勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的安裝架盡可能地接近環(huán)境溫度，以便允許轉(zhuǎn)子或定子與在環(huán)境溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的其它裝置或部件連接。因此，需要改進(jìn)的轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)造，以便在勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的安裝架之間提供非常好的隔熱性。還需要任意這種轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)造能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩和其它應(yīng)力從勵(lì)磁線圈有效地傳遞到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的安裝架上。容易理解到，轉(zhuǎn)子或定子必須能夠承受在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能受到的所有力。這包括短路轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩是振動(dòng)型的并且通常比普通額定轉(zhuǎn)矩大許多倍。轉(zhuǎn)子或定子還必須能夠在環(huán)境溫度下進(jìn)行構(gòu)建并且隨后使得勵(lì)磁線圈冷卻到轉(zhuǎn)子和定子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所處的低溫。該冷卻步驟產(chǎn)生轉(zhuǎn)子和定子必須承受的大收縮力。因此，需要超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子能夠在超導(dǎo)勵(lì)磁線圈與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的安裝架之間提供足夠的隔熱性，并且還能夠承受在構(gòu)造和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受到的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子，該轉(zhuǎn)子或定子包括安裝架，其在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在大致環(huán)境溫度下；勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)；多個(gè)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈，其由所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)支撐并且在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在低溫下；以及至少一個(gè)連接元件，其將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)固定到所述安裝架上。優(yōu)選地，所述勵(lì)磁線圈是以本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的方式形成的高溫超導(dǎo)(HTS)線圈。然而，所述勵(lì)磁線圈還可以是低溫超導(dǎo)(LTS)線圈。所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)可以是圍繞所述安裝架或者在所述安裝架內(nèi)部形成的大致圓筒形的套筒，并且具有第一軸向端部和第二軸向端部。如果本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子大致位于并且安裝在同一電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子中的另一個(gè)的內(nèi)部，那么所述勵(lì)磁線圈可以圍繞所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的徑向外圓筒表面形成并且由所述表面支撐?？蛇x的是，如果本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子位于同一電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子中的另一個(gè)的外部并且圍繞同一電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子中的所述另一個(gè)進(jìn)行安裝，那么所述勵(lì)磁線圈可以圍繞所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的徑向內(nèi)圓筒表面形成并且由所述表面支撐。容易理解到，如果本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子是電機(jī)的徑向內(nèi)側(cè)構(gòu)件，那么所述安裝架在所述電機(jī)內(nèi)部位于中心，并且可以是在所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部套入并且固定在該勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的大致圓柱形的桿、軸或管。這種中心安裝架可以是實(shí)心的，但是優(yōu)選地為大致管形的以便使其重量最小。中心安裝架還具有按照與所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)相同的取向形成的第一端部和第二端部?？蛇x的是，如果根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子是所述電機(jī)的徑向外側(cè)構(gòu)件，那么所述安裝架將位于所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的外部，并且可以是圍繞所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)套入并安裝在該勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的大致圓筒形的管。在本發(fā)明是定子的情況下，則所述定子將在使用時(shí)保持靜止，并且所述安裝架可以具有大致圓筒形的內(nèi)表面，但是也可以形成為任意合適的形狀。為了正常地運(yùn)轉(zhuǎn)，必須將所述多個(gè)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈冷卻到合適的低溫。在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還必須將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)保持在低溫下。然而，所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)在大致環(huán)境溫度下形成，并且當(dāng)所述電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，允許所述勵(lì)磁線圈和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)升溫到大致環(huán)境溫度。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子的安裝架通常保持在大致環(huán)境操作溫度下，以便保持諸如強(qiáng)度和剛度等所需的物理特性，并且使安裝架能夠與處于環(huán)境溫度下的其它裝置連接。當(dāng)冷卻到低溫時(shí)，所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)將沿著軸向和徑向收縮。由于不使所述安裝架冷卻并且將其保持在較高的操作溫度下，根據(jù)所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)位于所述安裝架的內(nèi)部或外部，將會(huì)在所述或各個(gè)連接元件上施加收縮應(yīng)力或膨脹應(yīng)力。需要所述或各個(gè)連接元件可以承受該應(yīng)力并且繼續(xù)在延長的時(shí)間內(nèi)正常地起作用。在直徑較大的轉(zhuǎn)子或定子中，收縮應(yīng)力或膨脹應(yīng)力尤其大。優(yōu)選的是，通常通過轉(zhuǎn)子或定子的設(shè)計(jì)，尤其是通過連接元件的設(shè)計(jì)使應(yīng)力最小。優(yōu)選的是，所述或各個(gè)連接元件還設(shè)計(jì)為使得在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從所述安裝架到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的熱流動(dòng)最小。這是為了使得將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和所述勵(lì)磁線圈保持在低溫下所需的冷卻量最小。對(duì)于超導(dǎo)電機(jī)來說，使得將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和所述勵(lì)磁線圈保持在低溫下所需的冷卻量最小是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。例如，使用現(xiàn)有技術(shù)，從保持在30K溫度的部件上每秒移除I焦耳的熱量需要100瓦的功率。對(duì)冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)使該功率需求向9瓦的理論最小值減小。然而，減小被低溫冷卻的部件的任意不需要的發(fā)熱卻一直是現(xiàn)實(shí)的需要。這種發(fā)熱可以在內(nèi)部產(chǎn)生、向外部傳導(dǎo)或輻射到低溫部件中。因此，為了使通過所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和所述安裝架之間的導(dǎo)熱而產(chǎn)生的熱流動(dòng)最小，可以通過真空間隙使這兩個(gè)部件在其各自的軸向長度上充分地間隔開。此外，還優(yōu)選的是，用于將所述安裝架固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的任意連、接元件使所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的熱流動(dòng)最小。因此，所述或各個(gè)連接元件可以僅與所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)這兩者的表面的一小部分接觸。例如，優(yōu)選的是，存在多個(gè)連接元件，并且所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)僅在各自的第一軸向端部和第二軸向端部處固定在一起。于是，可以通過真空間隙使所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)在它們的軸向長度的其它部分上彼此間隔開。為了進(jìn)一步減少所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和所述安裝架之間的熱流動(dòng)，本發(fā)明的所述或各個(gè)連接元件可以由具有相對(duì)較低導(dǎo)熱率的合適材料制成。例如，所述或各個(gè)連接元件可以由碳纖維或玻璃纖維制成。優(yōu)選的是，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)將基本上僅在其各自的第一軸向端部和第二軸向端部處連接在一起。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)可以具有至少一個(gè)徑向延伸的突出部或凸緣，所述突出部或凸緣在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)被連接的每一個(gè)端部上形成。所述連接元件可以固定到形成在所述安裝架或所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的任何徑向延伸的突出部或凸緣上。
然而，應(yīng)該理解到，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子的連接元件還可以直接安裝到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的相鄰的圓筒表面上。例如，連接元件可以在第一端連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最內(nèi)者(沿徑向位于最內(nèi)的一個(gè))的外圓筒表面上，并且在第二端連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最外者(沿徑向位于最外的一個(gè))的內(nèi)圓筒表面上。此外，各個(gè)連接元件還可以在第一端直接連接到所述安裝架或所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的圓筒表面上，但是在第二端連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)的徑向延伸的突出部或凸緣上。以上述任一方式固定到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的連接元件可以具有相當(dāng)大的長度(即，是大致細(xì)長的)，并且可以圍繞所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)大致周向地延伸。可選的是，所述連接元件可以從所述安裝架大致沿徑向地延伸至所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)。在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最內(nèi)者上形成的任何突出部或凸緣可以沿著徑向向外延伸，而在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最外者上形成的任何突出部或凸緣可以沿著徑向向內(nèi)延伸。于是，所述或各個(gè)連接元件可以在第一端固定到所述安裝架的突出部或凸緣上，并且在第二端固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的突出部或凸緣上。優(yōu)選的是，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)都具有圍繞各自的第一端和第二端形成的連續(xù)的徑向延伸的凸緣。所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最內(nèi)者的各個(gè)凸緣可以沿徑向向外延伸一定距離，該距離小于所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的間隔。同樣，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最外者的各個(gè)凸緣可以徑向向內(nèi)延伸一定距離，該距離小于所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的間隔。作為另一種選擇，可以在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)上形成多個(gè)突出部；所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)上的突出部的數(shù)量與用于將這兩個(gè)部件固定在一起的連接元件的數(shù)量相等。以這樣的方式，可以將各個(gè)連接元件在兩端連接到圍繞所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)的分離的突出部上。優(yōu)選地使用多個(gè)連接元件在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的各第一軸向端部和第二軸向端部處將所述安裝架固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上。所述連接元件中的每一個(gè)可以是相當(dāng)長的桿，可以在第一端固定到所述安裝架的凸緣或突出部上，并且在第二端固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的凸緣或突出部上，從而使得所述連接元件圍繞所述轉(zhuǎn)子或所述定子大致沿著周向延伸。所述桿可以是彎曲的或者大致直線形的，并且優(yōu)選地為剛性的?？蛇x的是，所述連接元件可以從所述安裝架大致徑向地延伸至所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)。作為另一種選擇，所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和所述安裝架的任何凸緣或突出部可以在相關(guān)軸向位置上形成，從而使得各個(gè)連接元件可以在第一端固定到所述安裝架的突出部或凸緣上，并且與所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的軸線大致平行地延伸至第二端，在該第二端處連接元件固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的突出部或凸緣上。有益的是，所述連接元件可以可滑動(dòng)地或可樞轉(zhuǎn)地固定到所述安裝架和/或所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上，以便能夠在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)熱膨脹或熱收縮時(shí)進(jìn)行部分旋轉(zhuǎn)和/或滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這使得所述連接元件可以適應(yīng)所述勵(lì)磁線圈支撐 結(jié)構(gòu)的徑向和軸向熱膨脹和熱收縮，而不會(huì)過多地承受應(yīng)力。如果所述連接元件具有相當(dāng)長的長度并且圍繞所述轉(zhuǎn)子或定子大致周向地延伸，那么所述連接元件將能夠更好地承受其在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受到的任何熱收縮應(yīng)力。通常，所述連接元件越長，則它們對(duì)收縮應(yīng)力的抵抗能力就越強(qiáng)。這是因?yàn)殡S著所述連接元件的長度增加，周向連接元件的由勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的熱收縮而產(chǎn)生的彎曲度減小。所述連接元件的長度還有助于減少所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的熱流動(dòng)。所述連接元件的長度越大，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的熱流動(dòng)就越少。類似地，如果與所述連接元件的熱流動(dòng)的方向垂直的總橫截面面積減小，那么熱流動(dòng)也將減少。因此，優(yōu)選地使根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子或定子的連接元件的長度最大，并且使所述連接元件的總橫截面面積最小。然而，重要的是所述連接元件足夠堅(jiān)固，從而在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間有效地傳遞轉(zhuǎn)矩。所述連接元件還必須能夠承受它們將受到的所有其它應(yīng)力，例如大且振動(dòng)的短路轉(zhuǎn)矩。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，在根據(jù)本發(fā)明的任何轉(zhuǎn)子或定子中的連接元件的數(shù)量將取決于具體的轉(zhuǎn)子或定子的大小、設(shè)計(jì)及預(yù)期應(yīng)用。連接元件的設(shè)計(jì)和數(shù)量取決于所述連接元件將受到的應(yīng)力以及所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的熱流動(dòng)。優(yōu)選的是，連接元件是由碳纖維或玻璃纖維形成的大致直線形的桿。由于碳纖維或玻璃纖維具有相對(duì)較低的導(dǎo)熱率，重量輕并且可以形成為沿一個(gè)或者兩個(gè)方向尤其堅(jiān)固，因此碳纖維或玻璃纖維是尤其合適的。如果直線形的桿由碳纖維形成，那么優(yōu)選的是使得它們形成為沿著桿的軸向最堅(jiān)固(即，纖維布置的主方向大致沿著桿的軸向)。可選的是，優(yōu)選地所述直線形的桿形成為纖維布置的主方向使得在使用所述電機(jī)時(shí)桿的熱膨脹和熱收縮最小。由于桿可以將正轉(zhuǎn)矩和負(fù)轉(zhuǎn)矩從所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)傳遞到所述安裝架，因此將所述連接元件形成為直線形桿是尤其優(yōu)選的。所述連接元件還可以在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間提供長且低導(dǎo)熱率的路徑。如果所述連接元件圍繞所述轉(zhuǎn)子或定子大致沿著周向安裝并且具有足夠的長度來使偏轉(zhuǎn)應(yīng)力最小，那么所述連接元件還可以使由于所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的冷卻而產(chǎn)生的徑向和軸向應(yīng)力最小。當(dāng)受到張力時(shí)，形成為直線形桿的連接元件將以與拉桿大致相同的方式作用。當(dāng)受到壓力時(shí)，所述連接元件將起到撐桿的作用。為了提高所述連接元件用作撐桿并且承受壓力的能力，可以對(duì)連接元件施加預(yù)張力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解到，可以在環(huán)境溫度下組裝轉(zhuǎn)子時(shí)，或者在將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)冷卻到低溫下時(shí)，對(duì)所述連接元件施加預(yù)張力。在優(yōu)選的布置方式中，每個(gè)轉(zhuǎn)子或定子可以具有8個(gè)大致直線形的桿，以便在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的各自的第一軸向端部和第二軸向端部處將所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)固定在一起。然后可以通過真空間隙將所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)間隔開。從參照下面附圖描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例可以容易地看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。



圖I示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的剖視圖；圖2示出圖I的轉(zhuǎn)子的局部剖視圖；圖3示出連接元件的平面圖，該連接元件將圖I和圖2的轉(zhuǎn)子的安裝架的凸緣和勵(lì)磁線圈的凸緣連接起來；圖4示出在圖I至圖3的轉(zhuǎn)子中使用的單個(gè)連接元件；以及圖5示出兩個(gè)可選的連接元件。
具體實(shí)施例方式在圖I中示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子I的剖視圖。轉(zhuǎn)子I主要包括安裝架2、勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3、多個(gè)勵(lì)磁線圈4和多個(gè)連接元件5。轉(zhuǎn)子I可以按照對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的方式形成電機(jī)(未不出)的一部分。安裝架2是大致中空管形的并且具有圓筒形外表面6。安裝架2形成電機(jī)I的中心軸。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，安裝架2將維持在大致環(huán)境操作溫度下，以便維持諸如強(qiáng)度和轉(zhuǎn)矩抗力等所需的物理特性。在安裝架2的圓筒形外表面6上形成一對(duì)周向連續(xù)的沿徑向向外延伸的凸緣7。各個(gè)凸緣7從安裝架2沿徑向向外延伸一定距離，該距離小于安裝架2的外表面6與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的徑向內(nèi)表面之間的徑向間隔?？梢栽趫D2中最清楚地看出這一點(diǎn)。勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3呈大致圓筒狀并且環(huán)繞地套住安裝架2，以便圍繞安裝架2的圓周與安裝架2的外表面6相距恒定的徑向間隔。多個(gè)勵(lì)磁線圈4圍繞勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的徑向外表面形成，并且由該勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的徑向外表面支撐。勵(lì)磁線圈4是高溫超導(dǎo)勵(lì)磁線圈，并且可以由任意合適的高溫超導(dǎo)材料并且按照對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的任何方式形成。在轉(zhuǎn)子處于大致環(huán)境溫度下時(shí)，將勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3和勵(lì)磁線圈4構(gòu)造并固定到安裝架2上。然而，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，以對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言非常顯而易見的方式通過冷卻系統(tǒng)(未示出)將勵(lì)磁線圈4和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3保持在合適的低溫下。在轉(zhuǎn)子I停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，允許對(duì)勵(lì)磁線圈4和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3進(jìn)行預(yù)熱。在從低溫升溫以及冷卻到低溫的過程中，勵(lì)磁線圈4和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3將經(jīng)歷顯著的熱膨脹和熱收縮。這會(huì)在連接元件5中產(chǎn)生徑向應(yīng)力和軸向應(yīng)力。勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的徑向內(nèi)表面上形成有一對(duì)周向連續(xù)的沿徑向向內(nèi)延伸的凸緣8。各個(gè)凸緣8從勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3沿徑向向內(nèi)延伸一定距離，該距離小于安裝架2的外表面6與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的徑向內(nèi)表面之間的徑向間隔。同樣，可以在圖2中最清楚地看出這一點(diǎn)。上述多個(gè)連接元件5中的每一個(gè)基本上是相同的。在圖4中示出單個(gè)連接元件。每個(gè)連接元件5形成為大致直線形的桿并且具有第一端9和第二端10。在第一端9和第二端10這兩端都設(shè)置有孔或開口 11，從而能夠?qū)⑦B接元件5安裝到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的凸緣8或安裝架2的凸緣7上。連接元件5由碳纖維形成，從而使得纖維布置的主方向沿著連接元件的軸線從第一端9延伸到第二端10。以這樣的方式，每一個(gè)連接元件5都沿著其軸線的方向最堅(jiān)固并且可以承受電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受到的力。、在圖2和圖3中可以最清楚地看出，凸緣7、8和連接元件5用于將勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3固定到安裝架2上。每個(gè)連接元件5的第一端通過螺栓12可樞轉(zhuǎn)地連接到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3的凸緣8上。類似地，每個(gè)連接元件5的第二端通過螺栓12可樞轉(zhuǎn)地連接到安裝架2的協(xié)同操作的凸緣7上。連接元件5圍繞轉(zhuǎn)子I大致沿周向延伸，并且在勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3發(fā)生熱膨脹和熱收縮時(shí)，該連接元件5可以相對(duì)于轉(zhuǎn)子I的其它部分稍微旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，圍繞每對(duì)協(xié)同操作的凸緣7、8固定8個(gè)連接元件5。如圖3所示，連接元件5可以與協(xié)同操作的凸緣7、8軸向間隔開。在安裝架2和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3之間設(shè)置圓柱形鐵芯13。在轉(zhuǎn)子I運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鐵芯13維持在環(huán)境溫度下。鐵芯13安裝到安裝架2的徑向外表面上，并且通過真空間隙與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3間隔開。如圖I至圖4所示的轉(zhuǎn)子I的構(gòu)造相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，安裝架2和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3僅通過連接元件5在協(xié)同操作的凸緣7、8處固定在一起。這使得安裝架2和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3這兩個(gè)部件之間的熱路徑的總橫截面面積最小化。每個(gè)單獨(dú)的連接元件5在其第一端9和第二端10之間具有相對(duì)較小的橫截面面積，以便進(jìn)一步減小該熱路徑。此外，連接元件5具有較長的長度并且由導(dǎo)熱率相對(duì)較低的碳纖維制成。這些因素還進(jìn)一步使勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3和安裝架2之間的熱流動(dòng)最小。連接元件5提供足夠的抗壓能力以及軸向和徑向剛度。這消除了對(duì)于任何附加軸向或徑向支撐件的需要。連接元件5和凸緣7、8還用于有效地傳遞勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3和安裝架2之間的轉(zhuǎn)矩，并且可以承受在轉(zhuǎn)子I運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受到的所有力。具體地說，連接元件5和凸緣7、8可以承受張力和壓力，例如由短路轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的強(qiáng)振動(dòng)力。當(dāng)受到張力時(shí)，連接元件5將用作拉桿，而在受到壓力時(shí)，連接元件5將用作撐桿。為了提高連接元件用作撐桿并承受壓力的能力，對(duì)連接元件5施加預(yù)張力。在環(huán)境溫度下組裝轉(zhuǎn)子時(shí)施加預(yù)張力。連接元件5的長度及其圍繞轉(zhuǎn)子I大致周向的安裝方式使連接元件5在勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)3熱膨脹和熱收縮時(shí)所受到的軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力最小。在圖5中示出兩個(gè)可選的連接元件5a、5b。連接元件5a適于用作徑向桿，以在第一端9a處直接穿過安裝架的圓筒表面進(jìn)行鎖緊，并且在第二端IOa處穿過勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的圓筒表面進(jìn)行鎖緊?？蛇x的是，連接元件5a可以用作大致軸向延伸的桿。該連接元件可以在第一端9a處固定到安裝架的凸緣或突出部上，并且在第二端IOa處固定到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的凸緣或突出部上，從而使得連接元件沿著與勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和安裝架的軸線大致平行的方向延伸。連接元件5b具有與圖4的連接元件5的第一端9或第二端10相同的第一端％，并且可以以連接元件5的上述方式固定到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)或安裝架上。連接元件5b具有與連接元件5a的第一端9a或第二端IOa相同的第二端10b，并且可以以連接元件5a的上述方式固定到勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)或安裝架上?！?br> 權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子或定子，包括 安裝架，其在所述超導(dǎo)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在大致環(huán)境溫度下； 勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)； 多個(gè)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈，其由所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)支撐并且在所述超導(dǎo)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在低溫下；以及 至少一個(gè)連接元件，其將所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)固定到所述安裝架上，所述至少一個(gè)連接元件是大致直線形的桿，所述桿具有第一端和第二端，所述第一端可樞轉(zhuǎn)地連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的一者上，所述第二端連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的另一者上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述勵(lì)磁線圈是高溫超導(dǎo)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)是圍繞所述安裝架形成的大致圓筒形的套筒，并且具有第一軸向端部和第二軸向端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述勵(lì)磁線圈圍繞所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的外圓筒表面形成并由所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的外圓筒表面支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)是在所述安裝架內(nèi)部形成的大致圓筒形的套筒，并且具有第一軸向端部和第二軸向端部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述勵(lì)磁線圈圍繞所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓筒表面形成并由所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓筒表面支撐。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架是大致管形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架具有按照與所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的第一軸向端部和第二軸向端部相同的取向形成的第一軸向端部和第二軸向端部，并且所述轉(zhuǎn)子或定子還包括多個(gè)連接元件，所述多個(gè)連接元件在所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的各自的第一軸向端部和第二軸向端部處將所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)固定到一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)在其各自的第一軸向端部和第二軸向端部之間的整個(gè)長度上通過真空間隙彼此間隔開。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最內(nèi)者具有在所述徑向最內(nèi)者的第一軸向端部和第二軸向端部形成的至少一個(gè)徑向向外延伸的突出部或凸緣，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最外者在所述徑向最外者的第一軸向端部和第二軸向端部形成至少一個(gè)徑向向內(nèi)延伸的突出部或凸緣，每個(gè)連接元件在第一端連接到所述安裝架的突出部或凸緣上，并且在第二端連接到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的協(xié)同操作的突出部或凸緣上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)都具有在其各自的第一軸向端部和第二軸向端部上形成的連續(xù)的徑向凸緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最內(nèi)者的徑向凸緣沿徑向向外延伸一定距離，該距離小于所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的徑向間隔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的徑向最外者的凸緣沿徑向向內(nèi)延伸一定距離，該距離小于所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)之間的徑向間隔。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)都具有在其各自的第一軸向端部和第二軸向端部形成的多個(gè)周向間隔開的突出部，所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)上的突出部的數(shù)量與用于將所述安裝架固定到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)上的連接元件的數(shù)量相等，從而使得每個(gè)單獨(dú)的連接元件在第一端連接到所述安裝架的相應(yīng)突出部上，并且在第二端連接到所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)的相應(yīng)突出部上。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子，其中， 所述第二端可樞轉(zhuǎn)地連接到所述安裝架和所述勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)中的所述另一者上。
16.一種超導(dǎo)電機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子或定子。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子(1)或定子。所述轉(zhuǎn)子(1)包括安裝架(2)，其在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在大致環(huán)境溫度下；以及勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)(3)。多個(gè)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈(4)由勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)(3)支撐并且在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持在低溫下。至少一個(gè)連接元件(5)用于將勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)(3)固定到安裝架(2)上。優(yōu)選的是，在勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)和安裝架的第一軸向端部和第二軸向端部，使用多個(gè)大致周向延伸的連接元件(5)將勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)(3)固定到安裝架(2)上，從而使得安裝架和勵(lì)磁線圈支撐結(jié)構(gòu)在其軸向長度上通過真空間隙充分地間隔開。
文檔編號(hào)H02K55/04GK102723850SQ201210113620
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月25日
發(fā)明者格雷厄姆·勒弗萊姆, 約瑟夫·尤金 申請(qǐng)人:科孚德機(jī)電技術(shù)有限公司