傳導冷卻超導旋轉(zhuǎn)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，包括：制冷機；轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸具有用于適應所述制冷機的圓周孔，使得所述制冷劑與所述轉(zhuǎn)軸間隔開，所述轉(zhuǎn)軸傳遞旋轉(zhuǎn)功率；以及真空室，所述真空室的兩端具有圓周孔，所述圓周孔具有連接至所述轉(zhuǎn)軸的外表面的內(nèi)表面，使得所述真空室和所述轉(zhuǎn)軸可以一起旋轉(zhuǎn)。所述真空室包括：連接至所述制冷機的第一熱傳遞元件和第二熱傳遞元件；以及熱傳遞單元，所述熱傳遞單元通過所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件將熱量傳導至制冷機。所述真空室在用于將第一熱傳遞元件和第二熱傳遞元件和所述制冷機互連的連接部中被順序地制冷。因此，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機具有布置在其中的制冷機，以簡化外部制冷劑管路，因而通過簡化制冷劑管路并縮短制冷機和超導線材之間的距離減小熱損耗，從而實現(xiàn)傳導冷卻。
【專利說明】傳導冷卻超導旋轉(zhuǎn)機

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，更具體地涉及一種其中包括制冷機的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，以簡化外部制冷劑管路并借此減少熱損失并且縮短制冷機和超導線之間的距離以使得能夠進行傳導冷卻。

【背景技術(shù)】
[0002]總的來說，超導轉(zhuǎn)子使用發(fā)電機或馬達中的勵磁線圈中的超導體和與一種展現(xiàn)出在非常低的溫度下電阻值達到O的超導現(xiàn)象的導體相對應的超導體。在超導體中，當溫度升高時，電阻增加，且電流減小，而當溫度降低時，電阻降低且傳導良好。特別是，超導體對應于一種材料，當溫度下降到極低溫度的時候，這種材料的電阻值達到O。這里，極低溫度是指低于或者等于絕對溫度4K的一溫度范圍。在極低溫度下，熱運動的擾動很小，因此材料中的粒子的基本運動方面是清晰的。因此，極低溫度技術(shù)被應用于測量半導體或磁性物質(zhì)的材料性能。極低溫度技術(shù)的發(fā)展與超導技術(shù)有很大關聯(lián)，并且極低溫度技術(shù)被應用于廣泛的領域，例如能源、電子技術(shù)、醫(yī)學和物理學。使用超導體的發(fā)電機或馬達具有許多優(yōu)勢，包括小型化和輕便化、效率提高、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加和生產(chǎn)成本降低。
[0003]在傳統(tǒng)的超導轉(zhuǎn)子中，在外部被冷卻的制冷劑流進超導轉(zhuǎn)子，并且冷卻的制冷劑流經(jīng)超導轉(zhuǎn)子中的流道以冷卻超導轉(zhuǎn)子。傳統(tǒng)超導轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)會在形成于外部的復雜流道中產(chǎn)生熱損耗。另外，在傳統(tǒng)超導轉(zhuǎn)子中安裝有循環(huán)器和制冷劑所流經(jīng)的流道，因此其結(jié)構(gòu)復雜并且會增加故障產(chǎn)生因素。
[0004]韓國專利注冊第10-1042013號涉及一種超導轉(zhuǎn)子，即，一種冷卻結(jié)構(gòu)，用于冷卻超導馬達或發(fā)電機中的可固定元件。冷卻結(jié)構(gòu)冷卻超導轉(zhuǎn)子中的可固定元件，在超導轉(zhuǎn)子中，其可固定元件線圈被狹槽固定，且其可固定元件軛(yoke)形成在可固定線圈的外部。冷卻結(jié)構(gòu)的特征在于可固定元件線圈在朝向狹槽內(nèi)的一軸向方向上具有空間單元，使得可固定元件線圈的一部分暴露出來，且在可固定元件線圈的暴露部分和可固定元件軛之間設置有冷卻管，從而冷卻結(jié)構(gòu)同時冷卻可固定元件線圈和可固定元件軛。因此，冷卻管與可固定元件線圈和可固定元件軛兩者接觸以冷卻可固定元件線圈和可固定元件軛兩者，防止冷卻管堵塞，因為冷卻管成螺旋狀盤繞可固定元件線圈，簡化了對由具有低速高轉(zhuǎn)矩的船舶推動馬達和風力發(fā)電機產(chǎn)生的電磁力的生產(chǎn)和支持。
[0005]韓國專利公開第10-2010-0044393號涉及一種具有電樞線圈冷卻單元的超導馬達，該超導馬達包括冷卻超導勵磁線圈的轉(zhuǎn)子和形成固定住多個電樞線圈的電樞槽的可固定元件。在電樞線圈的一側(cè)附著形成冷卻通道，冷卻通道吸收電樞線圈產(chǎn)生的熱量。冷卻通道可以由不銹鋼或銅合金形成，即，比電樞線圈具有相對更大的非阻抗性并且比電樞線圈具有相對更高的導熱率的材料。因此，具有電樞線圈冷卻方法的超導馬達在電樞線圈的一側(cè)形成冷卻通道，以直接吸收由電樞線圈中的渦流所產(chǎn)生的熱量而無需經(jīng)過周圍的空氣。另外，由于冷卻通道可由相對于電樞線圈具有更大的非阻抗性和更高的導熱率的不銹鋼或銅合金構(gòu)成，并且可不受電樞線圈中生成的渦流的影響，超導馬達能將冷卻通道中生成的熱損耗減少到最低并能吸收電樞線圈產(chǎn)生的熱量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的實施方式建議提供一種其中包括制冷機的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，以通過制冷劑流道的簡化來簡化制冷劑流道和減少熱損耗。
[0008]本發(fā)明的實施方式建議提供一種傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其縮短制冷機和超導線之間的距離以實現(xiàn)傳導冷卻。
[0009]技術(shù)方案
[0010]在某些實施方式中，一種傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，包括:制冷機；轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸包括與所述制冷機間隔開以封閉所述制冷機的筒形腔，并且所述轉(zhuǎn)軸配置為傳遞旋轉(zhuǎn)功率；真空室，所述真空室包括:布置在所述轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)的筒形腔；第一熱傳遞元件和第二熱傳遞元件，所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件與所述制冷機連接；以及熱傳遞單元，所述熱傳遞單元通過所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件將熱量傳導至制冷機，其中，所述筒形腔的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)軸的外表面相連接地旋轉(zhuǎn)；以及第一冷卻單元和第二冷卻單元，所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元配置為連接所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件以及所述制冷機。
[0011 ] 在一種實施方式中，所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個可以在所述真空室中朝向第一方向和第二方向彎曲地形成，可以主要包括銅作為導體并可以冷卻所述真空室。
[0012]在一種實施方式中，所述真空室還可以包括:旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件、多個徑向輪單元、和軛單元，所述旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件與所述轉(zhuǎn)軸相連，所述多個徑向輪單元與所述旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件相連，所述軛單元與所述多個徑向輪單元連接；所述真空室還可以包括超導線材，所述超導線材被布置為朝向所述真空室中的所述軛單元的外部，并且與所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個的一側(cè)水平地間隔開，所述超導線材通過所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個被傳導冷卻，并且可以在所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元中被連續(xù)地冷卻，所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元與所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件以及所述制冷機相連。
[0013]技術(shù)效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子可以在其中包括制冷機，以通過制冷劑流道的簡化來簡化制冷劑流道并且減少熱損耗。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子可縮短制冷機和超導線之間的距離以使得能夠?qū)崿F(xiàn)傳導冷卻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子的截面圖。
[0017]圖2是例示了圖1中的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0018]圖3是例示了根據(jù)所描述的技術(shù)的示例性實施方式的制冷機的圖。
[0019]110制冷機111蓄熱器
[0020]112壓縮機113可移動馬達
[0021]114進氣閥115排出閥
[0022]116氣缸 120轉(zhuǎn)軸
[0023]130真空室131第一熱傳遞元件
[0024]132第二熱傳遞元件133旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件
[0025]134多個徑向輪單元135軛單元
[0026]136超導線材140熱傳遞單元
[0027]141第一冷卻單元 142第二冷卻單元

【具體實施方式】
[0028]附圖中所描述的實施方式和配置只是為了說明目的而不代表本發(fā)明的全部技術(shù)范圍，因此，應理解為在提交本申請時存在各種等同物和改進。盡管為了說明目的描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本領域技術(shù)人員應當理解，在不脫離如所附權(quán)利要求書中公開的本發(fā)明的范圍和精神的條件下，各種改進、增加和替換都是可能的。
[0029]在發(fā)明人合適地定義術(shù)語的概念以最好的解釋本發(fā)明的基礎上，說明書和權(quán)利要求書中的條款及用語應被理解為與本發(fā)明的技術(shù)范圍相關。
[0030]措辭“第一”和“第二”可用于指代多種組件，但組件并不局限于上述術(shù)語。這些術(shù)語將被用于將一個組件與其他組件區(qū)別開來。例如，在不違背本發(fā)明的權(quán)利的情況下，第一組件也可以被稱為第二組件，反之亦然。
[0031]當一組件被稱為被“連接至”或“鏈接至”另一個組件時，該組件可直接連接或鏈接至另一個組件，或可以在二者之間存在一個中間組件。相反地，如果一組件被稱為被“直接連接至”或“直接鏈接至”另一組件，則在二者之間不存在中間組件。
[0032]說明書中所使用的術(shù)語目的在于解釋具體的實施方式，而不在于對本公開進行限制。除非上下文中另有指示，否則單數(shù)表達也可包括復數(shù)表達。在以下說明中，措辭“包括”或“具有”將用于指代特征、數(shù)字、步驟、操作、組件、部分或者其組合，而不排除存在或增加一個或多個特征、數(shù)字、步驟、操作、組件、部分或其組合。
[0033]除非另有定義，否則本說明書中所使用的包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語的術(shù)語都具有本領域技術(shù)人員通常所理解的意思。這些術(shù)語(如常用的字典中所定義的術(shù)語)，必須基于相關技術(shù)背景來理解，且一定不能理想化地或過度地理解。
[0034]圖1是例示了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子的截面圖，并且圖2是例示了圖1中的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子的立體圖。
[0035]參考圖1，傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子100包括制冷機110、轉(zhuǎn)軸120、真空室130和熱傳遞單元140。
[0036]制冷機110包括圓柱形蓄熱器111，圓柱形蓄熱器111具有三個級和布置在外部的一壓縮機112。從第一級經(jīng)過第二級到第三級，蓄熱器111的周長減少。在一種實施方式中，壓縮機112可以使用高壓來壓縮制冷劑，且被壓縮的制冷劑可以流進蓄熱器111并在低壓下膨脹，從而，膨脹的制冷劑吸收周圍的熱量以實現(xiàn)極低溫度。
[0037]轉(zhuǎn)軸120包括筒形腔，筒形腔與制冷機110相間隔，以封閉制冷機110。在一種實施方式中，轉(zhuǎn)軸120的內(nèi)部突出部可與制冷機110的外部突出部進行組合。另外，轉(zhuǎn)軸120傳輸由外部馬達(未示出)所生成的旋轉(zhuǎn)功率。轉(zhuǎn)軸120可通過組合來旋轉(zhuǎn)制冷機110。
[0038]真空室130包括布置在兩邊的筒形腔，并且筒形腔的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)軸120的外表面相結(jié)合。在一種實施方式中，真空室130通過與轉(zhuǎn)軸120的組合與轉(zhuǎn)軸120 —起旋轉(zhuǎn)。另夕卜，真空室130的內(nèi)部可以形成為真空。在一種實施方式中，真空室130包括與制冷機110相連接的第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132、以及通過第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132將熱量傳導至制冷機110的熱傳遞單元140。第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132和制冷機110可在第一冷卻單元141和第二冷卻單元142中被連續(xù)地冷卻。在一種實施方式中，可以朝向第一方向彎曲地形成第一熱傳遞單元131，并且可以朝向第二方向彎曲地形成第二熱傳遞元件132。另外，第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132主要包括作為導體的銅并傳導熱量以冷卻真空室130。在一種實施方式中,第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132可由銅形成(在多種純金屬中，銅具有高于鐵或錳的熱導率且在高溫下不變形)，也可以使用在室溫下容易加工的無氧銅。
[0039]真空室130還包括與轉(zhuǎn)軸120連接的旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133、與旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133連接的多個徑向輪單元134以及與多個徑向輪134相連的軛單元135。在一種實施方式中，真空室130還可包括被布置在朝向真空室130中的軛單元135的外部的超導線，水平地與第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132各自的一側(cè)間隔開，并且通過第一熱傳遞兀件131和第二熱傳遞兀件132中的每一個被傳導冷卻。在一種實施方式中，旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133可以在真空室130中與轉(zhuǎn)軸120的外表面結(jié)合。多個徑向輪單元134被形成為從旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133放射狀。軛單元135可以是與多個徑向輪單元134相結(jié)合的邊緣，并且可以對應于真空室130的金屬針。在一種實施方式中，多個徑向輪單元134與旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133的兩側(cè)相結(jié)合，并且可從旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件133向外部傳遞旋轉(zhuǎn)功率，以旋轉(zhuǎn)真空室130的內(nèi)部元件。
[0040]熱傳遞單元140包括第一冷卻單元141和第二冷卻單元142。第一冷卻單元141和第二冷卻單元142分別與第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132的一側(cè)以及轉(zhuǎn)軸120中的制冷機的兩側(cè)中的一側(cè)相連接。熱傳遞單元140通過待冷卻的第一冷卻單元141和第二冷卻單元142將熱量傳導至制冷機110。
[0041]超導線136被布置在真空室130內(nèi)朝向軛單元135的外部。在合適的條件下(如，在本發(fā)明中，如低于或等于20K的極低溫度)，超導線136成為一種沒有電阻的具有最高導電性的材料?？偟膩碚f，當電流在特定材料中流動時，特定材料產(chǎn)生的熱量值為電流值的平方乘以特定的材料的電阻值，以造成能量損失，但是超導線136沒有電阻，以傳遞更大量的電流達一距離而沒有能量損失。超導線136在傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子100的效率改進中起到重要作用。在一種實施方式中，超導材料136可以與第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132中的每一個的一側(cè)水平地間隔開，并可以通過第一熱傳遞元件131和第二熱傳遞元件132中的每一個被傳導冷卻。
[0042]圖3是例示了根據(jù)所描述的技術(shù)的示例性實施方式的制冷機的圖。
[0043]參考圖3，制冷機110對應于GM(吉福徳-麥克馬洪)冷卻器并且包括蓄熱器111、壓縮機112、可移動馬達113、進氣閥114、排出閥115和氣缸116，并且總體上使用氦氣作為制冷劑。制冷機110的操作程序包括定容壓縮過程、等效壓縮過程、等壓轉(zhuǎn)換過程、等效膨脹過程和等壓轉(zhuǎn)換過程，并被用于重新冷凝氦氣或冷卻隔熱表面，如用于制造半導體的真空泵、MRI，SMES或超導發(fā)電機。在本發(fā)明中，制冷機110采用GM(吉福徳-麥克馬洪)冷卻器，但是也可以根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和作用而使用JT (焦耳-湯普森)冷卻器、布雷登冷卻器、斯特林冷卻器或脈管制冷機。
[0044]盡管實施方式通過參考其許多示例性實施方式被描述，應該理解，本領域技術(shù)人員能夠設計出落入本公開的原理的精神和范圍內(nèi)的大量其他的改進和實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，包括: 制冷機； 轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸包括與所述制冷機間隔開以封閉所述制冷機的筒形腔，并且所述轉(zhuǎn)軸配置為傳遞旋轉(zhuǎn)功率； 真空室，所述真空室包括:布置在所述轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)的筒形腔；第一熱傳遞元件和第二熱傳遞元件，所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件與所述制冷機連接；以及熱傳遞單元，所述熱傳遞單元通過所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件將熱量傳導至制冷機，其中，所述筒形腔的內(nèi)表面和所述轉(zhuǎn)軸的外表面相連接地旋轉(zhuǎn)；以及 第一冷卻單元和第二冷卻單元，所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元配置為連接所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件以及所述制冷機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其中，所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個在所述真空室中朝向第一方向和第二方向彎曲地形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其中，所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件主要包括銅作為導體并冷卻所述真空室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其中，所述真空室還包括:旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件、多個徑向輪單元、和軛單元，所述旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件與所述轉(zhuǎn)軸相連，所述多個徑向輪單元與所述旋轉(zhuǎn)功率傳遞元件相連，所述軛單元與所述多個徑向輪單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其中，所述真空室還包括超導線，所述超導線被布置為朝向所述真空室中的所述軛單元的外部，并且與所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個的一側(cè)水平地間隔開，所述超導線通過所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件中的每一個被傳導冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳導冷卻式超導轉(zhuǎn)子，其中，所述真空室在所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元中被連續(xù)地冷卻，所述第一冷卻單元和所述第二冷卻單元與所述第一熱傳遞元件和所述第二熱傳遞元件以及所述制冷機相連。
【文檔編號】H02K55/00GK104137403SQ201280070355
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月7日
【發(fā)明者】申鉉長, 金斤雄, 裵在男 申請人:現(xiàn)代重工業(yè)株式會社