[發明專利]支撐電動機的轉子中的超導繞組的設備

有效

• 申請號: 201380040787.8
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN104508961B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: R.R.里科;R.萊克斯;T.切查克;P.斯卡塞爾
• 申請（專利權）人: 西門子能量股份有限公司
• 主分類號: H02K55/04
• 分類號: H02K55/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 曲瑩

提供了一種支撐電動機的超導繞組(61)的設備(結構)。一個或多個縱長環(74)和恰當的支撐結構(120)可布置成給超導繞組(61)提供徑向和切向支撐。縱長環可由對熱流有明顯抵抗性的材料制成。軸向延伸的基底組件(100)可布置成在縱長環的近端(76)相對于轉子芯錨定環(74)。支架(80)可構造成限定出一凹槽(82)，以接收超導繞組，并在環的遠端(78)支撐縱長環。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年7月2日提交的美國臨時專利申請61/666970的權益。

技術領域

本發明總體上涉及電動機，比如發電機、電機，更具體地說，涉及布置成支撐和熱隔離機器轉子中的超導轉子繞組的設備(例如，機械結構)。

背景技術

為了增加輸出和效率，并減小機器尺寸和重量，開發出了實際上不具有電阻的超導轉子繞組。這些繞組通常稱為高溫超導(HTS)繞組(與在較低溫度下獲得超導狀態的低溫超導材料區分開)。優選地使用高溫超導材料，因為它們的冷卻要求不太嚴格。

盡管HTS轉子繞組(線圈)對電流呈現比較低的阻抗，但是它們對機械彎曲和張應力敏感，機械彎曲和張應力會導致過早退化和繞組故障(例如，電開路)。例如，有必要在HTS轉子繞組中形成圍繞核心的彎曲部。應力在這些彎曲部處誘導出。平常的轉子扭矩、瞬態故障條件下的扭矩和瞬變磁場在轉子繞組中誘導出額外的應力。此外，HTS轉子繞組會在轉子平衡過程期間經受超速力，在發電操作期間經受臨時超速狀態。這些超速和故障狀態會明顯增加轉子繞組上的力負載而超出在正常操作狀態期間經受的負載。在HTS轉子繞組和相關支撐結構的設計時必須考慮這些操作狀態。

為了維持超導導體處于或低于它們的臨界溫度，攜帶從低溫冷卻器供給的冷卻劑的冷卻劑流路布置成鄰近或靠近繞組。典型的冷卻劑可包括液氦、液氮或液氖。在靜態和動態負載下維持超導轉子繞組和相關支撐結構的結構整體性給高溫超導電動機的發展提出了巨大的挑戰。

鑒于前述考慮，期望HTS轉子繞組由繞組支撐結構恰當地支撐，繞組支撐結構設計成承受上述正常和故障狀態操作的力、應力、應變和循環負載。此外，支撐系統應當確保繞組不會過早裂開、疲勞或破損。還期望繞組支撐結構適當地使“暖”轉子(通常在室溫以上操作)與低溫冷卻HTS超導繞組熱隔離，以維持繞組處于或低于它們的臨界溫度。

附圖說明

參考附圖在下面描述中說明本發明，附圖中：

圖1是示例轉子的示意圖，該轉子用在體現本發明各方面的超導電動機中。

圖2是沿圖1的平面3-3的截面圖。

圖3是說明示例縱長環對的等軸測試圖，縱長環在它們的相應遠端連接到支架，環可布置成給支架提供徑向和切向支撐。

圖4是進一步說明超導繞組的等軸測試圖，超導繞組可布置在支架的凹槽中。

圖5是進一步說明示例基座支撐件的等軸測試圖，基座支撐件可布置成封閉支架凹槽的底部，并可提供支撐布置在支架中的超導繞組的表面。

圖6是說明與基座支撐件相關聯的結構細節的等軸測試圖。

圖7是說明示例基底組件的前視圖，基底組件可布置成在靜態狀態或相對低速轉子操作期間支撐基座，在一個示例實施例中，基座組件可提供管狀聯接布置，以錨定縱長環的相應近端。

圖8對應于圖7的前視圖，并進一步說明在正常轉子操作期間可形成在基底組件和基座之間的間隙，這有效地降低了從轉子到超導繞組的熱傳遞。

圖9是說明多個示例基底模塊的等軸測試圖，基底模塊可彼此沿軸向互連，以形成基底組件。

圖10是說明與基底模塊相關聯的示例結構細節的等軸測試圖。