支撐電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中的超導(dǎo)繞組的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供了一種支撐電動(dòng)機(jī)的超導(dǎo)繞組(61)的設(shè)備(結(jié)構(gòu))。一個(gè)或多個(gè)縱長(zhǎng)環(huán)(74)和恰當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)(120)可布置成給超導(dǎo)繞組(61)提供徑向和切向支撐。縱長(zhǎng)環(huán)可由對(duì)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(zhǎng)環(huán)的近端(76)相對(duì)于轉(zhuǎn)子芯錨定環(huán)(74)。支架(80)可構(gòu)造成限定出一凹槽(82)，以接收超導(dǎo)繞組，并在環(huán)的遠(yuǎn)端(78)支撐縱長(zhǎng)環(huán)。
【專利說(shuō)明】支撐電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中的超導(dǎo)繞組的設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2012年7月2日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/666970的權(quán)益。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及電動(dòng)機(jī)，比如發(fā)電機(jī)、電機(jī)，更具體地說(shuō)，涉及布置成支撐和熱隔離機(jī)器轉(zhuǎn)子中的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子繞組的設(shè)備(例如，機(jī)械結(jié)構(gòu))。

【背景技術(shù)】
[0004]為了增加輸出和效率，并減小機(jī)器尺寸和重量，開發(fā)出了實(shí)際上不具有電阻的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子繞組。這些繞組通常稱為高溫超導(dǎo)(HTS)繞組(與在較低溫度下獲得超導(dǎo)狀態(tài)的低溫超導(dǎo)材料區(qū)分開)。優(yōu)選地使用高溫超導(dǎo)材料，因?yàn)樗鼈兊睦鋮s要求不太嚴(yán)格。
[0005]盡管HTS轉(zhuǎn)子繞組(線圈)對(duì)電流呈現(xiàn)比較低的阻抗，但是它們對(duì)機(jī)械彎曲和張應(yīng)力敏感，機(jī)械彎曲和張應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致過(guò)早退化和繞組故障(例如，電開路)。例如,有必要在HTS轉(zhuǎn)子繞組中形成圍繞核心的彎曲部。應(yīng)力在這些彎曲部處誘導(dǎo)出。平常的轉(zhuǎn)子扭矩、瞬態(tài)故障條件下的扭矩和瞬變磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中誘導(dǎo)出額外的應(yīng)力。此外，HTS轉(zhuǎn)子繞組會(huì)在轉(zhuǎn)子平衡過(guò)程期間經(jīng)受超速力，在發(fā)電操作期間經(jīng)受臨時(shí)超速狀態(tài)。這些超速和故障狀態(tài)會(huì)明顯增加轉(zhuǎn)子繞組上的力負(fù)載而超出在正常操作狀態(tài)期間經(jīng)受的負(fù)載。在HTS轉(zhuǎn)子繞組和相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這些操作狀態(tài)。
[0006]為了維持超導(dǎo)導(dǎo)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(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載下維持超導(dǎo)轉(zhuǎn)子繞組和相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)整體性給高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。
[0007]鑒于前述考慮，期望HTS轉(zhuǎn)子繞組由繞組支撐結(jié)構(gòu)恰當(dāng)?shù)刂?，繞組支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成承受上述正常和故障狀態(tài)操作的力、應(yīng)力、應(yīng)變和循環(huán)負(fù)載。此外，支撐系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)確保繞組不會(huì)過(guò)早裂開、疲勞或破損。還期望繞組支撐結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)厥埂芭鞭D(zhuǎn)子(通常在室溫以上操作)與低溫冷卻HTS超導(dǎo)繞組熱隔離，以維持繞組處于或低于它們的臨界溫度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]參考附圖在下面描述中說(shuō)明本發(fā)明，附圖中:
[0009]圖1是示例轉(zhuǎn)子的示意圖，該轉(zhuǎn)子用在體現(xiàn)本發(fā)明各方面的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)中。
[0010]圖2是沿圖1的平面3-3的截面圖。
[0011]圖3是說(shuō)明示例縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)的等軸測(cè)試圖，縱長(zhǎng)環(huán)在它們的相應(yīng)遠(yuǎn)端連接到支架，環(huán)可布置成給支架提供徑向和切向支撐。
[0012]圖4是進(jìn)一步說(shuō)明超導(dǎo)繞組的等軸測(cè)試圖，超導(dǎo)繞組可布置在支架的凹槽中。
[0013]圖5是進(jìn)一步說(shuō)明示例基座支撐件的等軸測(cè)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(dǎo)繞組的表面。
[0014]圖6是說(shuō)明與基座支撐件相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的等軸測(cè)試圖。
[0015]圖7是說(shuō)明示例基底組件的前視圖，基底組件可布置成在靜態(tài)狀態(tài)或相對(duì)低速轉(zhuǎn)子操作期間支撐基座，在一個(gè)示例實(shí)施例中，基座組件可提供管狀聯(lián)接布置，以錨定縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)近端。
[0016]圖8對(duì)應(yīng)于圖7的前視圖，并進(jìn)一步說(shuō)明在正常轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子到超導(dǎo)繞組的熱傳遞。
[0017]圖9是說(shuō)明多個(gè)示例基底模塊的等軸測(cè)試圖，基底模塊可彼此沿軸向互連，以形成基底組件。
[0018]圖10是說(shuō)明與基底模塊相關(guān)聯(lián)的示例結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的等軸測(cè)試圖。
[0019]圖11是進(jìn)一步說(shuō)明與管狀聯(lián)接器相關(guān)聯(lián)的示例凹形接頭對(duì)的等軸測(cè)試圖，管狀聯(lián)接器可由基底模塊提供。
[0020]圖12是說(shuō)明縱長(zhǎng)環(huán)和凹形接頭對(duì)的相應(yīng)近端之間的視覺簡(jiǎn)化連接布置。
[0021]圖13是說(shuō)明一些前述附圖中說(shuō)明的至少一些部件的示例組件的前視圖，各部件組合起來(lái)形成體現(xiàn)本發(fā)明各方面的繞組支撐設(shè)備，比如有效地明顯減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯到超導(dǎo)繞組的熱傳遞，同時(shí)機(jī)械地承受在機(jī)器的正常和/或故障狀態(tài)期間產(chǎn)生的力、應(yīng)力、應(yīng)變和循環(huán)負(fù)載。
[0022]圖14是用于概念化由示例縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)提供的承載負(fù)荷方面的簡(jiǎn)化自由體圖，根據(jù)本發(fā)明的各方面，縱長(zhǎng)環(huán)可允許傳遞徑向和切向負(fù)載，同時(shí)明顯減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯到超導(dǎo)繞組的傳遞。
[0023]圖15是用于概念化與本發(fā)明另一示例實(shí)施例有關(guān)的承載負(fù)載方面的簡(jiǎn)化自由體圖，其中，縱長(zhǎng)環(huán)的編組(例如兩個(gè)或更多個(gè)環(huán))可允許傳遞徑向和切向負(fù)載。
[0024]圖16是用于概念化與本發(fā)明又一示例實(shí)施例有關(guān)的承載負(fù)載方面的簡(jiǎn)化自由體圖，其中，單個(gè)縱長(zhǎng)環(huán)與恰當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)組合可允許傳遞徑向和切向負(fù)載。
[0025]圖17是說(shuō)明示例基底組件的前視圖，該基底組件適于包括恰當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)可與單個(gè)縱長(zhǎng)環(huán)結(jié)合使用，以承載離心和切向負(fù)載。

【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1示出體現(xiàn)本發(fā)明各方面的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50限定出縱向延伸軸線52 (例如，軸向方向)，并包括大致柱狀核心54以及共軸對(duì)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子端部55和57，每個(gè)轉(zhuǎn)子端部附接到核心54的端表面。核心54的材料呈現(xiàn)高磁導(dǎo)率，例如諸如鐵的鐵磁材料。
[0027]在一個(gè)示例實(shí)施例中，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50還可包括大致縱向延伸的跑道狀超導(dǎo)線圈或繞組60，大致縱向延伸的跑道狀超導(dǎo)線圈或繞組包括通過(guò)徑向延伸的繞組區(qū)段60B(例如，徑向方向)連接起來(lái)的大致線性軸向延伸的繞組區(qū)段60A，徑向延伸的繞組區(qū)段例如可延伸通過(guò)布置在轉(zhuǎn)子50的相應(yīng)端部55和57處的相應(yīng)間隔件55A和57A。應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面并不限于跑道狀繞組構(gòu)造。應(yīng)明白，可以使用諸如鞍狀構(gòu)造的其它繞組構(gòu)造以及可包含多個(gè)繞組的其它構(gòu)造。
[0028]在一個(gè)示例實(shí)施例中，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50可布置為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，超導(dǎo)繞組60可布置為發(fā)電機(jī)場(chǎng)(轉(zhuǎn)子)繞組。端部55或57之一可包括渦輪聯(lián)接器，用于將轉(zhuǎn)子50連接到推進(jìn)器，以給超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50供給旋轉(zhuǎn)能，用于在定子中發(fā)電。在另一實(shí)施例中，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50可布置為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，用于響應(yīng)于在周圍定子繞組中產(chǎn)生的電場(chǎng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能。
[0029]在一個(gè)示例實(shí)施例中，端部57可包括低溫傳遞聯(lián)接器68。當(dāng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子50在電動(dòng)機(jī)操作期間旋轉(zhuǎn)時(shí)，低溫傳遞聯(lián)接器68可包括固定部分和旋轉(zhuǎn)部分(圖1中未示出單獨(dú)的部分)，低溫傳遞聯(lián)接器將冷卻流體(例如低溫流體)從低溫冷卻器(未示出)供給到超導(dǎo)繞組60中的閉合的冷卻劑流路或通道，以維持超導(dǎo)繞組60處于或低于其臨界溫度。冷卻劑流過(guò)冷卻劑通道，循環(huán)回低溫冷卻器，在低溫冷卻器，冷卻劑溫度降低，并回到冷卻劑通道。
[0030]所需的低溫冷卻器的冷卻能力與在超導(dǎo)發(fā)生器操作期間，從“暖”轉(zhuǎn)子芯54和其周圍部件傳遞到超導(dǎo)繞組60的熱量直接相關(guān)。本發(fā)明的發(fā)明人提出了繞組支撐結(jié)構(gòu)，其布置成明顯減少在正常和瞬時(shí)操作狀態(tài)期間的這種熱傳遞，使得例如可降低所需的冷卻能力，并減少由冷卻器冷卻低溫流體所消耗的能量。
[0031]圖2是沿圖1的平面3-3的截面圖。由于所涉及的各部件，下面描述的附圖用于逐步介紹體現(xiàn)本發(fā)明各方面的繞組支撐設(shè)備的示例實(shí)施例的各部件。該理念是逐步介紹形成繞組支撐設(shè)備的各部件，以避免使讀者不知所措。
[0032]圖2說(shuō)明了空腔70，如可構(gòu)造在轉(zhuǎn)子芯54中?？涨?0可構(gòu)造成接收低溫恒溫器72，低溫恒溫器可用于提供真空，以限定從轉(zhuǎn)子芯54到超導(dǎo)塊61的輻射熱傳遞，在該示例實(shí)施例中，這構(gòu)成超導(dǎo)繞組60。在一個(gè)示例實(shí)施例中，低溫恒溫器72可由非磁金屬或金屬合金制成，比如非磁鋼。
[0033]空腔70可構(gòu)造成限定出恰當(dāng)成型的限制結(jié)構(gòu)，比如肩部73 (例如，突起)，肩部構(gòu)造成接合低溫恒溫器72的對(duì)應(yīng)表面，以在轉(zhuǎn)子操作期間產(chǎn)生的離心力作用下將低溫恒溫器72保留在空腔70中。盡管附圖中示出一個(gè)超導(dǎo)塊，但是應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面并不限于任何特定數(shù)量的超導(dǎo)塊，因?yàn)槠渌纠龑?shí)施例可具有多于一個(gè)的超導(dǎo)塊。
[0034]超導(dǎo)塊61 (繞組)可由多個(gè)超導(dǎo)帶構(gòu)成，超導(dǎo)帶由已知的超導(dǎo)HTS材料形成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，合適的粘合劑和技術(shù)可用于以期望構(gòu)造組裝和保留所述帶。下面的描述用于介紹機(jī)械支撐超導(dǎo)繞組61的同時(shí)明顯減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯54到超導(dǎo)繞組61的熱傳遞的示例部件。圖2還說(shuō)明了電磁屏蔽件65，其可連接到轉(zhuǎn)子54，以屏蔽超導(dǎo)繞組61受到瞬態(tài)電磁場(chǎng)的影響。屏蔽件65可由導(dǎo)電和非磁材料制成，比如鋁或銅。
[0035]圖3說(shuō)明了縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)74，其可由在低溫下具有相對(duì)高抗張強(qiáng)度且具有高熱阻系數(shù)(例如與不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)相比具有低導(dǎo)熱系數(shù))的材料形成，比如纖維增強(qiáng)聚合物(FRP)材料。相應(yīng)地，F(xiàn)RP材料是對(duì)熱流有顯著抵抗性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的一個(gè)示例。
[0036]每個(gè)環(huán)74可從近端76向遠(yuǎn)端78以關(guān)于徑向軸線75的相應(yīng)角度(例如，相應(yīng)全等角，見與參考圖14討論的自由體圖有關(guān)的描述)延伸，以給超導(dǎo)繞組61 (圖3未示出)對(duì)稱地提供徑向和切向支撐兩者。在該示例中，遠(yuǎn)端78構(gòu)成關(guān)于轉(zhuǎn)子軸線52的相應(yīng)徑向遠(yuǎn)端(圖1)。環(huán)74的復(fù)合材料顯著地抵抗熱流從暖轉(zhuǎn)子芯54到達(dá)超導(dǎo)繞組61。
[0037]如從下面描述中可明白的，每個(gè)環(huán)74可布置成將施加在超導(dǎo)繞組61上的離心(例如，沿徑向軸線75產(chǎn)生)和切向負(fù)載(例如，沿切向方向77產(chǎn)生，切向方向關(guān)于徑向方向75和軸向方向79正交)有效地傳遞到轉(zhuǎn)子芯54。
[0038]為了簡(jiǎn)化說(shuō)明和解釋，盡管下面的描述關(guān)注于示例縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)，但是應(yīng)明白，本發(fā)明的各方向不限于縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)74。例如，可以設(shè)想的是，代替關(guān)于徑向軸線75(圖14)以角度α傾斜的僅單個(gè)縱長(zhǎng)環(huán)和關(guān)于徑向軸線75以角度-α傾斜的另一單個(gè)縱長(zhǎng)環(huán)，可利用關(guān)于徑向軸線75處于相應(yīng)正角αι、％的第一組縱長(zhǎng)環(huán)74p742 (例如，兩個(gè)或更多個(gè)環(huán))以及關(guān)于徑向軸線75處于相應(yīng)負(fù)角- a 1、-α 2的第二組縱長(zhǎng)環(huán)74 ^74^
[0039]另外，盡管附圖中示出示例全等角(例如α、_α)，但是還應(yīng)明白的是，本發(fā)明的各方面不限于縱長(zhǎng)環(huán)的對(duì)稱角布置。例如，存在這樣的應(yīng)用，其中，縱長(zhǎng)環(huán)的布置可以選擇成不對(duì)稱的，在關(guān)于徑向軸線的不對(duì)稱角方面和/或不對(duì)稱分布方面(例如，徑向軸線一側(cè)有一組兩個(gè)環(huán)，而徑向軸線另一側(cè)僅有一個(gè)環(huán))，例如以增強(qiáng)一側(cè)相對(duì)于另一側(cè)的橫向支撐(例如，不對(duì)稱支撐)。相應(yīng)地，應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于每側(cè)具有相等數(shù)量的環(huán)和/或縱長(zhǎng)環(huán)的對(duì)稱角布置。此外，根據(jù)給定應(yīng)用的需求，可額外地采用沿徑向軸線的縱長(zhǎng)環(huán)與關(guān)于徑向軸線75傾斜的環(huán)組合。
[0040]圖3還示出支架80的示例實(shí)施例，支架包括凹槽82，以接收超導(dǎo)繞組61，如圖4所示。在一個(gè)示例實(shí)施例中，支架80可包括弓形外表面84 (在圖4中更好地明白)，其接收環(huán)74的相應(yīng)遠(yuǎn)端78。支架80還可包括相應(yīng)的底表面對(duì)83，并可包括一個(gè)或多個(gè)通路85，以使合適的低溫流體通過(guò)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于通路85的任何特定布置。例如，可以設(shè)想的是，冷卻通路可構(gòu)造在繞組61內(nèi)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，支架80可包括一個(gè)或多個(gè)重量減少的開口 89。支架80可由鋁、鋁合金或其它合適的相對(duì)輕量的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。下面的描述用于介紹機(jī)械支撐超導(dǎo)繞組61，同時(shí)減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯54到超導(dǎo)繞組61的熱傳遞的另一部件。
[0041]圖5示出具有第一平面91 (圖6)的基座支撐件86，第一平面封閉支架80中的凹槽82的底部(圖3)，并提供基座以支撐超導(dǎo)繞組61。基座86可由熱塑性聚合物材料或類似的熱隔離材料制成?；渭?6還包括相應(yīng)的臺(tái)階對(duì)92，臺(tái)階對(duì)布置成限定出橫向布置的平面對(duì)94，橫向布置的平面對(duì)可接收支架80的對(duì)應(yīng)的底表面83(圖4)。基座支撐件86還可包括弓形表面90 (圖6)，在一個(gè)示例實(shí)施例中，弓形表面由基底組件100支撐(圖7)。應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于基座支撐件86的任何特定的幾何構(gòu)造，因?yàn)槠渌鼛缀螛?gòu)造可對(duì)基座支撐件96等同地有效。
[0042]例如，在靜態(tài)狀態(tài)(轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn))或在包括轉(zhuǎn)子的相對(duì)低每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如，約100RPM至約300RPM的范圍內(nèi))期間，基座支撐件86可與一個(gè)或多個(gè)支座88接觸(圖7)，支座可沿基底組件100的對(duì)應(yīng)周界102上的至少一個(gè)或多個(gè)部分構(gòu)造。相反地，在包括轉(zhuǎn)子的相對(duì)高每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)(例如,約超過(guò)前述示例范圍)期間，響應(yīng)于離心力，如圖8所示，比較小的間隙(G)(例如，約幾毫米)可形成在基座支撐件86的表面90和支座88之間，該間隙可有效地減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯54到超導(dǎo)繞組61的熱傳遞。
[0043]應(yīng)明白，在一個(gè)示例實(shí)施例中，周界102的相應(yīng)端區(qū)段104有效地構(gòu)成相應(yīng)機(jī)械止動(dòng)件，以限制支架80的過(guò)量橫向運(yùn)動(dòng)，在機(jī)器的瞬時(shí)撞擊期間，可能發(fā)生支架80的過(guò)量橫向運(yùn)動(dòng)。
[0044]盡管目前的描述涉及布置成承載離心負(fù)載和切向負(fù)載的縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)或組74，但是可以設(shè)想的是，本發(fā)明的各方面可由布置成共同承載這種離心和切向負(fù)載的單個(gè)環(huán)74和恰當(dāng)?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)(除了額外縱長(zhǎng)環(huán)(和/或與其組合))來(lái)實(shí)施，如箭頭120所概念表示的(圖 16)。
[0045]在一個(gè)示例實(shí)施例中，如圖17所示，支撐結(jié)構(gòu)120可包括一個(gè)或多個(gè)緩沖器，緩沖器可以是基底組件100的一部分或另外構(gòu)造在基底組件100上，以提供切向和/或徑向支撐。支撐結(jié)構(gòu)120可以各種方式實(shí)施。例如，支撐結(jié)構(gòu)120可實(shí)施為連續(xù)緩沖器121。該連續(xù)結(jié)構(gòu)可提供雙重功能。例如，第一緩沖器部分122可提供在靜態(tài)狀態(tài)或相對(duì)低速轉(zhuǎn)子操作期間由支座88提供的支撐功能，第二緩沖器部分124可提供切向負(fù)載和/或徑向支撐，否則，切向負(fù)載和/或徑向支撐由另一縱長(zhǎng)環(huán)或另一這種環(huán)組來(lái)承載。在該示例實(shí)施例中，第二緩沖器部分124可視為支座88的延伸部，緩沖器部分122和124限定出基底組件100的周界102的至少一部分。
[0046]在一個(gè)替代實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)120可實(shí)施為沿周界102的分立的緩沖器結(jié)構(gòu)。例如，一個(gè)或多個(gè)分立的緩沖器126可提供切向支撐和/或徑向支撐，否則，切向支撐和/或徑向支撐由另一縱長(zhǎng)環(huán)或另一這種環(huán)組來(lái)承載。應(yīng)明白，上面描述的這種另一縱長(zhǎng)環(huán)或縱長(zhǎng)環(huán)組可寬廣地概念化為支撐結(jié)構(gòu)120的示例實(shí)施例。
[0047]基底組件100可由各種材料制成，這些材料可包括比較寬范圍的導(dǎo)熱特性，比如鋼、鋁、鋁合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。在基底組件100由具有比較高的導(dǎo)熱率的材料制成的示例情況下，支撐結(jié)構(gòu)120例如可選地包括恰當(dāng)?shù)臒岣綦x材料涂層，或者支撐結(jié)構(gòu)120可選地由相對(duì)基底100的導(dǎo)熱率具有低導(dǎo)熱率的材料制成。在基底組件100由已包括相對(duì)低導(dǎo)熱率的材料(例如，纖維增強(qiáng)復(fù)合物)制成的其它示例情況下，其它熱隔離不必與支撐結(jié)構(gòu)120 一起使用。
[0048]圖5進(jìn)一步說(shuō)明間隔件87，其可安裝在支架80上，并可插入成維持相應(yīng)縱長(zhǎng)環(huán)74之間的軸向間隔，以避免軸向鄰近的環(huán)74之間的機(jī)械干擾的可能性。間隔件87可由鋁、鋁合金或其它合適的相對(duì)輕量的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。
[0049]目前提供的描述關(guān)注于支撐縱長(zhǎng)環(huán)74的相應(yīng)遠(yuǎn)端78和相關(guān)結(jié)構(gòu)比如支架80的示例結(jié)構(gòu)等。下面的描述將用于討論支撐縱長(zhǎng)環(huán)74的相應(yīng)近端76和相關(guān)結(jié)構(gòu)的示例結(jié)構(gòu)。
[0050]圖9示出基底組件100的等軸測(cè)試圖，在一個(gè)示例實(shí)施例中，基底組件由多個(gè)基底模塊106構(gòu)成，多個(gè)基底模塊構(gòu)造成相對(duì)于轉(zhuǎn)子芯在環(huán)的相應(yīng)近端76處錨定每個(gè)環(huán)74。在一個(gè)示例實(shí)施例中，多個(gè)基底模塊106可形成軸向延伸的錨定梁，這種模塊可概念地類比為樂高互鎖積木。應(yīng)明白，基底組件100的模塊化方面有益于促進(jìn)超導(dǎo)繞組61的軸向延伸繞組區(qū)段60 (圖1)的路線。
[0051]基底組件100可由各種材料制成，比如鋼、鋁、鋁合金、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，并可構(gòu)造成由低溫恒溫器72包圍，在于轉(zhuǎn)子操作期間產(chǎn)生的離心力的作用下，基底組件100由肩部73(圖2)與低溫恒溫器72 —起保留在空腔70中。在一個(gè)示例實(shí)施例中，低溫恒溫器72可部分地構(gòu)造成包圍基底組件100，并還可構(gòu)造成延伸出空腔70，以在繞組支撐結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)繞組附近形成真空。
[0052]圖10是示例基底模塊106的等軸測(cè)試圖，基底模塊與額外的基底模塊組合形成基底組件100(圖9)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，每個(gè)基底模塊106可包括管狀聯(lián)接布置，管狀聯(lián)接布置構(gòu)造成接收環(huán)對(duì)74的相應(yīng)近端76，并提供到相鄰基底模塊的機(jī)械連接(例如，軸向連接)。
[0053]在一個(gè)示例實(shí)施例中，每個(gè)基底模塊106可包括一對(duì)凸形接頭1S1UOS2，它們構(gòu)造成接收相應(yīng)凹形接頭IlO1UlO2的至少一部分(圖11)，凹形接頭均在其外直徑的一部分上接收對(duì)應(yīng)環(huán)74的近端,如圖12所示。在一個(gè)示例實(shí)施例中，凸形接頭之一(例如，凸形接頭108D可布置在基底模塊106的軸向向前第一側(cè)(例如左側(cè))上，凸形接頭的另一個(gè)(例如凸形接頭1082)可布置在基底模塊106的軸向向后第二側(cè)(右側(cè))，如圖10所明白的。如圖10所明白的，為了減少重量的目的，凸形接頭108的內(nèi)部可限定出相應(yīng)中空環(huán)形。應(yīng)明白，凸形接頭108不必是中空結(jié)構(gòu)，在某些示例實(shí)施例中，可以是非中空結(jié)構(gòu)。該布置可沿軸向方向由額外的基底模塊106交替重復(fù)，使得多個(gè)基底模塊106形成軸向延伸的錨定梁100，如圖9所示。
[0054]在一個(gè)示例實(shí)施例中，凹形接頭110的軸向尺寸關(guān)于凸形接頭108的軸向尺寸足夠長(zhǎng)，使得凹形接頭還可由軸向相鄰的基底模塊的凸形接頭接收。
[0055]在一個(gè)示例實(shí)施例中，如圖10部分地明白的，基底模塊106的每個(gè)表面可包括斜強(qiáng)化肋112，斜強(qiáng)化肋布置成在結(jié)構(gòu)上關(guān)于彎矩強(qiáng)化基底模塊106，彎矩經(jīng)由非居中錨定布置而產(chǎn)生。例如，在基底模塊106的向前表面上所示的強(qiáng)化肋可從底部中心114部朝向肩部116延伸，肩部關(guān)于凸形接頭1S1斜對(duì)著布置，凸形接頭108 置在基底模塊106的向前表面的左側(cè)。盡管在圖10中未示出，但是基底組件的向后表面包括類似肋，在該情況下，該肋從底部中心114朝向肩部116延伸，肩部116關(guān)于凸形接頭1S2斜對(duì)著布置，凸形接頭1S2位于基底模塊106的后表面的右側(cè)。應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于斜強(qiáng)化肋或任何數(shù)量的肋，因?yàn)槠渌Y(jié)構(gòu)布置可用于有效地增加機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)減少基底組件的重量。
[0056]應(yīng)理解，本發(fā)明的各方面不限于分段的管狀聯(lián)接布置。例如，可使用連續(xù)的管狀聯(lián)接布置。例如，一個(gè)或多個(gè)連續(xù)桿可代替前述分段的聯(lián)接布置來(lái)用于在環(huán)的相應(yīng)近端76處錨定每個(gè)環(huán)74。
[0057]還應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于布置在轉(zhuǎn)子空腔中的低溫恒溫器中的基底組件結(jié)構(gòu)100。例如，設(shè)想的是，代替容納在轉(zhuǎn)子空腔中的基底組件100 (和相關(guān)管狀聯(lián)接結(jié)構(gòu))，可構(gòu)造用于環(huán)74遠(yuǎn)端的錨定結(jié)構(gòu)，這種錨定結(jié)構(gòu)與機(jī)器的轉(zhuǎn)子芯一體。在該示例實(shí)施例中，低溫恒溫器可關(guān)于轉(zhuǎn)子芯布置在外部，并可附接和布置成圍繞轉(zhuǎn)子芯54，以在繞組支撐結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)繞組附近形成真空，轉(zhuǎn)子芯是柱形結(jié)構(gòu)。
[0058]應(yīng)明白，本發(fā)明的各方面不限于用于縱長(zhǎng)環(huán)的、近端連接沿軸向方向的側(cè)面交替序列，以將切向和徑向負(fù)載傳遞到轉(zhuǎn)子芯。例如，可對(duì)于縱長(zhǎng)環(huán)對(duì)布置軸向相鄰(并排)的近端錨定連接，使得這種環(huán)的相應(yīng)近端可分別連接到給定基底組件的單個(gè)表面，而不是連接到基底模塊106的軸向向前表面和基底模塊106的軸向向前表面兩者。
[0059]圖13是說(shuō)明前述描述中所述的各種部件的至少一些的等軸測(cè)試圖，各種部件組合起來(lái)形成體現(xiàn)本發(fā)明各方面的繞組支撐結(jié)構(gòu)，比如可有效地顯著減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯到超導(dǎo)繞組的熱傳遞，同時(shí)機(jī)械地承受在機(jī)器的正常和故障狀態(tài)期間產(chǎn)生的力、應(yīng)力、應(yīng)變和循環(huán)負(fù)載。
[0060]圖14是概念化縱長(zhǎng)環(huán)74的承載負(fù)荷方面的簡(jiǎn)化自由體圖，其允許傳遞徑向和切向負(fù)載，同時(shí)顯著減少?gòu)摹芭鞭D(zhuǎn)子芯到超導(dǎo)繞組的熱傳遞。例如，每個(gè)環(huán)74可以關(guān)于徑向軸線75的角度α安置。即，每個(gè)環(huán)74在徑向軸線75的兩側(cè)形成全等角，這允許環(huán)對(duì)74對(duì)稱地承載在機(jī)器操作期間產(chǎn)生的徑向和橫向負(fù)載的矢量分量。例如，如果選擇利用專用于僅承載徑向負(fù)載的第一組件以及專用于僅承載切向負(fù)載的第二組件，則本發(fā)明的各方面創(chuàng)新地和有利地可簡(jiǎn)化所涉及的部件的數(shù)量。
[0061]盡管在本文中顯示和描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，但是應(yīng)明白，這種實(shí)施例僅以示例的方式給出。在不脫離本發(fā)明的情況下，可以進(jìn)行許多變型、改變和替代。
【權(quán)利要求】
1.一種支撐與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子芯處于間隔開的關(guān)系的超導(dǎo)繞組的設(shè)備，包括: 支架，構(gòu)造成限定出一凹槽，以接收所述超導(dǎo)繞組； 至少第一縱長(zhǎng)環(huán)和至少第二縱長(zhǎng)環(huán)，均以關(guān)于徑向軸線的相應(yīng)角度布置成給所述支架提供徑向和切向支撐，其中，所述縱長(zhǎng)環(huán)包括對(duì)熱流有明顯抵抗性的相應(yīng)材料，其中，所述支架布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)遠(yuǎn)端處支撐所述至少第一環(huán)和所述至少第二環(huán)；以及 軸向延伸的基底組件，布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)近端處相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子芯錨定所述至少第一環(huán)和所述至少第二環(huán)，所述近端分別位于所述徑向軸線的第一和第二彼此相對(duì)兩側(cè)上。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述支架包括弓形外表面，所述弓形外表面構(gòu)造成接收所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)遠(yuǎn)端。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括基座，所述基座布置成封閉所述凹槽的底側(cè)，并支撐所述支架中的超導(dǎo)繞組。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述軸向延伸的基底組件包括模塊化組件，所述模塊化組件包括布置在轉(zhuǎn)子芯空腔中的多個(gè)軸向互連的基底模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，基底模塊布置成相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子芯通過(guò)管狀聯(lián)接器錨定所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)近端。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備,其中，基底模塊包括軸向向前表面和軸向向后表面,其中，所述管狀聯(lián)接器包括至少第一管，所述至少第一管位于所述至少一個(gè)基底模塊的軸向向前表面，并還位于彼此相對(duì)兩側(cè)的第一側(cè)，以接收所述至少第一縱長(zhǎng)環(huán)的近端，其中，所述管狀聯(lián)接器還包括至少第二管，所述至少第二管位于所述至少一個(gè)基底模塊的軸向向后表面，并還位于彼此相對(duì)兩側(cè)的第二側(cè)，以接收所述第二縱長(zhǎng)環(huán)的近端。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述管狀聯(lián)接器還布置成相對(duì)于軸向相鄰的基底模塊提供軸向機(jī)械連接。
8.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，所述管狀聯(lián)接器包括可以通過(guò)相應(yīng)接頭互相連接起來(lái)的分段的管狀聯(lián)接器。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少第一環(huán)和所述至少第二環(huán)的關(guān)于徑向軸線的相應(yīng)角度包括全等角，以給所述支架提供對(duì)稱的切向支撐。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少第一環(huán)和所述至少第二環(huán)的關(guān)于徑向軸線的相應(yīng)角度包括不同的角度，以給所述支架提供不對(duì)稱的切向支撐。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少第一縱長(zhǎng)環(huán)以及一個(gè)或多個(gè)另一環(huán)形成第一組縱長(zhǎng)環(huán)，所述第一組縱長(zhǎng)環(huán)具有分別位于所述徑向軸線的第一側(cè)的近端，所述至少第二縱長(zhǎng)環(huán)以及一個(gè)或多個(gè)另一環(huán)形成第二組縱長(zhǎng)環(huán)，所述第二組縱長(zhǎng)環(huán)具有分別位于所述徑向軸線的第二側(cè)的近端。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述第一組縱長(zhǎng)環(huán)和所述第二組縱長(zhǎng)環(huán)包括相等數(shù)量的環(huán)。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，所述第一組縱長(zhǎng)環(huán)和所述第二組縱長(zhǎng)環(huán)包括不同數(shù)量的環(huán)。
14.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述基底組件包括至少一個(gè)或多個(gè)支座，所述支座布置成在所述轉(zhuǎn)子的靜態(tài)狀態(tài)期間或所述轉(zhuǎn)子的包括相對(duì)低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)期間支撐所述基座。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，在所述轉(zhuǎn)子的高于相對(duì)低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)期間，一間隙形成在所述基底組件的所述至少一個(gè)或多個(gè)支座和所述基座之間，從而減少了所述基座和所述基底組件之間的傳導(dǎo)熱傳遞。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括至少一個(gè)間隔件，所述至少一個(gè)間隔件布置在所述支架的一部分附近，并插入所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)遠(yuǎn)端之間，以維持所述縱長(zhǎng)環(huán)之間的軸向分隔。
17.一種支撐與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子芯處于間隔開的關(guān)系的超導(dǎo)繞組的設(shè)備，包括: 支架，構(gòu)造成限定出一凹槽，以接收所述超導(dǎo)繞組； 至少第一縱長(zhǎng)環(huán)，以關(guān)于徑向軸線的相應(yīng)角度布置，其中，所述至少第一縱長(zhǎng)環(huán)包括對(duì)熱流有明顯抵抗性的相應(yīng)材料，其中，所述支架布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的遠(yuǎn)端支撐所述至少第一環(huán)； 軸向延伸的基底組件，布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的近端處相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子芯錨定所述至少第一環(huán)，所述近端位于所述徑向軸線的第一側(cè)；以及 支撐結(jié)構(gòu)，與所述至少第一環(huán)一起給所述支架提供徑向和切向支撐。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括至少第二縱長(zhǎng)環(huán)，所述至少第二縱長(zhǎng)環(huán)包括對(duì)熱流有明顯抵抗性的相應(yīng)材料，其中，所述支架布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)遠(yuǎn)端支撐所述至少第二環(huán)，其中，所述基底組件布置成在所述至少第二環(huán)的相應(yīng)近端處相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子芯錨定所述至少第二環(huán)，其中，所述至少第二環(huán)的近端位于所述徑向軸線的與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。
19.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述基底組件包括構(gòu)成所述支撐結(jié)構(gòu)的緩沖器支撐結(jié)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括基座，所述基座布置成封閉所述凹槽的底側(cè)，并支撐所述支架中的超導(dǎo)繞組。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述基底組件包括至少一個(gè)支座，所述支座布置成在所述轉(zhuǎn)子的靜態(tài)狀態(tài)期間或所述轉(zhuǎn)子的包括相對(duì)低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)期間支撐所述基座。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括所述至少一個(gè)支座的延伸部。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)支座和所述至少一個(gè)支座的延伸部形成連續(xù)的緩沖器支撐結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)的緩沖器支撐結(jié)構(gòu)限定出所述基底組件的周界的至少一部分。
24.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述緩沖器支撐結(jié)構(gòu)包括布置在所述基底組件的周界上的至少一個(gè)分立的緩沖器。
25.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述緩沖器支撐結(jié)構(gòu)包括第一緩沖器部分，所述第一緩沖器部分限定出支座，所述支座布置成在所述轉(zhuǎn)子的靜態(tài)狀態(tài)期間或所述轉(zhuǎn)子的包括相對(duì)低的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)期間支撐所述支架，所述緩沖器支撐結(jié)構(gòu)還包括第二緩沖器部分，所述第二緩沖器部分與所述至少第一環(huán)一起給所述支架提供徑向和切向支撐。
26.一種支撐與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子芯處于間隔開的關(guān)系的超導(dǎo)繞組的設(shè)備，包括: 至少第一縱長(zhǎng)環(huán)，以關(guān)于徑向軸線的相應(yīng)角度布置，所述縱長(zhǎng)環(huán)包括對(duì)熱流有明顯抵抗性的相應(yīng)材料； 支撐結(jié)構(gòu)，與所述至少第一縱長(zhǎng)環(huán)一起給所述繞組提供徑向和切向支撐； 軸向延伸的基底組件，布置成在所述縱長(zhǎng)環(huán)的近端處相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子芯錨定所述至少第一環(huán)，所述近端位于所述徑向軸線的第一側(cè)；以及 一組件，接收所述超導(dǎo)繞組，并在所述縱長(zhǎng)環(huán)的相應(yīng)遠(yuǎn)端支撐所述至少第一環(huán)。
【文檔編號(hào)】H02K55/04GK104508961SQ201380040787
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
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