本發(fā)明涉及一種根據(jù)主權(quán)利要求的前序部分所述的旋轉(zhuǎn)機器以及一種用于根據(jù)又一獨立權(quán)利要求的前序部分所屬的該旋轉(zhuǎn)機器的制造方法，以及與此相關(guān)的用于冷卻相應的旋轉(zhuǎn)機器的方法。

背景技術(shù)：

在具有熱電動機鐵芯的旋轉(zhuǎn)機器、尤其是同步發(fā)電機或同步電動機中使用深冷或冷的超導線圈時，通常必要的是，將每個線圈置于真空管中，以便起碼使得足夠良好的絕熱成為可能。在此，在應用中施加在線圈上的力必須可靠地從冷線圈傳遞到位于室溫或室溫以上的熱真空容器壁上。這樣作用的力例如可以是磁力或者離心力，或者還是在故障情況下出現(xiàn)的，需要注意的力。

因此，常規(guī)地將導熱差的材料用于單個線圈和其真空殼之間的相應的支承或牽拉元件。這種材料例如可以是鈦或者優(yōu)選是玻璃纖維增強塑料(GFK)。該支承或牽拉元件的在此所需的材料橫截面和相應地所不希望的導熱最終是根據(jù)相對于熱壁而言必須被支承的力的大小來縮放的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務是在帶有冷的超導線圈的旋轉(zhuǎn)機器、尤其是同步機器中提出的，這些超導線圈為了絕熱而分別定位在熱的軟磁性轉(zhuǎn)子體中的真空容器中，其中，將在應用中施加在線圈上的力從該線圈可靠地傳導至真空容器的熱壁上。此外，應該有效簡化真空容器的構(gòu)造。

該任務通過一種根據(jù)主權(quán)利要求所述的旋轉(zhuǎn)機器以及根據(jù)另兩個獨立權(quán)利要求所述的方法來解決。

根據(jù)第一方面，要求保護一種旋轉(zhuǎn)機器、尤其是同步機器，其具有定位在熱的軟磁性轉(zhuǎn)子體中的冷的超導線圈，其中，在兩個相鄰的軟磁性極身之間，至少兩個在兩個相鄰的軟磁性極身之間彼此相鄰地定位的線圈為了絕熱而借助支承元件定位在共同的一對真空容器中，并且該至少兩個線圈在其兩個相互對置的側(cè)上借助至少一個共同的支承和/或牽拉元件彼此等溫連接。

超導線圈可以稱為“冷的”，而軟磁性轉(zhuǎn)子體和真空容器壁可以稱為“熱的”。“冷的”在此意味著具有接近超導體的運行溫度的溫度，“熱的”在此意味著大于或等于室溫的溫度。

等溫連接在此尤其意味著，兩個元件、尤其是在此的線圈，彼此機械耦合和/或機械連接為使得這兩個元件尤其在提供等熱連接的橋的區(qū)域中或者在提供等熱連接的接合環(huán)節(jié)的區(qū)域中具有相同的溫度。以該方式不發(fā)生借助兩個元件之間的導熱而實現(xiàn)的熱傳遞，因為從一個到另一元件的溫度曲線是常數(shù)。

旋轉(zhuǎn)機器可以包括軟磁性轉(zhuǎn)子體，其在軟磁性承載體(軛)上具有多個軟磁性極身?？梢詫㈣F、鋼、鎳鐵合金或者鈷鐵合金用作軟磁性材料。在每兩個軟磁性極身之間彼此相鄰定位有兩個線圈。在兩個軟磁性極身之間可以構(gòu)建有槽形間隔區(qū)域。極身可以構(gòu)建為極齒或極靴-極芯組合。

轉(zhuǎn)子體中的單個或成對真空容器可以關(guān)于其旋轉(zhuǎn)軸具有外徑和內(nèi)徑。

根據(jù)本發(fā)明已知的是，在將冷線圈圍繞位于室溫中的轉(zhuǎn)子體布置，并且確切而言對于每個線圈帶有一個磁性極身的情況下，相鄰的線圈可以直接相互支承。有利地，因此在最佳情況下，即在所有在相反方向上出現(xiàn)的力可以直接用相應的冷的等溫連接補償?shù)那闆r下，僅實際出現(xiàn)的凈力在冷的線圈系統(tǒng)和熱的轉(zhuǎn)子鐵芯之間傳輸。例如凈力矩的分配到線圈系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子體上的分量屬于實際出現(xiàn)的凈力。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)在熱負荷較小的情況下，將相應減小的材料橫截面用于對此仍需的冷熱連接或者支承元件。一個直接的有利結(jié)果是降低了用于所屬的冷卻技術(shù)和其運行成本的投資開銷。

(帶有由高溫超導芯(HTS)和熱極身構(gòu)成的轉(zhuǎn)子線圈的)旋轉(zhuǎn)機器的各個線圈通常具有拓撲上分離的真空容器、即分離的單真空容器，根據(jù)本發(fā)明提出了，將這些真空容器借助用于牽拉和/或支承連接的合適開口彼此連接，以用于直接支承。根據(jù)具體的實施形式，由此形成多個單連接，或者在至今分離的單真空容器完全連接的情況下在線圈的直的作用區(qū)中形成總真空容器或真空管的復雜形狀，并且更確切而言尤其是在線圈頭部的中形成復雜形狀。

根據(jù)第二方面，提出了一種用于制造旋轉(zhuǎn)機器、尤其是同步機器的方法，該旋轉(zhuǎn)機器具有定位在熱的軟磁性轉(zhuǎn)子體中的冷的超導線圈，其中，每兩個在兩個相鄰的軟磁性極身之間彼此相鄰定位的線圈為了絕熱而借助支承元件固定在一個共同的真空容器對中，并且這兩個線圈在其兩個面向彼此的側(cè)上借助至少一個共同的支承和/或牽拉元件彼此等溫連接。

根據(jù)第三方面，提出了一種用于冷卻旋轉(zhuǎn)機器的方法，其中，將軟磁性轉(zhuǎn)子體的封入在總真空容器中的區(qū)域所產(chǎn)生的熱量借助熱傳導和/或熱輻射傳遞給空心圓柱體的內(nèi)壁。

結(jié)合從屬權(quán)利要求來要求保護其他有利的方案。

根據(jù)一個有利的構(gòu)型，可以用一個共同的總真空容器或者總真空管來替代所有真空容器對，在該總真空容器或者總真空管中封入或者說包括了所有真空容器容積對以及軟磁性轉(zhuǎn)子體的至少部分。有利地認識到，通常將熱的、即處于室溫或室溫以上的磁鐵或軟磁性轉(zhuǎn)子體安置在用于冷的線圈的絕緣真空外部。通過在真空管容器室中引入軟磁性材料、例如鐵，顯著簡化了常規(guī)真空管的構(gòu)造并且能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的真空容器。高度真空密封的釬焊或電弧焊連接部的所需的總長度被有效減小，并且由此引起相對于現(xiàn)有技術(shù)而言的更快速和更成本低廉的制造。這種優(yōu)點在多極(hochpoligen)的旋轉(zhuǎn)機器中特別有效。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，可以通過在兩個各圍繞一個線圈的單真空容器之間構(gòu)建真空密封的連接通道來產(chǎn)生相應的真空容器對，其中，連接通道容納共同的支承和/或牽拉元件。

根據(jù)另一有利構(gòu)型，可以通過移除兩個各圍繞一個線圈的單真空容器之間的兩個中間壁來產(chǎn)生真空容器對，其中，兩個這樣形成的真空容器部分被真空密封地彼此連接。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，總真空容器可以以具有外壁和內(nèi)壁的空心圓柱體的形式構(gòu)建，該空心圓柱體在其底面的區(qū)域中可以借助環(huán)形蓋來封閉。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，空心圓柱體的外壁半徑可以等于或?qū)谡婵杖萜鲗Φ耐獍霃?。外壁的半徑在此可以被適配為使得極身、尤其是極帽(Polkappen)或極靴的外部區(qū)域并不包含在總真空容器中。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，空心圓柱體的外壁半徑可以等于或?qū)谵D(zhuǎn)子體的極身的外半徑?？招膱A柱體的外壁在此可以被提供為使得極身、尤其是極帽或極靴的外部區(qū)域包含在總真空容器中。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，空心圓柱體的內(nèi)壁半徑可以等于或?qū)谡婵杖萜鲗Φ膬?nèi)半徑。根據(jù)該實施形式，由軟磁性材料制成的軛或者軟磁性承載體并不包含在總真空容器中。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，空心圓柱體的內(nèi)壁半徑可以等于或?qū)谵D(zhuǎn)子體的軟磁性承載體的內(nèi)半徑。根據(jù)該實施形式，由軟磁性材料制成的軛或者轉(zhuǎn)子體的相應的承載體包含在總真空容器中，該總真空容器也可以稱作總真空管。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，由軟磁性轉(zhuǎn)子體的包封在總真空容器中的區(qū)域產(chǎn)生的熱可以借助風冷被從空心圓柱體的外壁導散。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，由軟磁性轉(zhuǎn)子體的包封在總真空容器中的區(qū)域產(chǎn)生的熱可以借助布置在轉(zhuǎn)子體上的、帶有冷卻劑的循環(huán)冷卻部導出到伸至該區(qū)域的管道中。

根據(jù)又一有利的構(gòu)型，總真空容器的鄰接于軟磁性轉(zhuǎn)子體的區(qū)域的材料可以是磁性的。軟磁性轉(zhuǎn)子體的區(qū)域同樣可以稱為“被切割“。

附圖說明

結(jié)合附圖借助實施例詳細描述本發(fā)明。其中：

圖1示出了常規(guī)的旋轉(zhuǎn)機器的實施例，其中，1b是根據(jù)圖1a所示的橫截面的兩個單真空容器的放大視圖；

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機器的第一實施例的橫截面；

圖2b示出了圖2a的放大圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機器的第二實施例；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的總真空容器的示圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的實施例；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻方法的示圖。

具體實施方式

圖1a示出了常規(guī)的旋轉(zhuǎn)機器1的一個實施例。該所示出的旋轉(zhuǎn)機器1具有熱的軟磁性轉(zhuǎn)子體3，在該軟磁性轉(zhuǎn)子體3中將冷的超導線圈9借助支承元件7(參見圖1b)定位在分離的單真空容器5中以實現(xiàn)絕熱。軟磁性轉(zhuǎn)子體3由軟磁性承載體21(也稱作軛)以及(也是由軟磁性材料產(chǎn)生的)極身11構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)機器1的定子用附圖標記2來標記。

圖1b示出了圖1a的放大截圖，包括兩個分離的單真空容器5，其定位在轉(zhuǎn)子體3中并且借助支承元件7或支承和/或牽拉元件7將線圈9的力傳到至轉(zhuǎn)子體3。

圖2a示出了旋轉(zhuǎn)機器1的根據(jù)本發(fā)明的第一實施例。與圖1a相同的元件表示旋轉(zhuǎn)機器1的相同的元件。與根據(jù)圖1a和1b的現(xiàn)有技術(shù)不同，現(xiàn)在對于兩個定位在兩個軟磁性極身11之間的、彼此相鄰的線圈9產(chǎn)生共同的真空容器對13。此外，兩個線圈9在其兩個面對的側(cè)上借助共同的支承和/或牽拉元件7a彼此等溫連接。這在圖2b尤其示出了，在圖2b中示出了支承元件7和7a。

圖2a尤其示出了，在帶有大量的極數(shù)的同步機器1中，單線圈9的磁力在正常運行中基本上是朝著軟磁性材料的。在此，在環(huán)周方向上直接相鄰的線圈9的位于兩個極身11之間的共同的槽中的部分經(jīng)受幾乎正好方向相反的磁力。

根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)在認識到如下：替代僅支承根據(jù)圖1b的單真空容器5的熱壁上的力，現(xiàn)在提出了，將兩個深冷的線圈9在該區(qū)域中借助共同的支承和/或牽拉元件7a等溫連接，并且以該方式完全省去之前出現(xiàn)的熱傳導。為此僅需的是，將至今對于每個單線圈9單獨的單真空容器5相應地連接。

根據(jù)要傳遞的力的大小和從中形成的等溫連接系統(tǒng)，例如可以通過在原來的單真空容器5的兩個熱壁中構(gòu)建相應開口來產(chǎn)生各個連接，這些單真空容器例如通過也是真空密封的連接管道來連接。

圖2b示出了又一替換方案，其中，支承不同線圈9的兩個相鄰的線圈部分9是有利的，其中，在原來的單真空容器5之間的雙熱壁被完全取消，其中，在合適的位置上，所形成的真空管部分或者真空容器部分又需要被相應地真空密封地連接。后者尤其可以借助合適的焊接件來實施。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機器1的第二實施例。圖3示出了所有的例如根據(jù)圖2a所示的真空容器對13可以被一個共同的總真空容器15所替代。這是通過如下方式進行的，即，待構(gòu)建的共同的總真空容器15包封了所有真空容器對13以及軟磁性轉(zhuǎn)子體3的至少部分。

在一個特別的構(gòu)型中，總真空容器15是圖4中示出的、具有外壁17和內(nèi)壁19的空心圓柱體的形式，該空心圓柱體在其底面的區(qū)域中可以借助環(huán)形蓋20封閉?？招膱A柱體的外壁17的半徑Ra1適配于真空容器對13的外半徑。根據(jù)圖4，空心圓柱體的內(nèi)壁19的半徑Ri1對應于真空容器對13的內(nèi)半徑。根據(jù)圖4，示出了總真空容器15的根據(jù)本發(fā)明的實施例，其中，承載體21或軛以及極身11(尤其是極帽或極靴)的外部區(qū)域并不包含在總真空容器15中。

圖3附加地示出了又一實施例，其中，附加地示出了根據(jù)圖4的空心圓柱體的外壁17的半徑Ra2，該半徑等于轉(zhuǎn)子體3的極身11的外半徑。圖3同樣示出了實施形式，其中根據(jù)圖4所示的空心圓柱體的內(nèi)壁19的半徑Ri2對應于轉(zhuǎn)子體3的承載體21的內(nèi)半徑。根據(jù)該實施形式，極身11的外部區(qū)域和承載體21包含在總真空容器15中。在圖3中用虛線示出了半徑Ra1和半徑Ra2。

圖4示出了根據(jù)圖3的示圖的圖形簡化。附加地，圖4示出了總真空容器15在其底面的區(qū)域中可以借助環(huán)形蓋20來封閉。

圖4示出了，當熱的軟磁性材料至少部分地放置在真空容器對內(nèi)時，可以顯著簡化真空容器的構(gòu)造。例如，可以得到拓撲上雙壁的空心圓柱體，其在兩個端部上利用環(huán)形蓋來制凸緣或者用比較短的焊釘來封閉。

有利地，真空壁在“切割”軟磁性轉(zhuǎn)子材料的區(qū)域中的材料是用磁性材料制成的，以便將磁性氣隙的長度保持為盡可能小。

圖5示出了一種用于制造旋轉(zhuǎn)機器1的根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例。應借助支承元件7將冷的超導線圈9定位在熱的軟磁性轉(zhuǎn)子體3中。為此，從原來已經(jīng)構(gòu)建的單真空容器5中分別形成真空容器對13(步驟S1)。借助第二步驟S2借助支承元件7將每兩個定位在兩個軟磁性極身11之間的、彼此相鄰的線圈9固定在一個共同的真空容器對13中。借助第三步驟S3，可以將兩個線圈9在其兩個彼此面對的側(cè)上借助共同的支承和/或牽拉元件7a彼此等溫連接。

圖6是用于將旋轉(zhuǎn)機器1在其運行中冷卻的圖。T1示出了，借助熱傳導和/或熱輻射將軟磁性轉(zhuǎn)子體3的包封在總真空容器15中的區(qū)域產(chǎn)生的熱導出至空心圓柱體19的內(nèi)壁。

T2示出了，借助風冷將軟磁性轉(zhuǎn)子體3的包封在總真空容器15中的區(qū)域產(chǎn)生的熱從空心圓柱體17的外壁導散。冷卻同樣可以借助未示出的、布置在轉(zhuǎn)子體3上的、帶有冷卻劑的循環(huán)冷卻部導出到伸至該區(qū)域的管道中。

圖6示出了，安置在真空空間中的軟磁性材料應該將那里形成的熱量良好導散，這些熱量例如是由鐵損或可能的阻尼棒等形成的。根據(jù)該損耗的水平，可以例如通過向內(nèi)真空壁19進行熱傳導和/或熱輻射，由例如真空管的外壁處的風冷實現(xiàn)該散熱。另一實施形式是布置在轉(zhuǎn)子體3上的主動或被動的循環(huán)冷卻部，其帶有管道中的冷卻劑，這些管道伸到真空空間中或其上，并且由此伸到待冷卻的軟磁性材料上，并且將那里形成的熱量從被隔絕的區(qū)域中運輸出來并且在其它位置導出。