[发明专利]转子芯和具有该转子芯的超导旋转电机

说明书

技术领域

本发明涉及超导旋转电机使用的转子芯的结构、该转子芯的冷却方法、和具有该转子芯的超导旋转电机。

背景技术

通常，超导旋转电机具有相互电磁连接的定子和转子。转子包括多极转子芯和安装在转子芯上的一个或更多磁场线圈。转子芯由诸如铁的磁性材料制成，具有沿着旋转电机的旋转轴延伸的纵轴(例如，参照专利文献1)。

为了保持转子芯上的超导线圈的超导电性，例如，通过传导冷却将超导线圈冷却至大约30K。常规上，已知冷却转子芯的超导线圈的多种技术，例如将超导线圈浸入诸如液氦或液氮的冷媒中的方法，或者使超导线圈与制冷机的冷头接触，使得冷头中产生的冷量传递至超导线圈的方法(例如，参照专利文献2～专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-125573号公报

专利文献2：日本特开平6-302869号公报

专利文献3：日本特开平10-9696号公报

专利文献4：日本特开2003-151822号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1中公开的转子芯由重的实心构件制成，因此具有大的热容量，将转子芯整体均匀冷却至一定温度需要较长时间。而且，将超导线圈装入电磁装置中可引发非常高的磁场，从而导致由铁制成的磁性构件的磁场饱和。这阻止将这种材料用于磁性构件。此外，如上所述，为了保持超导线圈的超导电性，例如，超导线圈应该被冷却至大约30K。同时，包含铁的碳钢在30K的极低温度下可导致低温脆性。为了防止这一问题，转子芯应该由对低温脆性具有高抵抗性的材料制成。

根据专利文献2～专利文献4中公开的将超导线圈浸入诸如液氦或液氮的冷媒中的冷却方法，极低温冷媒被输送到用于容纳和冷却超导线圈的容器中，这需要用于处理极低温冷媒的种种设备和特别的注意，因此导致设备安装和维护的空间和成本的诸多不利。另外，较难控制冷却温度。

根据使制冷机的冷头与超导线圈接触以为其冷却的另一种冷却方法，制冷机安装在旋转的转子芯上，导致制冷机与转子芯一起旋转。这需要用于旋转制冷机的额外的扭矩和空间。而且，持续供应高压氦气需要将旋转密封机构安装在旋转的制冷机上。然而，实际上具有极高密封性能的旋转密封机构目前是没有的，因此，这种方法似乎是不实际的。

因此，本发明旨在克服这些问题，并且其目的在于提供使超导线圈能够有效且均匀地冷却而在极低温度下也不引起不必要的低温脆性的转子芯、该转子芯的冷却方法、和具备该转子芯的超导旋转电机。解决问题的手段

根据本发明的用于超导旋转电机的转子芯包括：由非磁性材料制成的基本中空的圆筒形构件，该圆筒形构件具有：纵向轴，形成于其中并且沿纵向轴延伸的圆筒形空腔，形成在圆筒形构件的外周面上用于收纳超导线圈的多个凹部，和邻近圆筒形空腔形成并且在圆筒形构件的近端侧与远端侧之间延伸通过的至少两个冷媒通道。

转子芯可具有棒状构件，各自同轴配置在冷媒通道中，在棒状构件周围留有空间。

优选地，各冷媒通道的内表面或者各棒状构件的外表面具有形成为在周向延伸的凸部或凹部。

冷媒通道具有将冷媒从近端侧引导至远端侧的第一冷媒通道以及将冷媒从远端侧引导至近端侧的第二冷媒通道。

根据本发明的具有相互电磁连接的定子和转子的超导旋转电机，包括权利要求1中所限定的转子芯。

发明的效果

根据本发明的用于超导旋转电机的转子芯提供了能够有效且均匀地冷却超导线圈而在极低温度下也不引起低温脆性的转子芯、该转子芯的冷却方法、和具备该结构的超导旋转电机。

附图说明

图1是超导电动机的整体系统的示意性结构图。

图2是根据本发明的实施例的转子芯的结构的示意性透视图。

图3是示出转子芯的冷媒的流动方向及供给通道和返回通道的透视图。

图4是示出转子芯内形成的冷媒通道的详细结构的截面图。

图5是示出安装有赛道型超导线圈的转子芯的透视图。

附图标记说明

10转子芯

11、12凸缘

13圆筒形空腔

14a、14b、15a、15b冷媒通道

16冷媒供给管

17冷媒排气管

19肋

20定子

21转子

25超导电动机

30冷媒给排装置

31制冷机

50超导线圈

70用于收纳线圈的凹部

71底部