[发明专利]将超导绕组支撑在电动机的转子中的装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年8月16日提交的美国临时申请61/683,829的权益。本申请是2012年3月13日提交的美国非临时申请13/418,624的部分延续申请案，所述部分延续申请案又要求于2011年3月15日提交的美国临时申请61/452,726的权益，每个申请都通过引用在此并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电动机，如发电机、发动机，并且尤其涉及布置为支撑且热隔离机械转子中的超导绕组的装置(例如，机械结构)。

背景技术

为增大输出和效率并减少机器的尺寸和重量，已经开发出实际上没有任何电阻的超导转子绕组。这些绕组通常被称为高温超导(HTS)绕组(有别于在低温条件下实现超导状态的低温超导材料)。因为它们的冷却要求没有那么严格，因此优选地使用高温超导材料。

尽管HTS转子绕组(线圈)展示出对电流流动相对较低的电阻，但它们对能够引起过早劣化和绕组失效(如，电气开路)的机械弯曲和拉伸应力敏感。例如，有必要在包围芯体的HTS转子绕组中形成弯曲。应力在这些弯曲处被引发。正常的转子扭矩、瞬时故障状态扭矩以及瞬时磁场能在转子绕组中引发额外的应力。另外，HTS转子绕组会遭受到转子平衡过程期间的超速力，以及发电运行过程中偶尔的超速状态。这些超速以及故障状态大幅提高转子绕组的力负载超过了在正常运行状态期间所经受的负载。在HTS转子绕组以及相关的支撑结构的设计中必须考虑这些运行状态。

为了将超导导体保持在其临界温度或低于临界温度，在绕组的邻近或靠近处布置冷却剂流通通道，所述通道运送从低温冷却器提供的冷却剂。典型的冷却剂可包括液态氦、液态氮或液态氖。抵抗静态和动态负载保持超导转子绕组以及相关支撑结构的结构一体性，对高温超导电动机的开发提出了重大挑战。

根据上述考虑，所期望的是HTS转子绕组被绕组支撑系统充分地支撑，所述绕组支撑系统被设计为抵抗前面所描述的正常运行和故障状态运行所产生的力、应力、张力以及周期性负载。而且，支撑系统应该保证绕组不会过早破裂、疲劳或断开。还期望的是绕组支撑系统恰当地将“热的”转子(通常在高于室温的条件下运行)从被低温-冷却的HTS超导绕组中热隔离，以将绕组保持在临界温度或低于临界温度。

附图说明

本发明由下列考虑附图的描述进行说明，所述附图中示出：

图1为示例性转子的示意图，所述转子被用于体现本发明方方面面的超导电动机中。

图2-图4为沿图1的平面3-3截取的各个截面图。

图5为示例性基部模块的局部等距视图，其与其他基部模块相组合可被布置为形成轴向延伸的锚固梁，在示例性实施例中，所述锚固梁可通过分段的管状连接装置相互连接。

图6为两个基部模块的局部分解图，这两个基部模块可通过管状耦合器彼此轴向连接。

图7为示出两个相互连接的基部模块的示例轴向组件的局部剖视图，这两个基部模块包括布置为提供径向支撑的各个环路。

图8为连杆的等距视图，所述连杆可用于在其相应近端锚定各环路，代替上述的分段连接装置。

图9与图10展示了基部组件的示例性实施例的相应等距视图，在该基部组件中，环路锚定结构与机器的转子芯成为一体。

图11是一个有助于形象化离心力的示图，所述离心力可产生切向负载分量(如横向分量)以及径向负载分量两者，比如在转子运行过程中，机器的超导块(如绕组)会经受这些切向负载分量和径向负载分量，。

图12为托架组件的等距视图，所述托架组件限定了各自的内部凹槽，所述凹槽构造为接纳至少一部分的横向邻近的超导绕组。

图13为图12的托架组件的等距视图，其显示了超导绕组和各自的拱形支撑件。该托架组件可布置为支撑横向延伸的环路的一个端部，该横向延伸的环路布置为转移可由超导绕组经受的横向负载。

图14为示出两个示例性基部模块的轴向组件的局部剖视图，这两个基部模块包括各自的托架组件，这些托架组件相结合可组成相对于轴向延伸的绕组段的模块托架组件。

图15为局部等距视图，其有助于形象地体现出轴向延伸环路的方向是可以交替的，以此来实现横向负载的对称传递。

图16为等距视图，其示出由在一些上述附图中展示的各种部件的至少一些构成的组件，这些构件相结合形成体现本发明方方面面的绕组支撑装置，如有效地充分减少从“热的”转子芯到超导绕组的热传递，同时机械地抵抗在机器正常运行和/或故障条件运行过程中可产生的力、应力，张力以及周期性负载。