[发明专利]超导发电机中的部分低温屏蔽组件及其组装方法

说明书

一种超导发电机的环形场包括部分低温屏蔽组件。环形场具有由热屏蔽件包围的超导场绕组。热屏蔽件被限定绝缘真空罩的外壳包围。环形场还包括设置在外壳内并且将热屏蔽件联接至外壳的扭矩管组件。多层热绝缘体的柔性垫设置在真空罩内，大体上包围热屏蔽件并大体上在外壳和热屏蔽件之间延伸。环形场还包括部分低温屏蔽组件，该部分低温屏蔽组件包括在外壳和热屏蔽件之间设置在真空罩内的浮动屏蔽件。浮动屏蔽件仅延伸外壳的总长度的一部分。浮动屏蔽件包括多层热绝缘体的绝缘叠层。公开了一种超导发电机和一种利用具有改进的部分屏蔽的该超导发电机的风力涡轮。

技术领域

本公开的实施例大体上涉及一种包括超导发电机的风力涡轮，并且更特别地涉及用于超导发电机的低温冷却的方法和系统。

背景技术

超导磁体用于各种设备中，所述设备诸如但不限于用于发电机和电动机的超导转子、用于医疗诊断的磁共振成像(MRI)系统、用于火车运输的磁悬浮装置、核聚变和大型故障限流装置。

常规的超导磁体包括至少一个超导线圈，该超导线圈典型地必须与环境热隔离并且必须通过低温冷却剂保持在所需的低温。通过将冷却的部件与电机的较热构件分开，可对低温冷却的部件实现有效的热隔离。典型地，这些低温冷却的部件被3-20 mm厚的刚性热屏蔽件包围，该刚性热屏蔽件由坚固的真空罩(enclosure)包围。通常由铝或铜制成的刚性热屏蔽件减少来自周围热环境并更特别是来自真空容器(300至350开尔文)的热传递，以帮助维持在超导线圈中的低的低温温度，并且其需要坚固的支撑以便使热屏蔽件与超导线圈和真空罩保持隔开，从而减少热传递。

一些超导磁体通过低温冷却器(诸如常规的Gifford-McMahon低温冷却器)进行传导冷却，该低温冷却器的外壳与真空罩密封连接，其第一级从外壳延伸至真空罩中，以与热屏蔽件热接触，并且其第二级从第一级延伸以与超导线圈热接触。

其它超导磁体通过液态冷冻剂(诸如液态氦)冷却，超导线圈组件被放入该液态冷冻剂中，即所谓的“浴冷却”。这种用于维持安装在其中的样品或装置的低的低温温度的低温容器通常被称为低温恒温器。热屏蔽件包围杜瓦瓶，并且真空罩包围热屏蔽件。为了减少液氦的蒸发，已知的是增添低温冷却器冷头，其外壳密封地连接至真空罩，其第一级与外热屏蔽件热接触，并且其第二级与内热屏蔽件热接触。注意的是，外热屏蔽件通过低温冷却器冷头的第一级冷却，以减少跨热屏蔽件的热传递，这完全(well)在本领域技术人员的理解范围内。由于真空容器的电枢加热，典型的低温恒温器具有300至350K的外真空壳体温度。真空容器的这种加热导致至热屏蔽件上的更高的热辐射。已知的是，在热屏蔽件和真空罩上和/或在热屏蔽件和真空罩之间使用多层绝缘体的垫(blanket)(诸如带金或镀铝的聚酯薄膜或塑料片的起皱或非起皱层，诸如Mylar®)以进一步减少通过来自真空容器壁的热辐射的热传递。

在超导发电机中，扭矩管和热辐射是两个主要热负载。通过进一步减小热辐射热负载，可减少对于屏蔽冷却所需的低温冷却器的数量。因而，用于进一步减小超导发电机的低温恒温器中的热辐射热负载的改进的热屏蔽是期望的。改进的热屏蔽提供用于平准化度电成本(LCOE)的降低。

发明内容

本公开的各种实施例提供用于在风力涡轮的超导发电机中使用的包括部分低温热屏蔽的固定场。根据一个示例性实施例，公开了一种固定场。该固定场包括外壳、至少一个超导场绕组、热屏蔽件、扭矩管组件、多层热绝缘体的至少一个柔性垫以及部分低温屏蔽组件。外壳延伸第一长度并在其中限定绝缘真空罩。至少一个超导场绕组设置在真空罩内并与外壳隔开。热屏蔽件设置在真空罩内并包围至少一个超导场绕组并且与至少一个超导场绕组隔开。扭矩管组件设置在外壳内并将热屏蔽件联接至外壳。多层热绝缘体的至少一个柔性垫设置在真空罩内，大体上包围热屏蔽件，大体上延伸至外壳并大体上延伸至热屏蔽件。部分低温屏蔽组件设置在真空罩内。部分低温屏蔽组件延伸第二长度，其中第二长度小于第一长度。部分低温屏蔽组件联接至外壳并部分地包围热屏蔽件且大体上与热屏蔽件隔开。