CN103125065B - 减振地、无接触地支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法 - Google Patents

减振地、无接触地支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103125065B
CN103125065B CN201180045965.7A CN201180045965A CN103125065B CN 103125065 B CN103125065 B CN 103125065B CN 201180045965 A CN201180045965 A CN 201180045965A CN 103125065 B CN103125065 B CN 103125065B
Authority
CN
China
Prior art keywords
supply lines
hollow axle
magnetic
cylinder
coolant supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201180045965.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103125065A (zh
Inventor
米夏埃尔·弗兰克
约恩·格林德曼
黑塞尔特 彼得·范
彼得·范黑塞尔特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN103125065A publication Critical patent/CN103125065A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103125065B publication Critical patent/CN103125065B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04Devices damping pulsations or vibrations in fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/06Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/193Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil with provision for replenishing the cooling medium; with means for preventing leakage of the cooling medium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于支撑用于超导电机(100)的冷却剂供给线路(310)的装置,该装置具有空心轴(320),该空心轴在第一区域(320')中能与超导电机(100)相连接并且在其内部布置有用于将冷却剂从冷却单元(200)输送给超导电机(100)的冷却剂供给线路(310)。在空心轴(320)的第一区域(320'')中设有磁性支承件(400),该磁性支承件这样布置,从而在冷却剂供给线路(310)上施加径向的以及由此是运动减振的、居中的力。该磁性支承件(400)包括第一磁性圆筒(410)和第二磁性圆筒(420),其中,第一磁性圆筒(410)布置在冷却剂供给线路(310)的外壳上,并且第二磁性圆筒(420)布置在空心轴(320)的内侧面上。第一磁性圆筒(410)是由具有欧姆电阻的良好导电材料所制成的圆柱体。

Description

减振地、无接触地支撑用于 超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的一种装置和一种方法。本发明特别涉及一种用于支撑用于超导电机的长的冷却剂供给线路的装置。这种装置已在DE 103 58 341 A1中公知。
背景技术
自从发现了在77K的工作温度下发挥其超导作用的材料(例如,YBCO和BiSCO)中的高温超导以来,可在经济上有利地使用具有超导转子绕组的超导电机、例如同步电机或发电机。例如,在DE 103 58 341 A1中公知了这种超导电机。
图1示出了这种带有连接上的冷却单元200的超导电机100的一种可能的结构。作为这样的超导电机进行工作的超导电机100由此必须首先将电机中现有的超导绕组冷却到其77K或更低的工作温度。为此在电机100的设计为轴的转子110的内腔中注入了适合的冷却剂。为此通过相应的装置300将转子的这个内腔与冷却单元200相连接。冷却单元200不能直接与电机100相连接。更确切地说是必须确保转子内腔的针对周围环境的合适密封,从而不会产生热泄漏以及不会与此相关联地影响超导效果。为此还必须在围绕着其轴线旋转的转子轴110和固定的冷却装置200之间设置一个适合的密封件。这将通过一个相应地设计的空心轴320来实现。为了避免热泄漏,必须在给定的横截面的情况下相应地将该空心轴320设计为长的。在空心轴320内设有冷却剂供给线路310,该冷却剂供给线路与冷却单元200固定连接并且将冷却剂从冷却单元200输送到转子110的空腔中。空心轴320在此在侧面320”上与旋转的转子轴110固定连接。在另一侧面320'上,在旋转的空心轴320和固定的冷却剂供给线路310之间设有适合的密封装置。在冷却剂供给线路310内可以设有例如所谓的热管道311,该热管道承担了实际的冷却剂输送任务。
在空心轴320内,冷却剂供给线路310穿过密封装置被支撑在侧面320'上并且由此在空间上被固定。通过磁性支承件400将冷却剂供给线路310在空间上固定在另一个电机侧面320”上。磁性支承件400以超导的和/或永磁性的支承结构为基础。超导支承件的成本费用很高,其原因在于超导材料很贵且制造费用高。另一个缺陷在于,为了确保超导支承件的功能,必须将超导材料冷却到其跃变温度以下的温度。这使得该支承件易受干扰并且限制了其在电机100中的空间上的布置。永磁性支承件具有高重量并且同样成本高昂。永磁体的重量压在冷却剂供给线路310的、处在电机侧面320”上的端部上,并且由此不利于端部的稳定性。为了消除不稳定性,冷却剂供给线路310和空心轴320必须构造为实心的。这提高了费用支出并且导致机器性能变差。
在电机侧面320”上没有磁性支承件400的电机100导致冷却剂供给线路310在空间上不固定的情况下在电机侧面320”上自由地运动。由于冷却剂供给线路310仅在一侧上得到固定,但在空心轴的另一端上是可以自由运动的,所以可能使得冷却剂供给线路310振动。在空心轴320的所要求的长度的情况下,在超导电机中,冷却剂供给线路310的由此所产生的共振频率恰好处在电机100的旋转频率的工作范围内。相应地,该频率作为电机100的工作频率必须被明确地排除。也就是说,因此能够尝试通过冷却剂供给线路310的相应的构造措施将共振频率保持在转子轴110的旋转频率范围以外并且由此保持在电机100的可靠的工作范围以外。但基于超导电机的越来越小的结构体积要求以及由此越来越细的空心轴和越来越细的冷却剂供给线路的要求,在同时实现更高转速的期望的情况下,上述设置越来越难以实现。
发明内容
本发明的目的由此在于提出一种相应的装置和方法,其在小结构体积和更高转速的情况下同时避免超导电机的可靠的工作范围受到冷却剂供给线路的共振频率的局限,其中,应该放弃在冷却剂供给线路上的具有沉重的永磁体的支承件或昂贵的超导体。
该目的通过用于支撑冷却剂供给线路的装置以及通过用于应用前述装置的方法来实现。
按照本发明的用于支撑冷却剂供给线路、尤其是用于超导电机的长的冷却剂供给线路的装置包括空心轴,该空心轴在第一区域中能与超导电机相连接并且在其内部布置有用于将冷却剂从冷却单元输送给超导电机的冷却剂供给线路。在此,冷却剂供给线路在空心轴的第二区域中能与冷却单元相连接并且固定在该空心轴中。在空心轴的第一区域中为冷却剂供给线路设有磁性支承件,并且该磁性支承件这样布置,从而在冷却剂供给线路上施加径向的并且由此是减振的和/或居中的力。该磁性支承件具有第一圆筒和第二磁性圆筒,其中,第一磁性圆筒这样布置在冷却剂供给线路的外壳上,并且第二磁性圆筒这样布置在空心轴的内侧面上,即,第一磁性圆筒和第二磁性圆筒在径向方向上相对设置。第一磁性圆筒是由具有欧姆电阻的良好导电材料所制成的圆柱体。
本发明基于以下发现,即,冷却剂供给线路对运动或振动的减振足以提供可长期运转的机器。可以不再利用大的力量来定中心并且由此可以不再仅通过永磁性支承件或具有超导材料的磁性支承件来强力地固定冷却剂供给线路。在具有欧姆电阻(也就是说,不是超导材料)的良好导电材料中的运动感应产生的涡流对冷却剂供给线路的自由端部的振动提供了足够大的减振。在电机不会被冷却剂供给线路的端部的振动损坏的情况下由此持续地保证了可靠的功能。
良好导电材料可以由铜、银、金或铝构成。铝具有例如,仅仅很小的重量并且由此使得机器具有价格低廉的特性。由于只需要良好导电材料的薄层,所以其制造既简单又费用低廉。
良好导电材料可以由纯度大于99.9体积百分比(Vol-%)的高纯度的铜、银、金或铝构成。这些材料均容易在市场上购买到并且在低温下能够实现高导电性能。因此,良好导电材料在低温、尤其是小于或等于77°K的温度的情况下具有特殊的小于100μΩcm2/m、尤其是小于10μΩcm2/m的电阻。由此,从毫米至微米的范围内的非常薄的层便已足够在冷却剂供给线路运动时产生用于良好的减振的涡流。基于处在尤其是薄壁的冷却剂供给线路上的良好导电材料的低附加重量,冷却剂供给线路的视重力而定的弯曲度能够被保持在可容忍的限度内。
第二磁性圆筒可以由多个轴向地并排布置的同中心的永磁体环构成。在第二磁性圆筒上的这些永磁体环不对冷却剂供给线路产生任何机械负载,由此仍保持前述优点。在永磁体相对于由良好导电材料构成的层运动时,通过这些永磁体可以简单且不产生电支出地(例如,它在通过电线圈产生电磁场的情况下是必需的)在良好导电材料中产生涡流。正如之前以所期望的优点所描述的那样,通过该涡流实现了运动的减振。
在空心轴的内侧面和同中心的永磁体环之间可以布置有由铁磁材料制成的第二圆柱体。可替换地或额外地,在轴向方向上并排设置的永磁体环可以分别通过由铁磁材料制成的环彼此分开。该铁磁材料在冷却剂供给线路上的由良好导电材料构成的层上产生了永磁体的磁场的强化效应并且由此产生了强化的运动减振。
按照本发明的用于应用前述装置的方法包括,针对相对于空心轴的机械运动,对冷却剂供给线路进行减振。可以通过在第一磁性圆筒的导电材料中的运动感应的涡流来实现机械运动的减振。该方法和装置可以被使用在超导电机中。
与用于支撑冷却剂供给线路的方法和该方法的应用以及用于支撑冷却剂供给线路的装置相关联的优点与前面借助装置本身描述的优点类似。
通过在一个端部上利用磁性支承件而在另一个端部上利用已存在的密封装置,将冷却剂供给线路支撑在空心轴中,实现了冷却剂供给线路在空心轴中的双侧固定。冷却剂供给线路的共振频率由此朝向明显更高的频率移动并且由此离开超导电机的工作范围移动。恰好在长的空心轴并且由此在长的冷却剂供给线路的情况下,也就是正如其被要求用于超导电机那样,可以由此避免该电机的可靠的工作范围受到局限。由于磁性支承结构优选地设置在与转子轴相连接的或甚至是处在冷却剂供给线路也深入到其中的转子孔本身中的空心轴的端部上,所以磁性支承件与在其中包含有冷却剂的转子非常接近并且由此处在非常低的温度范围内。但在77°K左右或更低的这种温度的情况下,此时只可以使用磁性支承件。由此磁性支承件具有以下优点,即,与传统的机械支承件相比它具有更小的损耗。基于机器结构在支承件的空间范围内产生的低温同时可以被用于通过高纯度的良好导电材料的优良的传导性能来实现良好的运动减振,为此只需使用少量的良好导电材料。少量的良好导电材料同时意味着小的重力并且由此意味着小的重量负载和冷却剂供给线路的可能出现的低的弯曲度。
通过由在径向方向上相对设置的、布置在冷却剂供给线路的外壳上的第一磁性圆筒和布置在空心轴的内侧面上的第二磁性圆筒这两者构成磁性支承件,另外还可以实现更为简单的冷却剂供给线路安装。由于存在于两个磁性圆筒之间的缝隙在安装时不会产生机械限制。更确切地说,正如迄今为止所述的那样还可以在不出现更大问题的条件下将冷却剂供给线路插入到空心轴中并且由此将冷却单元与超导电机相连接。
由于磁性支承件处在与超导电机的转子轴的冷却剂相同的空腔中,所以也能够通过该冷却剂将超导磁性圆筒冷却到77°K或更低的温度。即便是使用具有欧姆电阻的良好导电材料来代替超导材料,仍可以通过磁性支承件实现磁性支承作用以及由此实现冷却剂供给线路的运动的减振,而不是在小于等于77°K的工作温度的情况下才实现上述作用。这提高了磁性支承件在冷却装置失效的情况下发挥作用的可靠性。
附图说明
下面借助附图详细地阐述本发明的优选的实施方式的有利的改进方案,然而本发明并不局限于这些实施方式。
图中示出:
图1示出根据现有技术的具有连接上的冷却装置的超导电机结构;和
图2示出按照本发明的具有由具有欧姆电阻的良好导电材料制成的圆柱体的装置的磁性支承结构的第一个实施方式;和
图3示出与图2所示的装置类似的但具有轻微结构改动的按照本发明的装置的磁性支承结构的第二个实施方式。
具体实施方式
图1再次示出了开头借助现有技术已经描述过的、具有冷却单元200的超导电机100的原理结构。该电机(在本实例中是同步电机100)通过装置300(其尤其是空心轴320和冷却剂供给线路310)与冷却单元200相连接。在冷却单元中,冷却剂被冷却到77K并通过冷却剂供给线路310被输送给同步电机100的转子轴110。为了避免同步电机100上的热泄漏,空心轴320相应地设计为长的。空心轴在一个面上,也就是说在区域320”中与转子轴110固定连接,从而使得该空心轴在同步机器的运行过程中以与转子110相同的转速旋转。在空心轴320中布置有冷却剂供给线路310。在空心轴320的远离同步电机100的端部上(也就是说在区域320'上)设有设计为例如,铁磁流体密封、迷宫式密封或缝隙密封的密封装置。该密封装置针对周围环境对转子110的以及与其相连接的空心轴320的内部空间体积进行密封。为此,冷却剂供给线路310穿过该密封装置引导并且由此得到支撑和固定。在空心轴320的外部,冷却剂供给线路310随后以适合的方式,例如,通过法兰连接与冷却单元200相连接。在此,通过冷却剂供给线路310中的一个或多个所谓的热管道311,冷却剂现在可以从冷却单元200到达转子轴110的内部且反之亦然。在此不进一步详细地描述超导电机、冷却单元和空心轴的实施方式以及作用原理。相反地为此应参考DE 102 31 434 A1。
如图1中所示的那样,现在根据现有技术在空心轴320的远离机器的端部320”上设有磁性支承件400并且这样布置该磁性支承件,从而在冷却剂供给线路310上施加径向的排斥的(abstoβend)且由此居中的力。根据现有技术的磁性支承件400仅基于永磁体或基于与超导材料相互作用的永磁体。通过该磁性支承结构400和密封装置中的支承结构,此时在前面仅在单侧支撑的冷却剂供给线路310现在被双侧地支撑和固定在空心轴320中。通过额外的固定实现了,冷却剂供给线路310的之前在电机侧面上自由地滑动且由此具有振动能力的端部现在固定住并且由此使得冷却剂供给线路310的共振频率进入了更高的频率范围中。但磁性支承结构400在空心轴320中的确切位置仅仅在现有技术中在必须以如下方式布置磁性支承件从而通过冷却剂供给线路310的双侧固定来使得共振频率远离超导电机100的工作范围并且使得超导材料在应用过程中保持低温的范围内有重要意义。在此优选地在空心轴的端部上,例如,在空心轴和转子轴之间的凸缘上或也在转子轴本身中设有磁性支承件400。
磁性支承件400由第一磁性圆筒410和第二磁性圆筒420构成,其中,第一磁性圆筒410布置在冷却剂供给线路310的外壳上,并且第二磁性圆筒420布置在空心轴320的内侧面上。两个磁性圆筒410和420在此这样布置,即,它们在径向方向上相对设置。在此,这样选择两个磁性圆筒410和420的尺寸,即在第一磁性圆筒410的外表面和第二磁性圆筒420的内表面之间还存在一个缝隙。这两个磁性圆筒410,420的磁场这样指向,即它们在缝隙中产生相互排斥的力。通过这个排斥的力使得冷却剂供给线路310连同第一磁性圆筒410在第二磁性圆筒的自由内腔中处在悬浮状态中并且通过产生的排斥力而处在该内腔的中央。由此冷却剂供给线路310现在在两侧固定在空心轴320中,从而使得冷却剂供给线路310的共振频率移动到更高的频率中并且由此离开了电机100的旋转频率范围。
如前面已经描述过的那样,在磁性支承件400中使用超导材料时,支承件400必须被布置在被冷却到低温的空间区域中,其中,支承件400在冷却装置失效或断开的情况下不起作用。尤其是在冷却单元200受到干扰时这可能会导致不可逆转的变形甚至导致损坏电机100和/或冷却剂供给线路310。在使用完全由永磁体构成的磁性支承件400时,永磁体的相对较大的重量可能导致出现冷却剂供给线路310的变形。为了避免这种情况,一种强化的材料部件是必要的,但该强化的材料部件费用高昂并且可能导致电机100在运行中出现性能下降。
为了避免现有技术中的这些问题,存在以下认识:冷却剂供给线路310的运动或机械振动的减振足以避免损害到电机100和/或冷却剂供给线路310,这种认识产生以下有创造性的理念,即,不使用永磁体和用于支撑在冷却剂供给线路310的侧面上的超导材料。在高于低温的温度的情况下,重量减小和可靠的运动减振也改善了运行中的机器性能并且也降低了与冷却单元200相连接的电机100的易受干扰性。
图2示出了按照本发明的用于支撑冷却剂供给线路的装置的第一个实施方式,其中,第一磁性圆筒410是由具有欧姆电阻的良好导电材料制成的圆柱体。空心轴320在此由例如NDE空心轴的外壳层321和内壳层322构成。在此,在外壳层和内壳层之间设有绝缘真空。在内壳层322中设有穿过密封装置在空心轴320的端部320'处从外面插入的冷却剂供给线路310。通过冷却剂供给线路中的热管道311,冷却剂被引入到空心轴的区域320”中并且由此也引入到与此相连接的转子轴110中。由铁磁液体构成的密封装置将冷却剂供给线路310支撑在空心轴320的区域320'中。在空心轴320的远离该区域的侧面320”上,按照本发明磁性支承件400具有处在冷却剂供给线路310的外圆周上的圆柱体,该圆柱体由具有欧姆电阻的良好导电材料制成。在轴向方向上,在空心轴320的内侧面上的相同位置上轴向地并排布置有多个永磁体环。该数量的磁性环形成了第二磁性圆筒420,该第二磁性圆筒使得由具有欧姆电阻的良好导电材料制成的第一磁性圆筒410能够在其自由的内腔中运动。在一定的界限内,第一圆柱体410在第二圆柱体420中的运动可能是无接触的,由此在冷却剂供给线路310和空心轴320或转子轴110之间不产生直接的、无辐射的热传导。
当冷却剂供给线路310相对于空心轴320在侧面320”上运动或机械振动时,通过例如,第一磁性圆筒410的永磁体的在空间上变化的磁场,在由具有欧姆电阻的良好导电材料制成的第二磁性圆筒420的位置上,在具有欧姆电阻的良好导电材料中产生了涡流,该涡流的磁场与第一磁性圆筒410的磁场相互作用从而实现了运动或机械振动的减振。为了实现运动或机械振动的充分的减振而在两个侧面上,既在第一磁性圆筒中又在第二磁性圆筒中,通过永磁体或通过在支承件400中使用超导材料来固定或支撑更大的磁场并不是必需的。具有欧姆电阻的良好导电材料中的涡流和其磁场足以为冷却剂供给线路310提供运动或机械振动的充分的减振,这避免了冷却剂供给线路的不可逆转的机械损伤。
假设要为超导电机100实现77°K或更低的运行温度的话,那么圆柱体410也将变得传导性非常好,其原因在于:尤其是对于非常纯的金属而言,在低温条件下欧姆电阻会明显随着温度而减小到小的值。由此在运行温度下从之前单侧固定的、也就是说被夹紧的冷却剂供给线路310中出现了两侧地支撑的结构,其在侧面320”上的运动被明显减振。在运行中,空心轴320以及由此还有超导的第二磁性圆筒420围绕着固定的冷却剂供给线路310以及布置在其上的第一磁性圆筒410旋转。由这两个磁性圆筒410和420的磁场所产生的在径向方向上起作用的力随后导致冷却剂供给线路310在空心轴320的端部320”上的运动也得到减振。
图3中所示的实施例是磁性支承件400,该磁性支承件与图2中所示的由以具有欧姆电阻的良好导电材料制成的第一磁性圆筒410和具有多个永磁体环410的第二磁性圆筒420构成的、被布置在空心轴320的区域320”中的一个位置上的磁性的支承结构(Lagerung)相同,该磁性支承件设计为所谓的颈管状凸缘(Halsrohrflansch)。
磁性支承件400的、在图2和图3中所示出的两个实施例尤其具有以下优点,即,冷却单元200和冷却剂供给线路310在超导电机100上的安装基本上不受到附加的磁性支承件400的影响。由于可以相对较大地选择两个圆柱体410和420之间的支承件缝隙,所以在按照本发明的装置中也能够顺利地将冷却剂供给线路310插入到空心轴320中。但为了改进支承效果也可以选择小的支承件缝隙。
在各个单独的永磁体环之间可以插入用于引导液体的铁磁圆片。各个单独的永磁体环优选地由Nd-B-Fe或Sm-Co构成。在这些圆片和永磁体环之间可以额外地插入在图2中未示出的、由铁磁材料制成的薄片。在图2和图3所示的结构中,为了实现磁性支承件400的最佳效果,气隙具有相应于各个单独的永磁体环在轴向方向上的宽度L的大约0.1-0.3倍的高度。磁性圆筒的径向厚度应该大约与值(L/2至4×L)相应。在超导电机的一个典型应用(例如,超导电动机或发电机)中,冷却剂供给线路310的直径具有1-3cm的值。与此相应地,永磁体环具有约为0.4-1cm的宽度以及0.2-2.5cm的径向厚度。铁磁圆片应该具有1-4mm的厚度,而固定的第一圆柱体410和旋转的第二磁性圆筒420之间的气隙应该具有0.7-2.5mm的高度。
即使是在第一圆柱体410中涉及到磁性圆筒,那也不意味着该圆柱体是永磁性的,而是通过所产生的涡流在相对于第二磁性圆筒420运动时产生了磁场,该磁场反作用于该运动,也就是说对运动进行减振。因此,概念支承结构或支承件400应被理解成减振装置,该减振装置反作用于冷却剂供给线路310朝向电机100的空间上的相对运动和旋转,但该相对运动和旋转并不完全受到阻止。更确切地说是冷却剂供给线路310在空心轴的侧面320”上产生的朝向转子轴的机械振动被减振并且不能在共振的情况下导致不可逆转的毁损。
作为由永磁体构成的结构的可替换方案,第二磁性圆筒420也可以包括有电流流经的线圈或线匝或其它产生磁场的装置。用于支撑冷却剂供给线路的装置的在图2和图3中示出的实施例不应限制本发明,而是也可以相互地结合和/或与其它未示出的实施方式相结合。

Claims (14)

1.一种用于支撑用于超导电机(100)的长的冷却剂供给线路(310)的装置(300),所述装置具有空心轴(320),所述空心轴在第一区域(320”)中能与所述超导电机(100)相连接并且在所述空心轴内部布置有用于将冷却剂从冷却单元(200)输送给所述超导电机(100)的所述冷却剂供给线路(310),其中,所述冷却剂供给线路(310)在所述空心轴(320)的第二区域中能与所述冷却单元(200)相连接,并且固定在所述空心轴(320)中,其中,
·在所述空心轴(320)的所述第一区域(320”)中为所述冷却剂供给线路(310)设有磁性支承件(400),并且所述磁性支承件这样布置,从而在所述冷却剂供给线路(310)上施加径向的并且由此是减振的和/或居中的力,并且其中
·所述磁性支承件(400)具有第一磁性圆筒(410)和第二磁性圆筒(420),其中,所述第一磁性圆筒(410)这样布置在所述冷却剂供给线路(310)的外壳上,并且所述第二磁性圆筒(420)这样布置在所述空心轴(320)的内侧面上,即,所述第一磁性圆筒(410)和所述第二磁性圆筒(420)在径向方向上相对设置,
其特征在于,所述第一磁性圆筒(410)是由具有欧姆电阻的良好导电材料所制成的圆柱体,
所述第一磁性圆筒是固定的,并且所述第二磁性圆筒围绕所述第一磁性圆筒旋转。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述良好导电材料由铜、银、金或铝构成。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述良好导电材料由纯度大于99.9体积百分比的高纯度的铜、银、金或铝构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置,其特征在于,在小于或等于77°K的温度的情况下,所述良好导电材料具有特殊的小于100μΩcm2/m的电阻。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述良好导电材料具有小于10μΩcm2/m的电阻。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置,其特征在于,所述第二磁性圆筒(420)由多个轴向地并排布置的同中心的永磁体环构成。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述第二磁性圆筒(420)由多个轴向地并排布置的同中心的永磁体环构成。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,在所述空心轴(320)的所述内侧面和所述同中心的永磁体环之间布置有由铁磁材料制成的第二圆柱体。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,在所述空心轴(320)的所述内侧面和所述同中心的永磁体环之间布置有由铁磁材料制成的第二圆柱体。
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,在轴向方向上并排设置的所述永磁体环分别通过由铁磁材料制成的环彼此分开。
11.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,在轴向方向上并排设置的所述永磁体环分别通过由铁磁材料制成的环彼此分开。
12.一种应用根据权利要求1至11中任一项所述的装置的方法,其特征在于,针对相对于所述空心轴(320)的机械运动,对所述冷却剂供给线路(310)进行减振。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,通过在所述第一磁性圆筒(410)的导电材料中的运动感应的涡流来实现所述机械运动的减振。
14.一种具有根据权利要求1至11中任一项所述的装置的超导电机。
CN201180045965.7A 2010-09-24 2011-09-20 减振地、无接触地支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法 Expired - Fee Related CN103125065B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010041328.3 2010-09-24
DE102010041328A DE102010041328A1 (de) 2010-09-24 2010-09-24 Vorrichtung und Verfahren zum gedämpften, berührungslosen Lagern einer Kühlmittelzuführung für supraleitende Maschinen
PCT/EP2011/066304 WO2012038416A2 (de) 2010-09-24 2011-09-20 Vorrichtung und verfahren zum gedämpften, berührungslosen lagern einer kühlmittelzuführung für supraleitende maschinen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103125065A CN103125065A (zh) 2013-05-29
CN103125065B true CN103125065B (zh) 2016-08-17

Family

ID=44764104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180045965.7A Expired - Fee Related CN103125065B (zh) 2010-09-24 2011-09-20 减振地、无接触地支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9083206B2 (zh)
EP (1) EP2603968B1 (zh)
JP (1) JP5649735B2 (zh)
KR (1) KR101836550B1 (zh)
CN (1) CN103125065B (zh)
DE (1) DE102010041328A1 (zh)
WO (1) WO2012038416A2 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203691206U (zh) * 2012-12-12 2014-07-02 西南交通大学 超导同步电机
DE102014212166A1 (de) * 2014-06-25 2015-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine, mit Kühlmittelübertragung in axialer Richtung
DE102014212167A1 (de) * 2014-06-25 2015-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit Kühlmittelübertragung in radialer Richtung
DE102014215645A1 (de) * 2014-08-07 2016-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung und Kühlverfahren zur Kühlung einer Energieumwandlungsvorrichtung mit einem Rotor und wenigstens einer Turbine
DE102014215649A1 (de) 2014-08-07 2016-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Maschine mit radialer Wärmeauskopplung
DE102014215647A1 (de) 2014-08-07 2016-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie mit zwei Generatorvorrichtungen
DE102015201610A1 (de) 2015-01-30 2016-08-04 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur Kühlung eines hochpoligen Rotors

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5226578B2 (zh) 1974-02-08 1977-07-14
JPS5125648A (ja) 1974-08-28 1976-03-02 Hitachi Ltd Jikijukuke
JP2628227B2 (ja) 1990-11-21 1997-07-09 超電導発電関連機器・材料技術研究組合 超電導回転子用ダンパ
SE508442C2 (sv) 1997-01-28 1998-10-05 Magnetal Ab Elektrodynamiskt magnetlager
DE10231434A1 (de) 2002-05-15 2003-12-04 Siemens Ag Einrichtung der Supraleitungstechnik mit thermisch an eine rotierende supraleitende Wicklung angekoppeltem Kaltkopf einer Kälteeinheit
DE10358341B4 (de) 2003-12-12 2010-03-25 Siemens Ag Vorrichtung zum Lagern einer Kühlmittelzuführung für supraleitende Maschinen
JP2007046695A (ja) 2005-08-10 2007-02-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 回転機構装置、振動減衰装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013539844A (ja) 2013-10-28
US20130190184A1 (en) 2013-07-25
WO2012038416A3 (de) 2013-01-24
US9083206B2 (en) 2015-07-14
KR101836550B1 (ko) 2018-03-08
DE102010041328A1 (de) 2012-03-29
EP2603968B1 (de) 2017-04-26
JP5649735B2 (ja) 2015-01-07
KR20130108592A (ko) 2013-10-04
CN103125065A (zh) 2013-05-29
EP2603968A2 (de) 2013-06-19
WO2012038416A2 (de) 2012-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103125065B (zh) 减振地、无接触地支撑用于超导电机的冷却剂供给线路的装置和方法
EP2299567B1 (en) Superconducting rotating electrical machine
CN100338859C (zh) 位于同步电机的转子和低温冷却流体源之间的冷却流体连接器
US6762522B2 (en) Magnetic bearing for suspending a rotating shaft using high Tc superconducting material
CN103795224B (zh) 一种超导隔磁式调磁装置
CN1745512A (zh) 具有转子和超导转子绕组的机器
CN107910979A (zh) 高速磁悬浮飞轮储能装置
JP2010093886A (ja) 超伝導回転機
KR20050051547A (ko) 자기베어링
JP2007247896A (ja) 高温超伝導磁気ベアリング
KR102056132B1 (ko) 로터 조립체 및 이를 포함하는 초전도 발전기
CN100583609C (zh) 轴径向磁通全超导同步电机
AU2007271814B2 (en) Synchronous machine having magnetic bearing excited by the rotor
KR101265287B1 (ko) 자기냉매를 이용한 초전도 회전기기
CN115949672A (zh) 一种磁悬浮轴承和磁悬浮轴承系统
CN109114111B (zh) 磁悬浮结构
KR101444779B1 (ko) 초전도 베어링을 적용한 초전도 회전기 및 초전도 베어링의 냉각시스템
JP2001343020A (ja) 超電導磁気軸受及び超電導フライホイール装置
JP2004531187A (ja) 巻線支持体に配置された超伝導巻線と巻線支持体を保持する保持手段とを備える機械
LIU et al. Design of permanent magnet systems using finite element analysis
WO2024195203A1 (ja) 超伝導回転機、および、その冷却方法
JP2008074263A (ja) 駆動装置
KR102208790B1 (ko) 초전도 극저온 팽창기
KR20240104649A (ko) 극저온 초전도 회전기의 커플링부 동결방지 구조
CN115102428A (zh) 一种扁平磁悬浮装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160817

Termination date: 20210920