CN104025435A - 用于支承电动机器的转子中的超导绕组的装置 - Google Patents
用于支承电动机器的转子中的超导绕组的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104025435A CN104025435A CN201280013610.4A CN201280013610A CN104025435A CN 104025435 A CN104025435 A CN 104025435A CN 201280013610 A CN201280013610 A CN 201280013610A CN 104025435 A CN104025435 A CN 104025435A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circle
- base portion
- microscler
- core body
- rotor core
- 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.)
- Granted
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 title claims abstract description 98
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 claims description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 2
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 8
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 6
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 6
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
提供了一种用于支承电动机器的超导绕组(61)的装置(结构)。长形圈(74)为该绕组提供径向支承。基部组件(84)可包括基部模块(89),该基部模块(89)设置成通过管状联接器(86)在该长形圈的近端(76)处锚定该圈。管状联接器可进一步提供相对于轴向上相邻的基部模块的机械连接。支架组件(100)可限定内凹口以接纳绕组的一部分并诸如通过支承件(80)在长形圈的远端(78)处支承该长形圈。侧向延伸圈(106)可具有连接至支架组件(100)的第一端部和连接至基部模块(89)的第二端部以将可能由绕组经受的侧向负载传递至转子芯体。
Description
本申请要求于2011年3月15日提交的美国专利申请61/452,726的优先权,其全部内容通过参引合并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及诸如发电机、马达之类的电动机器,并且更具体地涉及设置为支承及热隔离机器的转子中的超导转子绕组的装置(例如,机械结构)。
背景技术
为了增大输出和效率并减小机器尺寸和重量,已开发出了实际上无电阻的超导转子绕组。这些绕组通常称为高温超导(HTS)绕组(有别于在低温下实现超导状态的低温超导材料)。由于高温超导材料对冷却方面的要求不太严格,因而优选地使用高温超导材料。
尽管HTS转子绕组(线圈)对于电流流动展示出相对低的阻值,其对于能够引起过早劣化和绕组失效(例如,电气开路)的机械弯曲和拉伸应力是敏感的。例如,在围绕芯体的HTS转子绕组中形成弯曲处是必要的。应力在这些弯曲处被引发。正常转子扭矩、瞬时故障状态扭矩和瞬时磁场在转子绕组中引起附加应力。同时,HTS转子绕组在环境温度下在转子平衡过程期间会受到超速力,以及在发电运行期间在超导温度下会遭受偶然的超速状态。这些超速和故障状态使转子绕组上的离心力负载大增超过在正常运行状态期间所经受的负载。这些运行状态必须被考虑到HTS转子绕组和相关联的支承结构的设计中。
为了将超导导体保持在其临界温度或低于其临界温度,邻近或靠近绕组设置有运送从低温冷却器供给的冷却剂的冷却剂流动通道。通常的冷却剂可包括液态氦、液态氮或液态氖。保持超导转子绕组与相关联的支承结构在应对静态和动态负载方面的结构的一体性对于开发高温超导电动机器而言提出了相当大的挑战。
鉴于前述考虑,理想的是HTS转子绕组受到设计为耐受上述的正常及故障状态运行的力、压迫、应变以及循环负载的绕组支承系统的足够的支承。此外,支承系统应确保绕组不会过早地破裂、疲劳或断开。更理想的是,绕组支承结构适当地将“热的”转子(通常在室温下运行)与低温冷却的HTS超导绕组相隔离,以使绕组保持处于其临界温度或低于其临界温度。
附图说明
在以下考虑附图的描述中对本发明进行说明,附图中示出:
图1为如可在体现本发明多方面的超导电动机器中使用的示例性转子的示意图。
图2至图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,其与另外的基部模块相组合可被设置为形成轴向延伸的锚定梁,该轴向延伸的锚定梁在一个示例性实施方式中可通过分段的管状联接结构而相互连接。
图6为如可通过管状联接件彼此轴向地相互连接的两个基部模块的局部分解图。
图7为示出两个相互连接的基部模块的示例性轴向组件的局部剖视图,所述两个相互连接的基部模块包括各自的设置为提供径向支承的圈。
图8为连续式杆的等距视图,所述连续式杆如可用于代替前述的分段的联接结构将每个圈在其各自的近端处锚定。
图9和图10示出基部组件的示例性实施方式的相应的等距视图,其中,圈锚定结构与机器的转子芯体成一体。
图11为可有助于显现离心力的线图,所述离心力可产生切向负载分量(例如,侧向分量)和径向负载分量,例如在转子运行期间,该切向负载分量和该径向负载分量可被机器的超导块(例如,绕组)感受到。
图12为限定了各个内凹口的支架组件的等距视图,所述各个内凹口构造成接纳至少一部分的侧向相邻的超导绕组。
图13为图12的支架组件的等距视图,其示出超导绕组和相应的拱状支承件。支架组件可设置为支承侧向延伸圈的一端,该侧向延伸圈设置为传递可由超导绕组经受的侧向负载。
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,所述两个示例性基部模块包括各自的支架组件,其组合构成相对于轴向延伸的绕组部段的模块支架组件。
图15为局部等距视图,其可有助于显现侧向延伸圈的定向可交替以实现侧向负载的对称传递。
图16为示出在前述附图的一些中示出的各种部件的至少一些的组件的等距视图,这些部件组合形成体现本发明的多方面的绕组支承装置,其比如对在机械地承受会于机器的正常和/或故障状态期间产生的力、压迫、应变和循环负载的同时大大减小从“热的”转子芯体至超导绕组的热传递可以是有效的。
具体实施方式
图1中示出了体现本发明的方面的超导转子50。超导转子50限定纵向延伸的轴线52(例如轴向方向)并包括总体上圆柱状的芯体54和同轴地对准的转子端部部分55和57,所述转子端部部分55和57各自附接至芯体54的一端部表面。芯体54的材料展示出高的磁导率,例如,为诸如铁之类的铁磁性材料。
超导转子50可还包括总体上纵向延伸的、跑道状的超导线圈或超导绕组60,该超导线圈或超导绕组60总体上包括轴向直线地延伸的绕组部段60A,该轴向直线延伸的绕组部段60A通过可延伸穿过布置在转子50的各个端部部分55和57处的相应的间隔段55A和57A的径向延伸绕组部段60B(例如,径向方向)连接。
在一个示例性实施方式中,超导转子50可被设置为发电机的转子,并且超导绕组60可被设置为发电机场(转子)绕组。端部部分55或57中的一者可包括轮机联接器,该涡轮联接器用于将转子50连接至原动机以将旋转能供给至超导转子50以便在定子中产生电。在另一实施方式中,超导转子50可被设置为马达的转子,以便响应于围绕的定子绕组中产生的电场而产生旋转能。
在一个示例性实施方式中,端部部分57可包括低温传输联接器68。当超导转子50在电动发电机的运行期间旋转时,低温传输联接器68——其可包括固定部分和旋转部分(图1中未示出各个部分)——将来自低温冷却器(未示出)的冷却流体(例如,低温流体)供给至超导绕组60中的闭合的冷却剂流动通路或通道以保持超导绕组60处于其临界温度或低于其临界温度。冷却剂流动通过冷却剂通道;循环回到低温冷却器,在该低温冷却器处,冷却剂被降温;并返回至冷却剂通道。
低温冷却器的所需冷却容量与在超导发电机的运行期间从“热的”转子芯体54传递至超导绕组60的热量直接地相关。本发明的发明人提出一种绕组支承结构,该绕组支承结构设置为大大减小了这种在正常和瞬态运行状态期间的热传递,使得例如能够减小所需的冷却器容量和由冷却器消耗的用于冷却低温流体的能。
图2至图4为沿图1的平面3-3截取的各个截面图。因涉及的多个部件,这些附图将被用于逐步地介绍体现本发明的方面的绕组支承装置的示例性实施方式的部件。理念为逐步地介绍形成绕组支承装置的部件以避免过多地呈给读者。
图2示出了如可在转子芯体54中构成的腔体70。腔体70可构造为接纳低温保持器72,该低温保持器72如可被用于提供真空以限制从转子芯体54至超导块(例如,绕组)61A和61B的辐射热传递,所述超导块61A和61B在该示例性实施方式中构成超导绕组60。在一个示例性实施方式中,低温保持器72可由诸如无磁性钢之类的非磁性金属或非磁性金属合金制成。
腔体70可被构造为限定诸如肩部73的适当地成形的约束结构(例如,突出部),该约束结构构造为接合低温保持器72的对应的表面以在于转子运行期间产生的离心力的作用下将低温保持器72保持在腔体70中。尽管图中示出了两个超导块,可以理解的是,由于其它示例性实施方式可具有多于或少于两个的超导块,因而本发明的方面不限于任何特定数目的超导块。
超导绕组61A和61B中的每个由多个由已知的超导HTS材料形成的超导带制成。如本领域技术人员可理解的,可使用适当的粘合剂和技术将带进行组装及保持成理想的构型。以下的描述继续介绍用于机械地支承超导绕组61A和61B同时大大减少从“热的”转子芯体54至超导绕组61A和61B的热传递的示例性部件。
图3示出一对长形的圈74,所述一对长形的圈74如可由诸如纤维增强塑料(FRP)之类的在低温时具有相对高的抗张强度并具有高的热阻系数(即,低的导热系数)的材料形成。作为示例而非限制,某些示例性FRP材料在77°K下,可展示出大约1000Mpa或更高的抗张强度和大约0.37W/mK(瓦每米长度-开氏温度)或更小的导热系数(与不锈钢相比较,不锈钢可展示出大约0.65W/mK或更高的导热系数)。因此,FRP材料为对于热流动有很大抗性的材料的一个示例。
每个圈74从近端76延伸至远端78以便为超导绕组61A和61B提供径向支承。在该示例中,远端78构成相对于转子轴54(图1)的径向远端。圈74的FRP材料相当大地抵制了从热的转子芯体54至超导绕组61A和61B的热流动。可在每个圈74与超导绕组61A和61B的对应的侧向表面之间设置间隙75(例如,径向延伸的间隙),以减少在圈74与超导绕组61A和61B之间的传导性热耦合。可在圈74与超导绕组61A和61B之间在超导绕组61A和61B的远端边缘79(例如,上部侧向边缘)处提供接触。
如从以下描述中应当理解的,每个圈74可被设置为将施加在超导绕组61A和61B上的离心负载有效地传递至转子芯体54。图3进一步示出了一对支承件80(例如,拱形的支承件)的示例性实施方式,所述一对支承件80各自分别地布置在圈74的相应远端78与超导绕组61A和61B的对应的表面(例如顶部表面)之间。拱形的支承件80可由铝合金、铜、或其它适当的相对轻质的非磁性材料制成。以下描述继续介绍用于机械地支承超导绕组61A和61B同时大大减少从“热的”转子芯体54至超导绕组61A和61B的热传递的另外的部件。
图4示出基部组件84,该基部组件84包括多个构造成在每个圈74的各自的近端76处将每个圈74相对于转子芯体锚定的基部模块89(例如,图6至8)。在一个示例性实施方式中,基部模块89可设置成形成轴向延伸的锚定梁,并且这种模块可在理念上相似于类似乐高的互锁构造块。可理解的是,基部组件84的模块化方面有助于便利超导绕组61A和61B的轴向延伸的绕组部段60A(图1)的布线。
基部组件84可由钢制成,并且可被构造为通过低温保持器72封围,其中,基部组件84在转子运行期间产生的离心力下通过肩部73(图2)与低温保持器72一起被保持在腔体70中。在一个示例性实施方式中,低温保持器72可部分地构造成封围基部组件84并可进一步构造成延伸到腔体70外部以在绕组支承装置和超导绕组周围形成真空。
在一个示例性实施方式中,基部组件84可包括管状联接器86,该管状联接器86构造成接纳每个圈74的各自的近端76并提供与相邻的基部模块的机械连接(例如,轴向连接)。图4还示出电磁屏蔽体82,该电磁屏蔽体82可连接至转子54以屏蔽超导绕组61A和61B免受瞬时电磁场的影响。屏蔽体82可由诸如铝或铜之类的导电性且非磁性的材料制成。
图5为示例性基部模块89的局部等距视图,该基部模块89与另外的基部模块相组合可形成基部组件84(图4),在一个示例性的实施方式中,每个基部模块89可包括外螺纹联接件88,该外螺纹联接件88构造成接纳内螺纹联接件90的至少一部分,该内螺纹联接件90在其外径的一部分上接收对应的圈74的近端。内螺纹联接件90的轴向尺寸相对于外螺纹联接件88的轴向尺寸可足够长,使得该内螺纹联接件也能够通过轴向上相邻的基部模块的外螺纹联接件来接纳。
图6为两个基部模块891和892的局部分解图,每个基部模块891和892具有各自的如可通过相应的内螺纹联接件90轴向地相互连接至彼此的外螺纹联接件881和882。出于图示的简化,仅一个内螺纹联接件90在图6中示出。另外的内螺纹联接件90可被用于使基部模块891和892的其余外螺纹联接件相互连接。
图7为示出两个示例性基部模块891和892的轴向组件的局部剖视图,所述两个示例性基部模块891和892包括各自的长形的圈74。将理解的是,在图3至图7的上下文中描述的管状联接器为分段的管状联接结构的示例。将理解的是,本发明的方面并不限于分段的管状联接结构。例如,可以使用连续式管状联接结构。例如,如图8中所示,可使用一个或更多个连续式杆92以代替前述的分段的联接结构将每个圈74在其各自的近端76处锚定。
将理解的是本发明的方面不限于在转子腔体中的低温保持器中布置的基部组件结构84。例如,可想到的是,代替容置在转子腔体中的基部组件84(以及相关联的管状联接结构),可构造用于圈74的锚定结构93,其中,如图9和图10中所示,这种锚定结构与机器的转子芯体成一体。在该示例性实施方式中,低温保持器可相对于转子芯体布置在外部,其为圆柱状结构,并且可附接至转子芯体54并设置成围绕转子芯体54以在绕组支承装置和超导绕组的周围形成真空。
图11为用于视觉上理解超导绕组61A和61B的定位可不与径向方向一致。因此,在转子运行期间,离心力可产生切向负载分量94(例如侧向分量)和径向负载分量96二者,此二者会由超导绕组61A、61B经受。考虑到这种切向负载分量和径向负载分量的存在,以下描述继续对用于机械地支承超导绕组61A、61B的部件进行介绍。
图12为限定出各个内凹口101和各个拱形的支承件80的支架组件100的等距视图,所述各个内凹口101构造成接纳超导绕组61A和61B(例如,侧向相邻的绕组)的至少一部分,所述各个拱形的支承件80如图13所示。在一个示例性实施方式中,支架组件100可由诸如支架子组件1001、1002和1003的3个子组件构成。
在该示例性实施方式中,子组件1001可成形为倒置的数字“3”的结构,并且子组件1002和1003可成形为相互面对的“L”状结构。子组件1001、1002、1003的周缘的各个部分可通过诸如由钛或其它具有高抗张强度的金属制成的带103束缚住。在一个示例性实施方式中,带103可有效地设置为将子组件1001、1002和1003保持为紧密地互连至彼此并且防止在切向负载下这些子组件的分离(例如,子组件1002和1003的打开分离)。
支架组件1002或1003可包括用于接纳第一销钉104(图13)的相应的开口102,该第一销钉104设置成对侧向延伸圈106的一个端部进行支承,该侧向延伸圈106(类似径向支承圈74)也可由对热流动有相当大的抗性的材料(例如,FRP材料等)制成。侧向延伸圈106的另一端部可通过第二销钉108支承,该第二销钉108如可连接至相应的基部模块的中央部分109。即,与基部组件的部分109相联合的销钉108包括锚定点以将由超导绕组61A、61B经受的侧向负载通过侧向延伸圈106传递至转子芯体54。
图14为示出两个示例性的基部模块891和892的轴向组件的局部剖视图,所述两个示例性的基部模块891和892包括各自的支架组件100,所述支架组件100联合构成相对于轴向延伸的绕组部段60A(图1)的模块化支架组件。如应从图15中理解的,为了提供对于侧向负载的对称地转移,在一个示例性实施方式中,侧向延伸圈106的定向可以是交替的。例如,在图13中,能够被理解为销钉104相对于锚定销钉108的右侧定位,而在图15中,能够被理解为在下一个轴向上相邻的支架组件中的销钉104相对于锚定销钉108的左侧定位。
因此,在一个示例性实施方式中,侧向延伸圈106可形成轴向系列的侧向延伸圈,所述轴向系列的侧向延伸圈设置为方向上交替使得该系列中的第一侧向延伸圈(例如,图13中的侧向圈106)的第一端部由相应的支架组件在该组件的第一侧向端部处(例如,如图13中所示,圈106可由销钉104支承,销钉104在该示例性例子中相对于锚定销钉108的右侧定位)机械地支承。该系列中的第二轴向上相邻的侧向延伸圈(例如,图15中的侧向圈106)的第一端部可由对应的支架组件在该组件的第二侧向端部处(例如,如图15中所示,圈106可由销钉104支承,该销钉104在该例子中相对于锚定销钉108的左侧定位)机械地支承。在该示例性实施方式中,对应的组件的第一端部和第二端部可对应于彼此相反的侧向端部,并且因此,方向上交替的该一系列的侧向延伸圈可有效地沿轴向方向设置成将切向负载对称地传递至转子芯体。
将会理解的是,本发明的方面不限于方向上交替的系列侧向延伸圈以便将切向负载对称地传递至转子芯体。例如,可设置侧向相邻的(并排的)成对的侧向延伸圈使得这种圈的各自的第一端部可分别连接至给定支架组件的彼此相对的侧向端部,并且这种圈的各自的第二端部可锚定(例如,共同地锚定)至相应的基部模块的中央部分109。
可理解的是,在图14中,支架组件100(例如,由基部模块891和892共用的中间支架组件100)可被插置在各个成对的轴向上相邻的长形圈74的对应的部分之间。
图16为示出在前文中描述的各种部件中的至少一些部件的组件的等距视图,这些部件组合形成体现本发明的多方面的绕组支承装置,其比如对在机械地承受会于机器的正常和/或故障状态期间产生的力、压迫、应变和循环负载的同时大大减小从“热的”转子芯体至超导绕组的热传递可以是有效的。
尽管已示出了本发明的多种实施方式,并且在本文中对其进行了描述,显然,这些实施方式仅作为示例提供。可在不脱离本文中的发明的情况下做出许多的变形、变化和替代。因此意在本发明仅受所附权利要求的精神和范围的限制。
Claims (28)
1.一种用于将至少一个超导绕组支承成与电动机器的转子芯体成间隔开的关系的装置,所述装置包括:
至少一个长形圈,所述至少一个长形圈设置成为所述至少一个超导绕组提供径向支承,所述长形圈由对热流动有大的抗性的材料构成;
轴向延伸的基部组件,所述基部组件设置为在所述至少一个长形圈的近端处将所述长形圈相对于所述转子芯体锚定;以及
支架组件,所述支架组件构造成限定内凹口以接纳所述至少一个超导绕组的至少一部分并在所述长形圈的远端处支承所述长形圈。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,所述轴向延伸的基部组件包括模块化组件,所述模块化组件包括至少一个布置在所述转子芯体的腔体中的基部模块。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,所述转子芯体的腔体构造成限定彼此相对的肩部,所述彼此相对的肩部设置成将所述基部组件保持在所述腔体中。
4.根据权利要求3所述的装置,还包括低温保持器,所述低温保持器通过所述彼此相对的肩部保持在所述转子芯体的腔体中,并且,所述低温保持器至少部分地构造成封围所述基部组件并且进一步构造成延伸至所述腔体的外部以在所述至少一个超导绕组的周围形成真空。
5.根据权利要求2所述的装置,其中,所述至少一个基部模块设置成通过管状联接器将所述至少一个长形圈的所述近端相对于所述转子芯体锚定。
6.根据权利要求5所述的装置,其中,所述管状联接器进一步设置为提供相对于轴向上相邻的基部模块的轴向机械连接。
7.根据权利要求5所述的装置,其中,所述管状联接器包括能够通过相应的联接件相互连接的分段的管状联接器。
8.根据权利要求5所述的装置,其中,所述管状联接器设置为连续式管状联接器,所述连续式管状联接器包括至少一个轴向延伸的连续式杆。
9.根据权利要求1所述的装置,还包括侧向延伸圈,所述侧向延伸圈设置成为所述至少一个超导绕组提供侧向支承,所述侧向延伸圈由对热流动有大的抗性的材料构成。
10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述侧向的侧向延伸圈具有通过所述支架组件机械地支承的第一端部和通过所述基部组件机械地支承的第二端部,以提供相对于所述转子芯体的锚定支承。
11.根据权利要求9所述的装置,包括设置成用以将切向负载对称地传递至所述转子芯体的一轴向系列的并排的成对的侧向延伸圈。
12.根据权利要求9所述的装置,包括一轴向系列的侧向延伸圈,其中,所述系列的侧向延伸圈设置成在方向上交替使得所述系列中的第一侧向延伸圈的第一端部通过对应的支架组件在所述组件的第一侧向端部处机械地支承,并且所述系列中的第二轴向上相邻的侧向延伸圈的第一端部通过对应的支架组件在所述组件的第二侧向端部处机械地支承,其中,所述对应的组件的所述第一端部和所述第二端部包括彼此相反的侧向端部,由此所述方向上交替的系列的侧向延伸圈设置成将切向负载对称地传递至所述转子芯体。
13.根据权利要求1所述的装置,其中,所述支架组件插置在各个成对的轴向上相邻的长形圈的对应的部分之间。
14.根据权利要求1所述的装置,其中,所述支架组件包括三个子组件,其中,所述三个子组件中的两个构造成接纳相应的一对侧向相邻的超导绕组的相应的部分,并且所述第三子组件设置成通过一对拱形结构支承用于所述相应的一对侧向相邻的超导绕组的所述长形圈的相应的远端。
15.根据权利要求14所述的装置,还包括带,所述带设置成围绕所述三个子组件的外周缘的各个部分以将所述子组件保持为彼此紧密地相互连接并防止所述子组件在切向负载下的分离。
16.根据权利要求1所述的装置,其中,所述至少一个长形圈设置成相对于所述至少一个超导绕组的侧向表面的至少一部分提供径向延伸间隙并在所述长形圈的远端边缘处接合所述至少一个超导绕组,由此减小通过所述长形圈至所述超导绕组的传导性热传递。
17.一种装置,包括:
至少一个超导绕组;
将所述至少一个超导绕组支承成与电动机器的转子芯体成间隔开的关系的结构,所述结构包括:
至少一个长形圈,所述至少一个长形圈设置成为所述至少一个超导绕组提供径向支承,所述长形圈由对热流动有大的抗性的材料构成;
轴向延伸的基部组件,所述基部组件设置为在所述至少一个长形圈的近端处将所述长形圈相对于所述转子芯体锚定;以及
支架组件,所述支架组件构造成限定内凹口以接纳所述至少一个超导绕组的至少一部分并在所述长形圈的远端处支承所述长形圈,其中,所述轴向延伸的基部组件包括模块化组件,所述模块化组件包括至少一个布置在所述转子芯体的腔体中的基部模块。
18.根据权利要求17所述的装置,其中,所述转子芯体的腔体构造成限定彼此相对的肩部,所述彼此相对的肩部设置成将所述基部组件保持在所述腔体中。
19.根据权利要求17所述的装置,其中,所述至少一个基部模块设置成通过管状联接器将所述至少一个长形圈的所述近端相对于所述转子芯体锚定,其中,所述管状联接器进一步设置为提供相对于轴向上相邻的基部模块的轴向机械连接。
20.根据权利要求19所述的装置,其中,所述管状联接器包括能够通过相应的联接件相互连接的分段的管状联接器。
21.根据权利要求19所述的装置,其中,所述管状联接器设置为连续式管状联接器,所述连续式管状联接器包括至少一个轴向延伸的连续式杆。
22.根据权利要求17所述的装置,还包括侧向延伸圈,所述侧向延伸圈设置成为所述至少一个超导绕组提供侧向支承,所述侧向延伸圈由对热流动有大的抗性的材料构成。
23.根据权利要求22所述的装置,其中,所述侧向的侧向延伸圈具有通过所述支架组件机械地支承的第一端部和通过所述基部组件机械地支承的第二端部,以提供相对于所述转子芯体的锚定支承。
24.根据权利要求22所述的装置,包括设置成用以将切向负载对称地传递至所述转子芯体的一轴向系列的并排的成对的侧向延伸圈。
25.根据权利要求22所述的装置,包括一轴向系列的侧向延伸圈,其中,所述系列的侧向延伸圈设置成在方向上交替使得所述系列中的第一侧向延伸圈的第一端部通过对应的支架组件在所述组件的第一侧向端部处机械地支承,并且所述系列中的第二轴向上相邻的侧向延伸圈的第一端部通过对应的支架组件在所述组件的第二侧向端部处机械地支承,其中,所述对应的组件的所述第一端部和所述第二端部包括彼此相反的侧向端部,由此所述方向上交替的系列的侧向延伸圈设置成将切向负载对称地传递至所述转子芯体。
26.根据权利要求25所述的装置,其中,所述支架组件包括三个子组件,其中,所述三个子组件中的两个构造成接纳相应的一对侧向相邻的超导绕组的相应的部分,并且所述第三子组件设置成通过一对拱形结构支承用于所述相应的一对侧向相邻的超导绕组的所述长形圈的相应的远端。
27.根据权利要求26所述的装置,还包括带,所述带设置成围绕所述三个子组件的外周缘的各个部分以将所述子组件保持为彼此紧密地相互连接并防止所述子组件在切向负载下的分离。
28.根据权利要求17所述的装置,其中,所述至少一个长形圈设置成相对于所述至少一个超导绕组的侧向表面的至少一部分提供径向延伸间隙并靠近所述长形圈的远端边缘接合所述至少一个超导绕组,由此减小通过所述长形圈至所述超导绕组的传导性热传递。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161452726P | 2011-03-15 | 2011-03-15 | |
US61/452,726 | 2011-03-15 | ||
US13/418,624 US8664809B2 (en) | 2011-03-15 | 2012-03-13 | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
US13/418,624 | 2012-03-13 | ||
PCT/US2012/028972 WO2012125664A2 (en) | 2011-03-15 | 2012-03-14 | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104025435A true CN104025435A (zh) | 2014-09-03 |
CN104025435B CN104025435B (zh) | 2016-12-28 |
Family
ID=46827903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201280013610.4A Expired - Fee Related CN104025435B (zh) | 2011-03-15 | 2012-03-14 | 用于支承电动机器的转子中的超导绕组的装置 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8664809B2 (zh) |
EP (1) | EP2686938B1 (zh) |
JP (1) | JP5840707B2 (zh) |
KR (1) | KR101571684B1 (zh) |
CN (1) | CN104025435B (zh) |
CA (1) | CA2829930C (zh) |
RU (1) | RU2563456C2 (zh) |
WO (1) | WO2012125664A2 (zh) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9431864B2 (en) * | 2011-03-15 | 2016-08-30 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
EP2795639A4 (en) * | 2011-12-08 | 2016-01-06 | Teco Westinghouse Motor Co | DEVICES, SYSTEMS AND METHOD FOR SUPERCONDUCTING MAGNETIC CARTRIDGES IN A REMANENT FIELD |
US9293959B2 (en) * | 2012-07-02 | 2016-03-22 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electomotive machine |
DE102014211029A1 (de) | 2014-06-10 | 2015-12-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine für hohe Drehzahlen |
DE102014212035A1 (de) | 2014-06-24 | 2015-12-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine |
DE102018206564A1 (de) | 2018-04-27 | 2019-10-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Supraleitende elektrische Spuleneinrichtung sowie Rotor mit Spuleneinrichtung |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5532663A (en) * | 1995-03-13 | 1996-07-02 | General Electric Company | Support structure for a superconducting coil |
US5548168A (en) * | 1994-06-29 | 1996-08-20 | General Electric Company | Superconducting rotor for an electrical machine |
US6597082B1 (en) * | 2000-08-04 | 2003-07-22 | American Superconductor Corporation | HTS superconducting rotating machine |
CN101107763A (zh) * | 2004-12-24 | 2008-01-16 | 住友电气工业株式会社 | 超导电机的冷却结构 |
US20080079323A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Jiping Zhang | Superconducting coil support structures |
CN101431287A (zh) * | 2007-10-25 | 2009-05-13 | 康弗蒂姆技术有限公司 | 超导电机的转子或定子 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4385248A (en) * | 1980-12-17 | 1983-05-24 | General Electric Company | Support method and structure for epoxy impregnated saddle-shaped superconducting windings |
JPS6477462A (en) * | 1987-09-17 | 1989-03-23 | Toshiba Corp | Superconductive rotor |
JPH04145863A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-05-19 | Toshiba Corp | 超電導回転電機 |
ATE306139T1 (de) * | 2000-01-11 | 2005-10-15 | American Superconductor Corp | Supraleitende rotierende elektrische maschine mit hochtemperatursupraleitern |
US6570292B2 (en) | 2001-05-15 | 2003-05-27 | General Electric Company | High temperature super-conducting rotor coil support with split coil housing and assembly method |
US6605885B2 (en) | 2001-05-15 | 2003-08-12 | General Electric Company | Super-conducting rotor coil support with tension rods and bolts |
US6727633B2 (en) | 2001-05-15 | 2004-04-27 | General Electric Company | High temperature super-conducting synchronous rotor coil support with tension rods and method for assembly of the coil support |
US6787967B2 (en) | 2001-05-15 | 2004-09-07 | General Electric Company | High temperature super-conducting rotor coil support and coil support method |
US6605886B2 (en) | 2001-07-31 | 2003-08-12 | General Electric Company | High temperature superconductor synchronous rotor coil support insulator |
DE102006027219A1 (de) | 2006-06-12 | 2007-12-20 | Siemens Ag | Maschine mit ungekühltem Rotorkörper und gekühlter Rotorwicklung sowie zugeordneter Halte- und/oder Abstützeinrichtung |
US7786645B2 (en) * | 2006-09-07 | 2010-08-31 | American Superconductor Corporation | Superconducting machine stator |
-
2012
- 2012-03-13 US US13/418,624 patent/US8664809B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-03-14 CA CA2829930A patent/CA2829930C/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-03-14 RU RU2013145908/07A patent/RU2563456C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-03-14 JP JP2013558125A patent/JP5840707B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2012-03-14 WO PCT/US2012/028972 patent/WO2012125664A2/en active Application Filing
- 2012-03-14 CN CN201280013610.4A patent/CN104025435B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-03-14 EP EP12713823.8A patent/EP2686938B1/en not_active Not-in-force
- 2012-03-14 KR KR1020137027197A patent/KR101571684B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5548168A (en) * | 1994-06-29 | 1996-08-20 | General Electric Company | Superconducting rotor for an electrical machine |
US5532663A (en) * | 1995-03-13 | 1996-07-02 | General Electric Company | Support structure for a superconducting coil |
US6597082B1 (en) * | 2000-08-04 | 2003-07-22 | American Superconductor Corporation | HTS superconducting rotating machine |
CN101107763A (zh) * | 2004-12-24 | 2008-01-16 | 住友电气工业株式会社 | 超导电机的冷却结构 |
US20080079323A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Jiping Zhang | Superconducting coil support structures |
CN101431287A (zh) * | 2007-10-25 | 2009-05-13 | 康弗蒂姆技术有限公司 | 超导电机的转子或定子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2686938B1 (en) | 2017-04-26 |
US20120235532A1 (en) | 2012-09-20 |
US8664809B2 (en) | 2014-03-04 |
RU2563456C2 (ru) | 2015-09-20 |
EP2686938A2 (en) | 2014-01-22 |
JP5840707B2 (ja) | 2016-01-06 |
KR20130136538A (ko) | 2013-12-12 |
WO2012125664A3 (en) | 2014-06-12 |
CA2829930A1 (en) | 2012-09-20 |
JP2014519296A (ja) | 2014-08-07 |
RU2013145908A (ru) | 2015-04-27 |
KR101571684B1 (ko) | 2015-11-25 |
CN104025435B (zh) | 2016-12-28 |
WO2012125664A2 (en) | 2012-09-20 |
CA2829930C (en) | 2016-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104025435A (zh) | 用于支承电动机器的转子中的超导绕组的装置 | |
US9431864B2 (en) | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine | |
US8084909B2 (en) | Dual armature motor/generator with flux linkage | |
US6794792B2 (en) | Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings. | |
US6590305B2 (en) | High temperature super-conducting synchronous rotor having an electromagnetic shield and method for assembly | |
US20080001495A1 (en) | Superconducting rotating machines with stationary field coils | |
CN105917560B (zh) | 超导发电机和电机以及使用该电机的方法 | |
US6617714B2 (en) | High temperature super-conducting coils supported by an iron core rotor | |
US7030535B2 (en) | High temperature superconducting synchronous rotor coil having multi-piece rotor core | |
CN104508961B (zh) | 支撑电动机的转子中的超导绕组的设备 | |
Schaubel et al. | Development of a superconducting magnet system for the ONR/General Atomics homopolar motor | |
Kalsi | Ship propulsion motor employing Bi-2223 and MgB2 superconductors | |
Kalsi | Advances in synchronous machines employing high temperature superconductors (HTS) |
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: 20161228 Termination date: 20200314 |