CN112106283A - 具有绕组载体和嵌入在所述绕组载体中的线圈元件的转子 - Google Patents

Abstract

说明一种用于电机（21）的转子（1），具有中心的转子轴线（A）。所述转子包括至少一个具有局部的绕组轴线（a）的超导的线圈元件（3）和至少一个绕组载体（5），所述线圈元件（3）嵌入到所述绕组载体中，其中，在所述绕组载体（5）与所述线圈元件（3）之间构造有材料配合的连接，其中，所述材料配合的连接存在于连接面（11c）上，所述连接面构造在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的整个接触面（11a、11b、11c）的仅仅一个第一子区域。此外，说明一种具有这种转子（1）的机器以及用于这样的转子（1）的制造方法。

Description

具有绕组载体和嵌入在所述绕组载体中的线圈元件的转子

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子，其中，转子包括至少一个超导的线圈元件和至少一个绕组载体，所述绕组载体机械地承载至少一个线圈元件。此外，本发明涉及一种具有这样的转子的电机以及用于所述转子的制造方法。

背景技术

根据现有技术，超导的线圈元件在超导的机器的转子中典型地通过绕组载体机械地保持。在此，原则上能够要么涉及径向地处于内部的绕组载体要么涉及径向地处于外部的绕组载体。在径向地处于内部的绕组载体的应用中，各个线圈经常用绷带固定（bandagiert）在绕组载体上。在此，绷带材料（例如玻璃纤维）在预紧下绕转子的其余构件卷绕并且因此在压力下将各个线圈固定在绕组载体上。这种预紧能够有效地降低在超导的线圈元件之内的层离的风险。特别是由超导的带状导体构成的绕组对于这样的层离损伤是很敏感的。在此，原则上，层离要么能够在带状导体本身的层连接部之内（也就是说，例如在超导体层与相邻的金属层之间）出现，但是要么能够在绕组包中引起在相邻的圈（Windungen）之间的层离。换言之，能够引起绕组包的拆开，其中，典型地通过浸渍剂与彼此连接的相邻的圈与彼此分开。还可能的是，这两个效应同时出现。在全部这种情况下，作为层离的后果能够引起超导的线圈的载流能力降低直至超导特性完全损失掉。也就是说，普遍值得期待的是，这样的层离的危险通过超导的线圈的预先压缩来降低。这个方面在很快速地转动的电机的情况下和/或在具有很高的额定功率或很高的功率密度的机器的情况下是特别重要的。在这样的机器的情况下，超导的线圈元件的机械负载由于离心力、电磁力、由于液体压力和/或还由于热效应是特别高的。大多数情况下，超导的绕组和各个超导的导体的合成的机械负载由于所提到的效应中的多个效应的组合而出现。

径向地处于外部的绕组载体例如能够如在DE102016217734A1中所描述的那样构造为上一级的柱状的空心体并且具有多个在周缘上分布的凹处，各个超导的线圈元件然后从径向内部出来嵌入到所述凹处中。这种设计方案带来如下优点，即有处于内部的空腔供液体的冷却剂使用，所述冷却剂能够将嵌入的超导的线圈元件冷却到低温的运行温度。这样的从现有技术中已知的处于外部的绕组载体能够例如由铝或其它的具有高的热膨胀系数的材料形成，从而在冷却到低温的运行温度时实现超导的绕组的压缩，因为在冷却时绕组载体收缩到线圈元件上。由此又出现预紧状态，在所述预紧状态的情况下压应力主要作用于超导的导体。与对于拉应力相比，所述导体对于压应力通常不太敏感，因为拉应力能够较容易导致超导材料的从处于其下方的载体的层离并且压应力反作用于层离。

虽然有不同的从现有技术中已知的措施，但是在超导的线圈元件之内的层离始终是一个大的技术问题。当需要具有高转速或用于高功率范围的电机时，这个问题是特别严重的，因为那时作用于线圈元件的力是特别大的。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种用于电机的转子，所述转子克服了所提及的缺点。尤其应该有如下转子供使用，在所述转子的情况下，在线圈元件之内的层离的风险与在现有技术的情况下相比还被进一步降低。由此，转子应该是特别鲁棒性的并且尤其对于在很高的转速的情况下和/或在很高的功率范围中的运行是足够鲁棒性的。本发明的另外的任务是，说明一种具有这种转子的机器以及用于制造这种转子的方法。

所述任务通过在权利要求1中描述的转子、在权利要求14中描述的电机和在权利要求15中描述的制造方法来解决。

根据本发明的转子设计为用于电机的转子。所述转子具有中心的转子轴线A，转子尤其能够围绕所述转子轴线能够转动地得到支承。转子包括至少一个具有局部的绕组轴线a的超导的线圈元件。此外，转子包括至少一个绕组载体，线圈元件嵌入到所述绕组载体中。在此，在绕组载体与线圈元件之间构造有材料配合的连接，其中，材料配合的连接存在于连接面上，所述连接面构造在线圈元件与绕组载体之间的整个接触面的仅仅一个子区域。

也就是说，通过绕组载体机械地承载至少一个线圈元件。为此，线圈元件应该嵌入到绕组载体中。这应该理解成，在线圈元件的多于一个侧上存在有与绕组载体的接触。换言之，线圈元件应该在其外部面中的至少两个上与绕组载体处于接触中。特别有利的是，绕组载体从线圈元件的关于中心的转子轴线A径向地处于外部的侧出来支撑线圈元件。所描述的线圈元件的局部的绕组轴线a应该理解成线圈元件的局部的对称轴线，线圈元件围绕所述局部的对称轴线周围进行卷绕。在多个线圈元件的情况下，所述局部的绕组轴线a的位置对于每个线圈元件是不同的。典型地，每个这样的局部的绕组轴线a径向地从转子的中心向外延伸。

通过所描述的材料配合的连接来保证，存在有线圈元件在绕组载体中的牢固的保持。由此保证在线圈元件与绕组载体之间的良好的力传递并且防止在这两个元件之间的接触的无意的脱开。所描述的连接面能够尤其设计粘合面。但是原则上其它类型的材料配合的连接、尤其焊接或钎焊（例如借助塑料焊料）也是可行的。

就本发明而言重要的是，材料配合的连接不是构造在线圈元件与绕组载体之间的整个接触面的区域中，而是仅仅构造在所述整个接触面的子区域中，尤其构造在第一子区域中。由此，通过接触面的其余区域得出另外的第二子区域，在所述第二子区域中不存在有材料配合的连接并且因此在所述第二子区域中线圈元件和绕组载体原则上相对于彼此能够是可运动的，而对于所述相对运动不必破坏材料配合的连接。通过所述无破坏的相对运动的可形性，在转子运行时出现的应力能够至少部分地无破坏地得到平衡。所述无破坏的应力平衡的一个重要的优点是，由此能够有效地避免或至少降低在线圈元件之内的层离效应。也就是说，在根据本发明的转子的情况下一方面存在有牢固的材料配合的连接，但是另一方面在这两个被连接的元件之间的应力平衡的可行性还存在于其共同的接触面的另外的区域中。

根据本发明的电机具有根据本发明的转子和固定不动地布置的定子。根据本发明的机器的优点类似于所描述的根据本发明的转子的优点得出。

根据本发明的方法用于制造根据本发明的转子。所述方法至少具有如下步骤：

a）将自身稳定的线圈元件制造为预先生产的结构部件，

b）接着将所述线圈元件放入到绕组载体中

c）以及在连接面上建立在与绕组载体与线圈元件之间的材料配合的连接，所述连接面构造在线圈元件与绕组载体之间的接触面的仅仅一个第一子区域。

通过所述方法能够以简单的方式提供根据本发明的具有进一步在上面所描述的优点的转子供使用。所述制造尤其通过如下方式是特别简单的，在步骤a）中的线圈元件的制造与步骤b）是分离的，在所述步骤b）中线圈元件与绕组载体进行组合。

本发明的有利的设计方案和改进方案从取决于权利要求1的权利要求以及如下的描述中得出。在此，所描述的转子、电机和制造方法的设计方案通常能够有利地与彼此相组合。

通常特别优选地，作为在线圈元件与绕组载体之间的接触面的第二子区域能够构造有滑动面。也就是说，所述滑动面能够通过接触面的如下区域形成，在所述区域中不存在材料配合的连接。在滑动面之内，在线圈元件与绕组载体之间的相对运动是可行的。可选地，在滑动面的区域中能够存在有力配合的连接并且或还有形状配合的连接。也就是说，线圈元件和绕组载体能够在滑动面的区域中相对于彼此处于牢固的机械接触中，其中，仍然实现在这两个元件之间的滑动。在此，所述滑动可行性原则上能够要么沿平行于滑动平面的多个方向进行要么还被限制在一个空间方向上。重要的是，在线圈元件与绕组载体之间的可能还仅仅很小的相对运动至少沿一个空间方向是可行的，而不必为此拆开材料配合的连接。换言之，在这两个所描述的元件之间的滑动应该是无破坏的。通过这样的滑动面特别有利地实现，降低在转子运行时所出现的机械应力并且由此降低在线圈元件之内的层离的风险。

通常特别优选的是，滑动面至少部分地通过如下面形成，所述面总体上平行于线圈元件的局部的绕组轴线a伸延。在此，滑动面原则上不必涉及直的面，而是尤其还能够涉及线圈元件的环形地环绕的主要面，然而所述主要面总体上优选地平行于绕组轴线a取向。完全特别优选的是，如下地取向的接触面全部完全地或至少近似完全地有助于所描述的滑动面。“近似完全地”在此应该理解成，例如所述平行于a伸延的接触面的大约10%的边缘区域仍然能够被粘接或在其它方面能够被材料配合地连接。

通常，滑动面平行于局部的绕组轴线a的取向的优点在于，实现平行于所述轴线a的滑动。由此能够以特别有利的方式降低机械压力，所述机械压力作用于绕组元件的相邻的圈之间。特别优选地，滑动面甚至完全通过一个或多个子面给出，所述子面平行于局部的绕组轴线a伸延。

通常优选地，超导的线圈元件能够具有环形地封闭的基本结构和矩形的绕组横截面，通过所述绕组横截面界定线圈元件的四个环绕的主要面。那么进一步在上面所描述的“嵌入”应该理解成，线圈元件的这个环绕的主要面中的至少两个与绕组载体处于机械的接触中。例如，接触面能够通过所述环绕的主要面中的刚好两个形成或还能够通过所述环绕的主要面中的刚好三个形成。通常优选的是，线圈元件的至少一个关于中心的转子轴线A径向地处于内部的主要面没有与绕组载体处于接触中，因为那时在所述处于敞开的侧上实现通过液体的冷却剂的直接的流经。原则上，但是不应该排除的是，线圈元件的第四主要面与绕组载体也处于接触中。

通常优选地，滑动面能够至少部分地通过第一线圈面给出，所述第一线圈面关于线圈元件的局部的绕组轴线a朝径向内部定向。在此，尤其能够涉及线圈元件的关于a径向地处于内部的环绕的主要面。备选地或附加地，滑动面能够至少部分地通过第二线圈面给出，所述第二线圈面关于线圈元件的局部的绕组轴线a朝径向外部定向。在此，其尤其还能够涉及线圈元件的关于a径向地处于外部的环绕的主要面。也就是说，滑动面要么能够通过这两个所描述的主要面中的一个形成要么所述滑动面还能够尤其由多个子面组合而成，所述子面不必必须与彼此邻接并且能够包括这两个所描述的主要面。在每种情况下，这两个所描述的主要面以特别的方式适用于作为滑动面，因为这两者至少在存在有柱形的扁平线圈的情况下平行于局部的绕组轴线a取向。由此，通过在所述面的区域中的滑动实现尤其在绕组的圈之间（但是还在如下导体之内，绕组由所述导体形成）的机械应力的有效的降低。

能够是有利的然而原则上不是绝对必要的是，所描述的主要面相应地完全有助于滑动面。因此，例如备选地还能够在相应的主要面的边缘区域中（尤其在邻接连接面的边缘区域中）仍然存在有在线圈元件与绕组载体之间的材料配合的连接。

通常优选地，绕组载体能够在滑动面的区域中以润滑剂进行涂层。备选地或附加地，线圈元件原则上也能够在滑动面的区域中以润滑剂进行涂层。这样的滑动层原则上能够存在于子区域中，但是特别优选地能够基本上存在于整个滑动面上或至少在整个滑动面的大部分上。特别有利地，滑动层包括有含氟的聚合物、尤其聚四氟乙烯（Teflon，特氟龙）。通常，这样的滑动层的表征特征的特征是，在具有涂层的绕组载体与线圈元件之间的摩擦系数比无所述涂层的情况下小。

特别优选地，在滑动面的区域中能够构造有在线圈元件与绕组载体之间的力配合的接触。换言之，在接触面的没有被材料配合地连接的区域中例如能够存在有在线圈元件与绕组载体之间的挤压连接。当绕组载体（关于a和/或A）径向地包围线圈元件并且在从室温冷却到超导体的运行温度时比线圈元件更强烈地热收缩时，这能够例如通过绕组载体到线圈元件上的由热引起的收缩来促使。

通常，在力配合的接触的情况下在线圈元件与绕组载体之间存在有比在松动的机械的接触的情况下更强的机械连接。在此，为了滑动运动要克服的静摩擦取决于所存在的力的高低。然而原则上，即使在存在有力配合时，滑动运动原则上也是可行的，以便降低机械应力并且降低层离的风险。力配合的连接的优点在于，线圈元件能够特别牢固地保持在绕组载体中，而不是在接触面的整个区域中需要材料配合的连接。

备选或尤其还附加于力配合的连接，还能够存在有在线圈元件与绕组载体之间的形状配合。这能够已经通过如下方式来满足，在绕组载体中存在有与线圈元件的基本形状相匹配的凹处，线圈元件能够以所描述的方式嵌入在所述凹处中。然而还附加地，还能够完成在这两个元件之间的另外的形状配合，例如通过接合在彼此中的纵向沟槽（所述纵向沟槽尤其能够沿着局部的绕组轴线a取向），所述纵向沟槽实现在线圈元件与绕组载体之间的仅仅沿所选择的空间方向（例如平行于a）的相对的滑动运动。

优选地，在线圈元件与绕组载体之间的连接面（也就是说，如下面，在所述面上存在有材料配合的连接）能够包括第三线圈面，所述第三线圈面关于中心的转子轴线A朝径向外部指向。特别优选地，连接面能够基本上仅仅通过线圈元件的这个关于A径向地处于外部的表面给出。其尤其能够涉及线圈元件的径向地处于外部的、环形地环绕的主要面。通过在所述区域中构造材料配合的、那么也就是说尤其不能够无破坏地脱开的连接能够保证，线圈元件通过绕组载体尤其朝向（关于A）径向外部起作用的力、如离心力和由于液体压力的力支撑。也就是说，通过在所述处于外部的侧上的牢固的连接来保证特别可靠的力传递，其中有利地，线圈机构的（关于A）径向地处于内部的区域能够保持暴露，以便例如由液体的冷却剂流经。

特别有利地，在线圈元件与绕组载体之间的连接面的区域中的材料配合的连接通过粘合剂构造。这种粘合连接能够特别简单地建立并且同时实现这两个所描述的元件的可靠的并且牢固的传递力的连接。优选地，粘合剂能够涉及热和/或化学地交联的粘合剂，尤其涉及环氧树脂粘合剂。在此，特别优选的是耐寒的环氧树脂粘合剂，其在低温的环境中也是足够牢固的。对于耐低温的粘合剂例如是如下粘合剂，所述粘合剂在名称“Araldite”、“Eccobond”、“Stycast”或“Epo-Tek”之下被提供。

超导的线圈元件优选具有高温超导的导体材料。特别优选地，线圈元件由高温超导的带状导体卷绕而成。高温超导体（HTS）是具有如下跃变温度的超导的材料，所述跃变温度在25K之上并且在一些材料等级的情况下（例如酮酸盐超导体）在77K之上，在所述高温超导体的情况下运行温度能够通过借助不同于流体的氦的低温的材料的冷却来实现。HTS材料因此还是特别有吸引力的，因为这些材料取决于运行温度的选择能够具有高的上临界磁场以及高的临界电流密度。

高温超导体能够具有例如二硼化镁或氧化物陶瓷的超导体，例如REBa₂Cu₃O_x（缩写为REBCO）类型的化合物，其中，RE代表稀土元素或这样的元素的混合物。

通常优选地，线圈元件通过将超导的带状导体绕局部的绕组轴线a卷起而形成，其中，带状导体的主要面平行于局部的绕组轴线a定向。带状导体在整个绕组之内的取向尤其能够平行于局部的绕组轴线a。在这个实施方式中，滑动面特别有利地平行于带状导体表面伸延。通过在线圈元件与绕组载体之间的、平行于所述带状导体表面的相对运动特别有效地实现在绕组之内的拉应力的降低，所述拉应力在没有所述平衡的情况下能够导致在带状导体的层系统之内和/或在绕组的相邻的圈之间的层离。

通常优选地，转子能够具有多个超导的线圈元件，所述线圈元件尤其与彼此相同地来实施。所述线圈元件能够分布地布置到转子的周缘上。特别优选地，在这个实施方式中，各个线圈元件能够均匀地分布到转子的周缘上。这样的均匀地分布的布置是特别优选的，以便产生例如用于电机的对称的激励场。

根据优选的实施方式，所述线圈元件中的每个能够布置在配属与其的单独的绕组载体上。换言之，用于机械地固定各个线圈元件的结构能够被分割成各个绕组载体。所述各个绕组载体部段能够尤其布置在转子的不同的周缘位置上。这样的实施方式的优点尤其在于线圈元件的整个机械的固定结构的简化了的可制造性。在所述绕组载体要么与彼此要么与上一级的固定结构连接之前，各个线圈元件能够例如相应地单独地与所配属的绕组载体连接。

备选于所描述的被分割的实施方式，但是各个线圈元件中的每个还能够布置在上一级的、共同的绕组载体的配属于所述线圈元件的周缘部段上或由所述周缘部段保持。在这个实施方式中，也就是说，存在有一件式的共同的绕组载体。所述绕组载体能够尤其具有空心柱状的基本形状，其中，各个线圈元件沿周缘方向分布地嵌入到柱体周面中。这样的上一级的一件式的绕组载体的优点是，保证稳定的机械的保持，而不需要用于固定各个部段的附加的元件。这样的上一级的、径向地处于外部的绕组载体能够支撑各个线圈组件，以不仅克服径向的离心力而且克服沿周缘方向的力，而不需要用于此的附加的保持元件。

根据另外的通常优选的实施方式，转子具有至少一个处于内部的空腔，液体的冷却剂能够在所述空腔中循环。这样的冷却剂能够例如通过在转子的内部中的空腔流动至线圈元件，所述线圈元件通过热接触来冷却，之后流动至在转子之外的冷头并且在该处被再冷却并且又被输入到转子的空腔中，从而总体上形成封闭的冷却循环。这样的冷却系统是特别有效的，以便将超导的线圈元件冷却到在所应用的超导体材料的跃变温度之下的低温的温度。特别优选地，处于内部的空腔如此设计，使得至少一个线圈元件在其（关于A）径向地处于内部的侧上能够进入到与冷却剂的热接触中。完全特别优选的是，线圈元件在其（关于A）径向地处于内部的侧上如下地处于敞开，使得所述线圈元件能够进入到与冷却剂的直接的接触中。在此优选地，要么超导的导体本身但是要么线圈元件的包围导体的电绝缘、浸渍和/或保护层能够如此处于与冷却剂的直接的接触中，使得线圈元件能够将在运行中出现的热引出到冷却剂处。换言之，线圈元件在其径向地处于内部的侧上能够至少部分地处于暴露（也就是说，没有由绕组载体遮盖），从而所述线圈元件能够由液体的冷却剂流经。

特别有利地，转子的液体冷却剂能够是氢。因为氢一方面具有足够低的沸点以在液体的状态下作为低温的冷却剂起作用，因此氢是特别合适的。另一方面，所述氢具有低密度，这适宜地作用于转子包括冷却剂在内的总重量。这样的具有低密度的冷却剂还是特别适用于能够提供用于具有大直径的快速转动的机器的转子供使用。由于低密度，由于流体静力的压力出现的沸点移动也是小的。

备选于所提到的具有氢的实施方式，但是作为冷却剂还能够使用其它的液体或还有气体。另外的有利的低温的冷却剂是液体的氦、液体的氖、液体的氮、液体的氧和/或液体的甲烷。在此，在应用全部这些低温的冷却剂时，原则上除了气体形式能够存在有液体的形式，并且能够通过在待冷却的构件的区域中的液体的蒸发来实现附加的冷却作用。因此可行的是，低温的冷却剂在转子的内部中尤其根据热虹吸原理和/或根据热管的类型进行循环。

通常优选地，绕组载体能够如此构造，使得所述绕组载体在从室温冷却到超导的线圈元件的低温的运行温度时具有比作为整体的由此围住的线圈元件高的热收缩。由此，在冷却时实现线圈元件的预先压缩，这首先已经能够引起保护以防在线圈元件之内的层离并且其次能够引起线圈元件在绕组载体中的更好的机械的保持，而不需要在整个接触面的区域中有材料配合的连接。

根据优选的实施方式，绕组载体的材料包括铝和/或镁。例如，绕组载体能够主要由这两个所提到的金属中的一个或备选地由具有这两个金属中的至少一个的合金构造。在这样的合金中，铝和/或镁能够要么作为主要组成部分要么作为次要组成部分存在。独立于详细的设计方案适用的是，通过在绕组载体的材料中使用铝和/或镁能够实现相对大的热膨胀系数并且由此能够实现绕组载体相对强烈地收缩到线圈元件上。

根据另外的通常优选的实施方式，连接面（也就是说，第一子区域）具有最高为整个接触面的80%的面份额。特别有利地，连接面在整个接触面方面的面份额甚至仅仅为70%或更少。在材料配合的被连接的区域的这种限制的情况下，有利地存在有第二子区域的相对高的份额，在所述第二子区域中实现在线圈元件与绕组载体之间的无破坏的相对运动（并且由此实现应力平衡）。那么也就是说，应力降低的效应是特别突出的。

具有根据本发明的转子的电机能够有利地设计成用于为至少5kW/kg的功率密度，特别有利地，所述电机甚至能够设计成用于为至少10kW/kg的功率密度。在具有如此高的功率密度的机器中，所描述的转子的优点特别产生收益。另一方面，具有如此高的功率密度的机器是用于纯电驱动的飞行器的基本条件。然而，所述机器在其它的、尤其其它的可移动的应用领域中也是有利的。所提及的功率密度应该理解成机器关于其总重量（也就是说，关于定子、转子、壳体、冷却系统加上可能附加地存在的构件）的额定功率。

优选地，机器或转子设计成用于至少为5MW、尤其至少为10MW的额定功率。借助如此高的功率，所述机器原则上适用于车辆、尤其飞行器的驱动。但是备选地，借助如此的功率强度的机器在作为发电机运行时也能够产生对于驱动所需的车载电流。原则上，所述机器能够设计成要么作为马达要么作为发电机或可选地设计成用于这两种运行类型。为了得到所描述的高的功率和/或功率密度，高温超导的线圈元件是特别合适的，因为其允许特别高的电流密度。

优选地，所述机器或转子能够设计成用于转子的至少为1000转每分钟的转速，尤其甚至用于至少3000转每分钟。通过所描述的具有相对低的密度的转子的实施方案，能够特别好地实现如此高的转速。借助常规的转子，所述转速在对于所提及的功率范围所需的大小方面部分地完全不能够实现。另一方面，对于所描述的应用有利的功率密度借助较慢转动的机器可能完全不能够实现。

根据所述制造方法的优选的实施方式，预先生产的线圈元件能够构造为潮湿地卷绕的线圈元件。换言之，在制造绕组时，浸渍剂（尤其浸渍树脂）能够被施加在绕组的圈之间并且接着被硬化。为了建立在线圈元件与绕组载体之间的材料配合的连接，在此原则上能够选择与浸渍剂相同的材料或但是还能够选择不同的材料。原则上，但是不应该排除的是，对于根据本发明的转子还能够使用干燥地卷绕的线圈。紧接着绕组的制造，干燥地卷绕的线圈例如能够借助浇铸材料浇铸，由此同样形成自身稳定的（换言之自己承载的）线圈元件。

附图说明

随后，根据一些优选的实施例参考附上的附图来描述本发明，其中：

图1示出根据本发明的第一示例的转子的示意性的横截面图示，

图2示出来自图1的横截面的示意性的部分视图，

图3示出线圈元件的示意性的透视的图示，

图4示出根据本发明的第二示例的转子的示意性的横截面图示以及

图5示出根据本发明的第三示例的转子的横截面的示意性的部分视图。

具体实施方式

在图中，相同的或相同作用的元件设有相同的附图标记。

图1示出根据本发明的第一示例的转子1的示意性的横截面图示。示出垂直于中心的转子轴线A的剖面，转子1绕所述转子轴线能够转动地被支承。在这个示例中，转子具有八个超导的线圈元件3，所述线圈元件共同形成上一级的转子绕组。八个线圈元件中的每个都具有自身的局部的对称轴线，即局部的绕组轴线a，其中在图1中示例性地示出仅仅一个局部的绕组轴线。转子绕组总体上设计成用于产生八极的电磁场。在这个示例中，各个线圈元件3由共同的空心柱状的绕组载体5机械地保持。所述绕组载体5从关于中心的轴线A径向地处于外部的侧支撑全部八个线圈元件3。在线圈元件3的关于A径向地处于内部的侧上，所述线圈元件邻接空腔7并且从此处开始通过液体的冷却剂9流经并且由此被冷却到低温的温度上。通过转子的借助于箭头表明的转动，液体的冷却剂在足够高的转速的情况下分布在转子的周缘上，如通过环形的液面示意性地示出的那样。

为了使超导的线圈元件3冷却到低温的运行温度上变得简单，绕组载体5由双壁的低温保持器包围，所述低温保持器在此通过柱体周面形的内部的低温保持器壁15a和同样柱体周面形的外部的低温保持器壁15b复现。在这两个低温保持器壁之间构造有环形的真空室，从而绕组载体5和另外的径向更远地处于内部的构件相对于外部的环境被热隔绝。在低温保持器壁之内,绕绕组载体5还卷绕有可选的绷带13，以便给予所述绕组载体附加的机械的保持。

在图2中示出来自图1的转子的横截面的示意性的部分视图。在此示出绕组的相应于磁极的局部。在图2中示出空心柱状的绕组载体的方位角的（azimutaler）局部，所述局部承载总共八个线圈元件3中的一个。线圈元件3涉及环形地封闭的线圈组件，其中，在所示出的横截面图示中能够看见两个线圈支脚。所述线圈支脚相应地具有直角的横截面形状。在这个图中较详细地示出，线圈元件3如何由绕组载体5机械地承载和所述线圈元件在哪个接触面上嵌入到所述绕组载体中。通过线圈元件的直角的横截面形状界定线圈元件的四个环形地环绕的主要面：

- 第一线圈面11a，所述第一线圈面关于中心的转子轴线A径向地处于外部，

– 第二线圈面11b，所述第二线圈面关于线圈元件的局部的绕组轴线a径向地处于外部，

– 第三线圈面11c，关于线圈元件的局部的绕组轴线a径向地处于内部以及

- 第四线圈面11d，所述第四线圈面关于中心的转子轴线A径向地处于内部。

在所示出的示例中，线圈元件3如此嵌入到绕组载体5中，使得得出上一级的接触面，所述上一级的接触面由三个线圈面11a、11b和11c组合而成。在第四线圈面11d的区域中，线圈元件处于敞开并且能够从此处开始由液体的冷却剂9流经。在其余三个线圈面上，线圈元件3如此牢固地嵌入到绕组载体5中，使得转子作为整体还能够经受住在高机械功率和高转速的情况下出现的力。为了在此在绕组载体5与线圈元件3之间完成牢固的并且尤其不可逆的连接，线圈元件在第三线圈面11c的区域中通过粘合剂21材料配合地与绕组载体5连接。在此涉及如下连接面，所述连接面构成在线圈元件与绕组载体之间的整个接触面的仅仅一个子区域。与所述被牢固粘接的面不同，即在这两个在侧向环绕的面11a和11b上不存在粘合连接。代替地，在这两个在侧向环绕的面11a和11b的区域中绕组载体5借助由特氟龙构成的滑动层23进行涂层。通过省去在接触面的这些区域中的粘合剂实现，在此实现在线圈元件3与绕组载体5之间的相对运动，如通过这两个双箭头所表明的那样。所述滑动运动通过在此所示出的具有可选的滑动层23的设计方案还被进一步变得简单。在此有利地，滑动运动的方向平行于线圈元件3的局部的绕组轴线a的方向。在所示出的示例中，线圈元件由超导的带状导体8卷绕成简单的柱状的扁平线圈。在此，带状导体8的圈如下地扁平地处于彼此之上，使得带状导体的主要面在环形的绕组的全部的部分中平行于局部的绕组轴线a取向。由此，所描述的滑动运动的方向也平行于带状导体的主要面，尤其沿如下方向，所述方向沿导体宽度的方向。在线圈元件3与绕组载体5之间的相对运动促使如下优点，即在此降低局部的应力，否则所述局部的应力能够导致在带状导体之内和/或在绕组的各个位置之间的层离。

绕组载体5能够由如下材料形成，所述材料在冷却时比作为整体的线圈元件3更强烈地热收缩。由此，在达到转子的运行温度时得到预先压缩并且由此在这两个没有通过粘合剂连结的侧面11a和11b上还存在有在线圈元件3与绕组载体5之间的力配合的连接。

图3示单个线圈元件3的示意性的透视的图示，如其例如能够在图1和2的转子中使用的那样。线圈元件3在此设计为柱状的扁平线圈，所述扁平线圈已经通过将超导的带状导体8的多个圈绕局部的线圈轴线a卷绕来制造。线圈元件3具有直的柱体的几何结构，其中，作为柱体的基本形状存在有椭圆形的、跑道状的形状。

图4示出根据本发明的第二实施例的转子1的示意性的横截面图示。与图1的示例不同，绕组载体在此不是由一件式的上一级的柱体周面形成，而是所述绕组载体由八个单独的周缘部段5i组合而成。另外的不同点在于，绕组载体总体上不是无承载地进行构造，而是由具有多个撑杆41a的径向地处于内部的骨架状的支撑结构41保持。在此，各个线圈元件3到绕组载体的相应的部段5i中的嵌入和尤其接触面的各个区域的设计原则上能够例如类似于图2地进行构造。

图5示出根据本发明的第三示例的转子的横截面的示意性的部分视图。在此又示出绕组载体5的方位角的局部，线圈元件3嵌入在所述局部中。在此，整个绕组载体5的设计原则上能够要么类似于在图1中的设计（也就是说，作为贯通的空心柱体）要么但是还类似于在图4中的设计（也就是说，由单独的部段5i组合而成）。就第三实施例而言重要的是，线圈元件仅仅在其主要面中的两个上嵌入到绕组载体5中。在这个示例中，第二主要面11b（所述第二主要面关于a径向地处于外部）和第三主要面11c（所述第三主要面关于A径向地处于外部）共同构造在线圈元件3与绕组载体5之间的接触面。在此，借助粘合剂21连接的连接面延伸还没有经过整个接触面，而是仅仅经过所述整个接触面的子区域。在所示出的示例中，连接面通过第三线圈面11c和小的（关于A径向地处于外部的）子区域在第二线圈面11b的边缘处形成。然而，第二线圈面11b的主要部分在此还构造滑动面，在所述滑动面之内线圈元件3和绕组载体5能够平行于局部的绕组轴线a相对于彼此运动。在这个实施例中，在其余两个线圈面11a和11d的区域中线圈元件3是暴露的并且因此能够在这两侧上由冷却剂流经。两侧的嵌入和借助仅仅延伸经过接触面的一部分的粘合剂21的受限的固定足以在转子的运行中相对于绕组载体5牢固地支撑线圈元件3。在此，还能够通过针对绕组载体5的合适的材料选择来实现在冷却到运行温度时收缩到线圈元件3上。在这个示例中，接触面的没有通过粘合剂21连接的部分同样还设有在绕组载体5上的滑动层23。

附图标记列表

1 转子

3 线圈元件

5 绕组载体

5i 周缘部段

7 处于内部的空腔

8 带状导体

9 液体的冷却剂

11a 第一线圈面

11b 第二线圈面

11c 第三线圈面

11d 第四线圈面

13 绷带

15a 内部的低温保持器壁

15b 外部的低温保持器壁

21 粘合剂

23 滑动层

41 支撑元件

41a 撑杆

A 中心的转子轴线

a 局部的绕组轴线。

Claims (15)

1. 用于电机（21）的转子（1），具有中心的转子轴线（A），包括

- 至少一个具有局部的绕组轴线（a）的超导的线圈元件（3）和

- 至少一个绕组载体（5），所述线圈元件嵌入到所述绕组载体中，

- 其中，在所述绕组载体（5）与所述线圈元件（3）之间构造有材料配合的连接，

- 其中，所述材料配合的连接存在于连接面（11c）上，所述连接面构造在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的整个接触面（11a、11b、11c）的仅仅一个第一子区域（11c）。

2.根据权利要求1所述的转子（1），在所述转子的情况下，作为在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的接触面的第二子区域（11a、11b）构造有滑动面（11a、11b）。

3. 根据权利要求2所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述滑动面（11a、11b）至少部分地通过面（11a、11b）形成，所述面平行于所述线圈元件（3）的局部的绕组轴线（a）定向。

4.根据权利要求2或3所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述滑动面（11a、11b）至少部分地

- 通过第一线圈面（11a）给出，所述第一线圈面关于所述线圈元件（3）的局部的绕组轴线（a）朝径向内部定向，

和/或

- 通过第二线圈面（11b）给出，所述第二线圈面关于所述线圈元件（3）的局部的绕组轴线（a）朝径向外部定向。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述线圈元件（3）和/或所述绕组载体（5）在所述滑动面（11a、11b）的区域中以润滑剂（23）进行涂层。

6.权利要求2至5中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，在所述滑动面（11a、11b）的区域中构造有在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的力配合的接触。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述连接面（11c）包括第三线圈面（11c），所述第三线圈面关于所述中心的转子轴线（A）朝径向外部指向。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，在所述连接面（11a、11b）的区域中的材料配合的连接通过粘合剂（31）构造。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述超导的线圈元件（3）包括高温超导的导体材料。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的转子（1），在所述转子的情况下，所述线圈元件（3）通过将超导的带状导体（8）绕所述局部的绕组轴线（a）卷起而形成，其中，所述带状导体（8）的主要面平行于所述局部的绕组轴线（a）定向。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1）

- 所述转子具有多个超导的线圈元件（3），所述线圈元件在所述转子（1）的周缘上分布地布置，

- 其中，所述线圈元件（3）中的每个布置在配属于所述线圈元件的单独的绕组载体（5i）上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1）

- 所述转子具有多个超导的线圈元件（3），所述线圈元件在所述转子（1）的周缘上分布地布置，

- 其中，所述线圈元件（3）中的每个布置在上一级的、共同的绕组载体（5）的配属于所述线圈元件的周缘部段上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的转子（1），所述转子具有至少一个处于内部的空腔（7），液体的冷却剂（9）能够在所述空腔中循环。

14.电机，具有根据前述权利要求中任一项所述的转子（1）和固定不动地布置的定子。

15.用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的转子（1）的方法，所述方法至少包括如下步骤：

a）将自身稳定的线圈元件（3）制造为预先生产的结构部件，

b）接着将所述线圈元件（3）放入到所述绕组载体（5）中

c）以及在连接面（11c）上建立在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的材料配合的连接，所述连接面构造在线圈元件（3）与绕组载体（5）之间的接触面（11a、11b、11c）的仅仅一个第一子区域。

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