CN112930641A - 电机和混电行驶工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电机和混电行驶工具。所述电机包括超导的线圈的至少一个第一组，所述超导的线圈布置成用于至少沿着u形的曲线引导磁通量。混电空中行驶工具尤其是飞行工具并且具有这样的电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机和混电行驶工具。
背景技术
很多技术应用需要电机具有尽可能高的质量功率，也就是说，每千克的质量具有尽可能高的功率。尤其为了空中行驶的电气化，具有至少20kW/kg的功率密度的发电机和马达是必要的。
机器的电功率密度与定子的电流并且与转子的磁场基本上是成比例的。因为超导的线圈与室温下最强的永磁体的磁通量密度（即仅仅大约1.2特斯拉）相比能够提供明显较高的大约为三至四特斯拉的磁通量密度，所以功率密度在使用超导的线圈时能够明显被提高。
虽然有这样高的磁场强度，在定子处仍然必须应用传导磁通量的材料以屏蔽磁场。所述屏蔽需要轭，所述轭的质量不能够进一步被降低，因为铁磁性材料具有饱和磁化，在铁的情况下为大约2.2特斯拉。如果超过所述饱和磁化，那么所述轭不再能够满足其传导通量和屏蔽的任务并且磁场能够在机器之外进行传播。这能够不利地导致电磁干扰（EMI）并且附加地降低机器的效率。因此，所述轭即使在超导的机器中也是起限制作用的因素。
在传统的机器的情况下，能够应用磁体的海尔贝克布置（Halbach-Anordnungen）以在磁体本身之内代替在轭之内引导通量。在海尔贝克配置中，通量在一定程度上在磁体之内进行传导。由此，在磁体的“背侧”处不再需要轭来引导通量。海尔贝克配置一般情况下通过如下方式来完成，即单个的、小的磁体以通常的北-南配置方案进行磁化并且接着在相应的配置方案中机械地聚集在一起并且被粘接。
借助这样的海尔贝克布置能够实现所谓的“外转动件配置”，其中，转子布置在定子之外。磁通量在磁体中在外部进行传导，从而其不能够朝向外部漏出。
此外，超导的机器是已知的，其中，超导的激励线圈布置在定子中并且绕组布置在转子中，电压在所述绕组中感应。在这样的电机中能够省去轭。然而，因为绕组布置在转子处，这样的电机需要滑环以将电流从电机的旋转的部分传导到静止的部分上。在快速转动的机器中，然而滑环是重的并且快速磨损。
发明内容
面对现有技术的这个技术背景，本发明的任务是提供一种电机，所述电机能够提供高的功率密度。此外，本发明的任务是提供一种混电行驶工具、尤其空中行驶工具，其具有高的质量功率。本发明的所述任务借助具有在权利要求1中说明的特征的电机来解决。本发明的优选的改进方案在从属的从属权利要求、随后的描述和附图中进行说明。
根据本发明的电机具有超导的线圈的至少一个第一组，其布置成用于至少沿着u形的曲线引导磁通量。
根据本发明，因此借助于超导的线圈实现海尔贝克布置。根据本发明设置的超导的线圈的组固有地能够传导磁通量，而不需要附加的轭。由于根据本发明能够放弃轭，因此质量功率能够明显被提高。
此外，对于离心力的支撑来说必要的全部机械构件能够向外进行移位，从而所述构件不必设置在空隙中。所述空隙因此能够较小地进行设计并且转矩因此能够被进一步增大。
优选地，在根据本发明的电机中，第一组的超导的线圈尤其广泛地围绕u形的曲线和/或u形的曲线的纵向中线。在这样的几何形状中，磁通量能够类似于典型的线圈、也就是说当前类似于非超导的线圈进行引导。
在根据本发明的电机中，在优选的改进方案中，超导的线圈以其盘绕平面沿着曲线的曲线区段的曲线半径延伸。
有利地，在根据本发明的电机中，u形的曲线在曲线平面之内延伸并且线圈以其盘绕平面垂直于曲线平面地延伸。
合适地，在根据本发明的电机中，至少第一组布置在电机的转子或定子处。
在电机的有利的改进方案中，所述电机具有超导的线圈的至少一个另外的组，其中，u形的曲线的边分别沿同一方向延伸远离顶点。在本发明的该改进方案中，原则上能够实现多个相邻的磁极，而重的轭或其它的轭不是必要的。
在电机的优选的改进方案中，所述电机具有超导的线圈的至少一个另外的组，其中，至少两个组的u形的曲线的边彼此对齐。在本发明的该改进方案中，例如定子的线圈能够引入到彼此对齐的边之间，从而u形的曲线能够穿过定子的线圈闭合成磁通量回路。
有利地，在根据本发明的电机中，电机是电动马达和/或发电机。
优选地，在根据本发明的电机中，超导的线圈以钇钡铜氧化物形成。钇钡铜氧化物是已确立的高温超导体允许根据已知的并且已确立的方法生产或使用超导的线圈。
根据本发明的混电行驶工具尤其是空中行驶工具，优选地是飞行工具，并且具有如之前所描述的那样的电机。
根据本发明，能够实现具有为30-40kW/kg的功率密度的电机。空中行驶的电气化能够借助具有根据本发明的电机的空中行驶工具朝着实践适用的解决方案迈出明显的一步。
根据本发明的风力设备具有如之前所描述的那样的电机。电机、如尤其发电机的根据本发明可行的提高了的效率允许明显更有效率的风力设备的生产。
附图说明
随后，根据在附图中示出的实施例更详细地阐释本发明。其中：
图1示意性地以沿根据本发明的机器的转子的旋转轴线的方向的视图示出根据本发明的具有超导的转子线圈的组的电机的一部分，以及
图2示意性地以沿旋转轴线的方向的视图示出超导的转子线圈的组的另外的实施例，
图3示意性地以沿垂直于双转子的旋转轴线的方向的侧视图示出根据本发明的具有以超导的转子线圈的组的另外的实施例的双转子的电机的另外的示例，以及
图4示意性地以垂直于转子的旋转轴线的方向的侧视图示出根据本发明的电机的另外的示例。
具体实施方式
在图1中示出的根据本发明的电机10的部分示出具有传统的定子线圈30的定子20以及带有超导的转子线圈60的第一组50的绕转动轴线R能够转动的转子40。
超导的转子线圈60的组50在图1中示出的实施例中以其盘绕平面垂直于附图平面地进行布置。盘绕平面的平行于附图平面走向的延伸方向沿着假想的T形的条的三个端部进行延伸。由此，超导的转子线圈60从T形的横条的第一端部开始前进经过T形的中间条的端部直至T形的横条的第二端部地分别相对于彼此以90度进行旋转，其中，超导的转子线圈60如下地进行卷绕和通电，使得超导的转子线圈60的通电在超导的转子线圈60的所述假想的相对于彼此以90度的旋转期间除了所述旋转之外不发生改变。因此，在超导的转子线圈60中始终如下地引导磁通量，使得磁通量从T形的横条的第一端部出发垂直于横条的纵向延伸部进行走向，然后在T形的中间条的端部处垂直于所述中间条的纵向延伸部进行走向并且然后在T形的横条的第二端部处垂直于横条的纵向延伸部进行走向。在假想的T形的情况下，横条邻近转子的面向定子的那个端部地进行布置40并且中间条沿远离定子的方向延伸远离横条。
因此，超导的转子线圈60的磁通量描绘以围绕假想的T形的横条和中间条的假想的连接部位的U形为外形的曲线V，其中，在横条的端部处具有U形边并且在中间条的端部处具有顶点。
磁通量的曲线V的U形的边在此平行于彼此地进行定向并且沿朝着定子的方向观察从所述曲线的U形的顶点延伸出来。
理解的是，转子线圈60的组50广泛地在根据本发明的电机10的另外的部分中继续。
详细地，转子线圈60的组50原则上能够与前面描述的转子线圈60的组50不同。例如能够设置有附加的转子线圈60，其如下地布置在已经存在的转子线圈60之间，使得超导的转子线圈60的盘绕平面没有相应地如上面所描述的那样相对于彼此以90度进行旋转，而是如在图2中那样如此以轮辐的类型以相应45度错位地径向地延伸离开横条和中间条的假想的连接部位。
代替具有沿着中间条的端部延伸的并且处于垂直于附图平面的卷绕平面的唯一的转子线圈360，在图3中示出的双转子340代替其存在有两个平行于彼此的转子线圈370，所述转子线圈370然而由绕组周缘较小地定尺寸。
在图3中示出的实施例中，转子线圈360、370以u形的曲线如下地进行布置，使得u形的曲线的边沿旋转轴线R的方向延伸离开顶点。在此，双转子240包括两个转子盘，所述转子盘轴向地包围沿旋转轴线R的方向定向的定子线圈375。转子线圈360、370在每个转子盘中相应地形成转子线圈360的组380，其u形的曲线的边彼此对齐，从而其能够通过定子线圈闭合。
如在图4中示出的那样，在另外的实施例中，超导的线圈还能够如下地进行布置，使得u形的曲线V的边沿径向方向延伸离开。
在所有被示出的实施例中，根据本发明的电机10的转子40、240、RT为了运行被冷却到低于90开尔文的低温的温度上。对此，如在图4中示出的那样，例如在电机的转子RT的转子杆S中形成冷却剂路径P，所述冷却剂路径使冷却剂传导通过转子RT。以这种方式，转子RT被冷却到低温的温度上。
在图5中示出的根据本发明的混电飞行工具500具有根据本发明的如前面所描述的那样的电机10。电机10作为电动马达进行工作并且驱动混电飞行工具500的推进器510。
Claims (10)
1.电机，具有超导的线圈（60；360、370）的至少一个第一组（50），所述超导的线圈布置成用于至少沿着u形的曲线（V）引导磁通量。
2.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述第一组（50）的超导的线圈（60；360、370）尤其广泛地围绕所述u形的曲线（V）和/或所述u形的曲线（V）的纵向中线。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述超导的线圈（60；370）以其盘绕平面沿着所述曲线（V）的曲线区段的曲线半径延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述u形的曲线（V）在曲线平面之内延伸并且所述超导的线圈（60；360、370）以其盘绕平面垂直于曲线平面进行延伸。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述第一组（50）布置在所述电机的转子（40、240）或定子处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电机，所述电机具有超导的线圈（60；360、370）的多个组（50、380），其中，所述u形的曲线（V）的边分别沿同一方向延伸离开顶点。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电机，所述电机具有超导的线圈（60；360、370）的多个组（50、380），其中，至少两个组（50、380）的u形的曲线的边能够彼此对齐。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电机，所述电机是电动马达和/或发电机。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电机，其中，所述超导的线圈以钇钡铜氧化物形成。
10.混电行驶工具，优选地空中行驶工具、尤其飞行工具，其具有根据前述权利要求中任一项所述的电机。
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