CN1759524A - 转子组件 - Google Patents
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Abstract
一种转子组件包括大致圆柱形支承结构，它具有至少一个第一区域和至少一个第二区域。至少一个转子线圈位于大致圆柱形支承结构的每个第一区域上。每个转子线圈分别包括一对远端部分和凸形中心部分，而且凸形中心部分的平均机械密度基本上等于远端部分的平均机械密度。至少一个第一区域的平均机械密度基本上等于至少一个第二区域的平均机械密度。
Description
相关专利申请
在此，在该主题专利申请中引用下面的专利申请，供参考，就如同在此进行了全面说明：(1)1998年7月7日公告的、标题为“Superconducting Synchronous Motor Construction”(第05770-044001/AMSC-169号备审案子(Atty.Dcocket))的第5,777,420号美国专利；(2)2002年12月3日公告的、标题为“Superconducting RotatingMachine”(第05770-099001/AMSC-438号备审案子)的第6,489,701号美国专利；(3)2002年7月16日公告的、标题为“Exciter andElectronic Regulator for Rotating Machinery”(第05770-101001/AMSC-424号备审案子)的第6,420,842号美国专利(4)2000年1月11日提交的、标题为“Stator Construction For SuperconductingRotating Machines”(第05770-102001/AMSC-445号备审案子)的第09/480,397号美国专利申请；(5)2000年1月11日提交的、标题为“Internal Support for Superconducting Wires”(第05770-105001/AMSC-448号备审案子)的第09/481,480号美国专利申请；(6)2000年1月11日提交的、标题为“HTS Superconducting RotatingMachine”(第05770-106001/AMSC-450号备审案子)的第60/266,319号美国专利申请；(7)2002年2月19日公告的、标题为“Cooling Systemfor HTS Machines”(第05770-108001/AMSC-456号备审案子)的第6,347,522号美国专利；(8)2002年3月19日公告的、标题为“Superconducting Synchronous Machine Field Winding Protection”(第05770-112001/AMSC-458号备审案子)的第6,359,365号美国专利；(9)2000年8月4日提交的、标题为“Exciter For SuperconductingRotating Machinery”(第05770-121001/AMSC-487号备审案子)的第09/632,600号美国专利申请；(10)2000年8月4日提交的、标题为“Segmented Rotor Assembly For Superconducting Rotating Machines”(第05770-123001/AMSC-490号备审案子)的第09/632,602号美国专利申请；(11)2000年8月4日提交的、标题为“Stator SupportAssembly For Superconducting Rotating Machines”(第05770-124001/AMSC-491号备审案子)的第09/632,601号美国专利申请；(12)2001年7月13日提交的、标题为“Enhancement of Stator LeakageInductance in Air-Core Machines”(第05770-158001/AMSC-544号备审案子)的第09/905,611号美国专利申请；(13)2001年9月19日提交的、标题为“Axially-Expandable EM Shield”(第05770-168001/AMSC-597号备审案子)的第09/956,328号美国专利申请；(14)2002年2月26日提交的、标题为“Tangential Torque Support”(第05770-150001/AMSC-528号备审案子)的第10/083,025号美国专利申请；(15)2001年7月19日提交的、标题为“Torque TransmissionAssembly For Use In Superconducting Rotating Machines”(第05770-154001/AMSC-537号备审案子)的第09/909,412号美国专利申请；(16)2002年4月23日公告的、标题为“Superconducting Rotor CoolingSystem”(第05770-062001/AMSC-286号备审案子)的第6,376,943号美国专利；以及(17)2002年4月23日提交的、标题为“SuperconductorRotor Cooling System”(第05770-062002/AMSC-286号备审案子)的第10/128,535号美国专利申请。
技术领域
本发明涉及旋转机械。
背景技术
旋转机械通常包括静止的定子组件和在定子组件内旋转的转子组件。转子组件通常是圆柱形的，它包括转子线圈，在工作期间，该转子线圈与插入定子组件内的电枢线圈磁性链接在一起。在工作期间，定子组件产生旋转磁场，导致转子组件旋转。或者，如果利用外部机械驱动转子组件，则旋转磁场组件使静止的定子组件产生电压和电流。在转子组件旋转时，它承受径向离心力，这样可能导致转子组件径向变形。
发明内容
根据本发明的一个方面，转子组件包括大致圆柱形支承结构，它具有至少一个第一区域和至少一个第二区域。该转子组件进一步包括至少一个转子线圈，它位于大致圆柱形支承结构的每个第一区域上，其中每个转子线圈包括一对远端部分和凸形中心部分，其中凸形中心部分的平均机械密度基本上等于远端部分的平均机械密度。此外，第一区域的平均机械密度基本上等于第二区域的平均机械密度。
还可以包括一个或者多个下面的特征。一个或者多个转子线圈包括位于转子线圈的内部区域内的心轴。心轴可以占据转子线圈的部分内部区域，而且由机械密度大于第一区域和第二区域的平均机械密度的材料(例如，不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等)构造该心轴。
心轴包括一对被一对凸形中心部分分隔的远端部分。第一半径可以确定心轴的远端部分的周边，而第二半径可以确定心轴的凸形中心部分的周边，以致第二半径大于第一半径。作为一种选择，心轴可以是椭圆形的。
一个或者多个第二区域包括占据部分第二区域的部件，而且该部件的机械密度大于第一区域和第二区域的平均机械密度。作为一种选择，一个或者多个第二区域包括占据第二区域的部件，而且该部件的机械密度基本等于第一区域和第二区域的平均机械密度。可以由不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等构造这些部件。
转子线圈(例如，跑道形线圈或者马鞍形线圈)可以是超导线圈，而且包括一个或者多个高温超导绕组。可以低温冷却或者不低温冷却这些转子线圈，工作期间，在转子组件内，这些转子线圈产生磁通通路。大致圆柱形的支承结构可以确定内部容积，该内部容积容纳磁性材料，磁性材料具有高饱和通量密度，位于至少部分磁通通路上，而且用于降低转子线圈产生的整个磁通通路的磁阻。可以低温冷却，也可以不低温冷却位于内部容积内的该磁性材料。可以缠绕转子线圈内的导体，以致靠近心轴凸形中心部分的转子线圈产生的磁通线在径向基本对准转子组件的轴中心线。
配置马鞍形线圈，以致马鞍形线圈产生的磁通线垂直于大致圆柱形支承结构的表面，而且在径向对准转子组件的轴中心线。
根据本发明的上述各方面，可以实现一个或者多个优点。使用凸形或者椭圆形心轴产生了具有均匀机械密度的转子线圈。此外，通过使心轴的平均机械密度与转子线圈的平均机械密度匹配，可以增强转子性能。通过使填充材料的密度与转子线圈/心轴组合的密度匹配，可以进得到一步增强。通过使转子组件的各种部件的密度匹配，可以增强转子的高速运行，因为可以减小由离心力产生的径向变形。此外，通过降低磁阻，在转子的圆柱形支承结构内使用磁心可以增强磁性能。
下面详细说明附图所示的本发明的一个或者多个实施例。根据该描述和附图而且根据权利要求，本发明的其它特征、目的和优点显而易见。
附图说明
图1是旋转机械的剖视图；
图2是图1所示旋转机械的部分转子组件的立体图；
图3是图1所示旋转机械的转子线圈和心轴的立体图；
图4是图1所示旋转机械的填充材料的平面图；
图5是示出图1所示旋转机械的磁通通路的图形表示；
图6是示出图1所示旋转机械的转子组件内磁场分布的曲线图；
图7是图1所示旋转机械的转子线圈的变换实施例；以及
图8是图3所示转子线圈和心轴的变换实施例的剖视图。
在各种附图中，同样的参考编号表示同样的单元。
具体实施方式
参考图1，旋转机械10包括定子组件12和转子组件14，在该实施例中，转子组件14具有四磁极拓扑(pole topology)。转子组件14在定子组件14内旋转，而且在该四磁极配置中，转子组件14包括4个在直径方向对着的转子线圈16、17、18、19(该图中仅示出其中的两个)，它们基本上是圆柱形的，安装在支承结构20上。下面将更详细说明基本上具有相同机械密度(mechnaical density)的转子线圈16、18的构造和配置。通过设置这些机械密度，以使它们基本上相同，可以降低圆柱形支承结构20的不均匀性、径向变形(或者成椭圆形)。
转子组件14包括支承件22，它安装在输出轴24上，由一对分别位于转子组件14的两端的垫板26、28支承它们。通常由高强度、韧性、非磁性材料(例如，不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等)转子支承件22。扭力管30使支承件22连接到转子组件14的两个端板32、34之一，从而在支承结构20与输出轴24之间建立扭力通路。2001年7月19日提交的、标题为“Torque Transmission Assembly For Use InSuperconducting Rotating Machines”(第05770-154001/AMSC-537号备审案子)的第09/909,412号美国专利申请详细描述了扭力管30的一个实施例。
真空室套管36围绕转子线圈16、18和支承结构20。真空室套管36的各端连接到端板32，34。通常，真空室套管36较薄(例如，3/16″)，而且由不锈钢构成。在真空室套管36连接到端板时，形成气密室，该气密室封闭了转子线圈16、18。可以将该气密室抽空，从而在该室内形成真空。这样有助于使较冷转子线圈16、18与较热输出轴24绝缘。
定子组件12包括被电磁屏蔽40包围的电枢绕组38(例如，三相定子绕组)。电磁屏蔽40通常由诸如铜、铝、酚醛塑料或者不锈钢的非磁性材料构成。
对于同步电机，在旋转机械10工作期间，电压源(未示出，例如，发电机、公用线路等)将电压施加到电枢绕组38。对转子线圈16、18施加场能量。场能量通常是DC电流，因为转子线圈16、18需要DC电流产生使转子组件14与定子组件12链接在一起所需的磁场(和磁通量)。然而，如果对转子线圈16、18施加的场能量是AC电流，则采用整流器/闸流晶体管电路(未示出)将AC电流变换为DC电流。
转子线圈16、18可以是非超导绕组(例如，铜绕组)或者HTS(高温超导体)绕组。HTS导体的例子有：铊—钡—钙—铜—氧化物、铋—锶—钙—铜—氧化物、汞—钡—钙—铜—氧化物、钇—钡—铜—氧化物以及二硼化镁。
由于仅在低温下(例如，＜100开尔文(kelvin.))工作时，超导导体才实现其超导特性，所以如果采用这种超导导体，则旋转机械10包括低温冷却器(未示出)，它用于使转子线圈16、18的工作温度保持在足够低的工作温度，可以使该导体呈现其超导特性。2002年2月19日公告的、标题为“Cooling System for HTS Machines”(第05770-108001/AMSC-456号备审案子)的第6,347,522号美国专利、2002年4月23日公告的、标题为“Superconducting Rotor Cooling System”(第05770-062001/AMSC-286号备审案子)的第6,376,943号美国专利以及2002年4月23日提交的、标题为“Superconduct哦RotorCooling System”(第05770-062002/AMSC-286号备审案子)的第10/128,535号美国专利申请详细说明了低温冷却器(未示出)的实施例。
还参考图2，包括通常由不锈钢材料构成的转子支承结构20，它上面设置了转子线圈和用于确定两个区域的填充材料。第一区域42容纳转子线圈(即，“线圈”区)、而第二区域44不容纳转子线圈(即，“填充”区)。使转子线圈和填充材料适合转子支承结构的形状。对于该特定四磁极实施例，转子组件14内包括4个转子线圈。因此，转子支承结构20被划分为8个区域，4个“线圈”区(一个“线圈”区用于一个转子线圈)和4个位于4个线圈区之间的“填充”区。通常，将用于制造“填充”区的材料称为填充材料，因为它填充转子线圈之间的空间或者间隙。
还参考图3，(包括在转子组件14内的4个转子线圈中的)两个转子线圈16、18分别包括一对远端部分46、48和凸形中心部分50。在构造转子线圈16、18(通常是马鞍形线圈)时，导体52(超导的或者非超导的)重复缠绕在心轴(例如，心轴54)上。因此，心轴54(通常由不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等构成)确定转子线圈，例如，转子线圈16的最终形状。
心轴54包括一对远端部分56、58(一个用于限定心轴54的上部，一个用于限定心轴54的下部)和一对凸形中心部分60、61(分别用于限定心轴54的两端)。因此，当导体52缠绕在心轴54上时，导体52缠绕在其上的心轴54就确定了转子线圈的最终形状。心轴54的凸形中心部分60、61具有不互相平行而且在中部实际隆起的弯曲边缘62、64，因此，这对凸形中心部分中部的宽度比这对凸形中心部分的顶部或者底部(即，这对凸形中心部分60、61接近远端部分56，58的位置)宽。这对凸形中心部分60、61的曲率半径大(例如，50至100英寸)，根据导体的刚性、线圈的大小以及/或者绝缘系统的机械性能，选择其曲率半径。根据机械的特定应用和设计，改变心轴的尺寸。对于机械10的特定实施例，心轴的长度为20英寸，而宽度为8英寸，而且宽度沿心轴凸形中心部分的偏差约为1英寸。
在导体52重复缠绕在心轴54上时，形成转子线圈16、18，以致该转子线圈的任意部分的剖面上都包括导体52的多个剖面，因为导体重复缠绕在心轴上。在形成转子线圈16、18时，根据机械10的设计和应用，改变导体52缠绕在心轴54上的匝数。对于机械10的特定实施例，导体52缠绕在选择54上180匝。
当围绕心轴54的远端部分缠绕导体52时，导体环(conductorloop)被压缩，以致将转子线圈内的各导体环压缩在一起。压缩量与心轴的曲率半径成反比。由于用比凸形中心部分60、61的周边小的半径限定心轴的远端部分56、58的周边，所以靠近心轴54的远端部分56、58的导体承受的压缩程度比靠近凸形中心部分60、61的导体承受的压缩程度高。在转子线圈的一个特定实施例中，靠近远端部分56、58的导体的压缩程度可以高达2.0lb/in2(对于其远端部分为5″半径的心轴)，而靠近凸形中心部分60、61的导体的压缩程度可以是0.20lb/in2。
这种线圈/心轴配置可以保证围绕线圈具有基本均匀的平均匝厚度(turn thickness)，因此，提高了转子线圈的机械性能。此外，这种线圈/心轴配置可以将导体倾斜偏差降低到最小，从而提高了线圈厚度的重现性。此外，在线圈制造过程中，这种配置还减少垂直紧固的要求，因此，保证低成本模制设备。此外，这种配置增加了具有给定外部线圈包络的线圈的封闭面积，因此，增大了线圈的偶极运动(和产生的扭力)。总之，这种配置使线圈的制造过程更快，更廉价，而且可以提高线圈性能。
与具有平行端的中心部分不同，利用凸形中心部分60、61，可以增强靠近凸形中心部分60、61的导体承受的压缩程度，因为缠绕在心轴上的导体的张力被变换为压缩力，在径向，该压缩力使导体向心轴54的中心压缩。因此，因为使用凸形中心部分60、61，减小了围绕心轴缠绕的导体的压缩偏差，因此，使转子线圈的远端部分46、48和凸形中心部分50具有基本相同的机械密度。对于转子线圈的特定实施例，平均机械密度为每立方英寸0.2磅(对于玻璃导体绝缘)和每立方英寸0.22磅(对于纸导体绝缘)。
通过基本上均衡转子线圈16、18的各部分的机械密度，转子组件14的旋转对转子线圈的所有部分具有同样的作用。例如，转数高、四极、60赫兹应用(例如，发电机)，转子组件以3,600rpm旋转。在转子组件14旋转时，转子组件的各种部件承受离心力，该离心力根据这些转子组件部件的密度发生变化。因此，通过均衡转子线圈16、18的各部分46、48、50的密度，也可以均衡对这些部分产生的离心力，因此，使转子组件14的这些部件(即，转子线圈16、18)平衡，而且可以减小转子组件14的不均匀径向变形。
通过使转子线圈16、18的机械密度与心轴54的机械密度匹配，可以使转子组件进一步平衡，而且可以进一步提高其性能。具体地说，如果心轴具有比围绕其的转子线圈高的密度，则在工作期间，心轴承受的离心力比较低密度转子线圈承受的离心力大。因此，出现了不均匀、径向变形(或者成椭圆形)，因为在径向使心轴拉离转子组件的旋转中心线的比例比使围绕其的转子线圈拉离转子组件旋转中心线的比例大。
使心轴密度与转子线圈的平均密度匹配的方式有几种。可以利用其密度与转子线圈的平均密度基本相同的材料构造心轴54。例如，如果转子线圈的平均机械密度为每立方英寸0.2磅，则可以利用大致相同机械密度的材料构造心轴。
如果这种材料不可得，则可以采用高密度材料(例如，不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等)，对提供的材料进行处理，以降低其平均机械密度。例如，如果要由机械密度为每立方英寸0.30磅的不锈钢构造该心轴，则可以机械加工心轴，以便平均去除心轴材料的三分之一。这可以通过在心轴内机械加工孔66、68、70和/或者槽72、74，以致将心轴54的表面积减少适当比例实现的。例如，如果要求的心轴密度是0.20lbs./英寸3，而实际心轴密度为0.30lbs./英寸3，则心轴的实际密度比要求的密度高50％。因此，当在心轴内机械加工孔和/或者槽时，孔和/或者槽应该占据心轴表面积的三分之一。在机械加工这些孔和槽时，应该使其尺寸保持最小，而使空间频率保持最高，以均化整个心轴上的密度分布。这些孔的大小和空间频率的典型例子是在2英寸的中心具有直径为半英寸的孔。
降低心轴的密度的变换方式是将心轴的厚度减小要求的数量。因此，如果将心轴的厚度减小三分之一，则可以获得同样的净结果，因为可以将心轴的平均密度减少三分之一。
如上所述，转子支承结构20被划分为两个区域：“线圈”区42和“填充”区44，以致“线圈”区42容纳一个或者多个转子线圈，而“填充”区44容纳用于填充转子线圈(即，“线圈”区42)之间的空间或者间隙的填充材料(例如，不锈钢、铜、铝、酚醛塑料等)。还参考图4，填充材料76通常是大致沙漏形(hour-glass shaped)不锈钢件，将该不锈钢件轧制成适当半径的转子支承结构20，以适应转子线圈和支承结构的形状。
通过使填充材料76(即，“填充”区)的机械密度与转子线圈16、18以及心轴54的机械密度匹配，可以使转子组件14进一步平衡，而且可以进一步增强其性能。如上所述，如果填充材料76的机械密度比转子线圈/心轴组合的机械密度高，则在工作期间，填充材料76承受的离心力比较低密度的转子线圈/心轴组合承受的离心力大。因此，出现不均匀、径向变形(或者成椭圆形)，因为在径向使填充材料76拉离转子组件14的旋转中心线的比例比使转子线圈/心轴组合拉离转子组件旋转中心线的比例大。与利用心轴54相同，有几种方式可以使填充材料机械密度与转子线圈/心轴组合的平均机械密度匹配。
可以由其密度基本等于转子线圈/心轴组合的平均密度的材料构造填充材料76。作为一种选择，可以采用诸如不锈钢、铜、铝或者酚醛塑料的较高密度材料，机械加工所提供的材料，以降低其平均机械密度。如上所述，例如，这可以通过在填充材料76内机械加工孔78、80、82和/或者槽84、86，以致将填充材料的表面积减少适当比例实现的。在机械加工这些孔和/或者槽时，应该使其尺寸保持最小，而使其空间频率保持最高，以均化整个填充材料上的密度分布。这些孔的大小和空间频率的典型例子是在2英寸的中心具有直径为半英寸的孔。
降低填充材料76的密度的变换方式是将其厚度减小要求的数量。因此，如果需要将填充材料的密度降低三分之一，则可以将填充材料76的厚度减小三分之一，这样可以实现要求的机械密度降低。
尽管上文将电枢绕组38描述为三相电枢绕组，但是其它配置也可以。例如，电枢绕组38可以是单相的电枢绕组。
尽管上面将心轴54描述为具有一对第一半径的远端部分56、58和一对第二半径的凸形中心部分60、61的心轴，但是其它配置也可以。例如，心轴54可以是椭圆形的，因此，它具有连续变化的半径。
尽管上文将支承件22描述为由非磁性材料(例如，铝)制造的支承件，但是磁性材料(例如，铁)可以构造支承件22。还参考图5，在变换实施例中，支承件是由一系列层叠的薄片形成的铁芯22′。可以利用低温冷却器冷却也可以不冷却层叠薄片，层叠薄片位于圆柱形支承结构20的内部容积内。然后，使扭力管30冷却，以在薄片的周围，使该管收缩，使薄片在该管内处于压缩状态。还可以“收缩焊接”扭力管30，以围绕铁芯预装该扭力管。
尽管可以采用固体铁芯，但是层叠的一组薄片是优选的，以便如果薄片之一破裂，则使该裂痕封闭在该薄片上，以便不传播到相邻薄片。如果将非韧性铁芯与转子线圈16、17、18、19一起低温冷却，则铁芯上发生破裂的关系重大。在低温冷却的低温，提高了铁的脆化特性。为了提高层叠结构在径向的韧性强度，可以在薄片之间设置加强层(例如，玻璃纤维或者不锈钢)。然后，例如，可以利用环氧树脂浸渍薄片和加强层。
在扭力管内定位铁芯22′保证旋转机械10工作的显著优点。在定位铁芯22′时，应该以非常靠近铁芯22′的半径定位转子线圈。为了了解这些优点，示出了利用转子线圈超导绕组产生的磁通通路的简化图形表示。在铁芯22′内，对应于上部左侧象限的4个磁通通路之一在点88开始，在通路90延伸，直到它遇到后铁芯组件94，该后铁芯组件94提供低阻抗通路，通路90通常与轴线92平行延伸。此时，磁通通路通过后铁芯组件以逆时针方向延伸，然后，沿平行于轴线98的通路96返回点88，以封闭该回路。其余象限的磁通通路以同样的方式离开铁芯延伸，通过后铁芯组件，然后，返回铁芯。
从图5可以看出，磁通通路的重要部分通过位于支承结构20的内部容积内的铁芯22′。因为铁是高饱和通量密度材料(即，接近2.0Tesla)，所以在这种情况下，它起磁短路的作用，因此，降低了整个磁通通路的磁阻，而提高了对给定安匝数(ampere-turns)的绕组产生的磁通量。因此，提供了较低损失的磁路，因此，获得更高效率的电机。
还参考图6，示出转子组件14内的磁场分布的曲线图示出通过铁芯22′的增加磁通。
尽管上面将转子线圈16、18描述为包括凸形中心部分50的转子线圈，但是其它配置也可以。例如，中心部分可以具有平行端部，因此，中心部分可以是矩形的，而不是凸形的。
尽管上面将转子线圈16、18描述为马鞍形线圈，但是其它配置也可以，例如，图7所示的跑道形线圈配置100。跑道形线圈100通常由几个互相层叠在其上的线圈绕组构成(例如，绕组102、104、106)。
还参考图8，图8示出转子线圈16′的变换实施例，其中围绕心轴54′缠绕用于缠绕转子线圈的导体52，以致心轴54′的凸形中心部分60′、61′的周边垂直于转子支承结构20的表面108。因此，位于心轴54′的凸形中心部分60′、61′附近的各导体垂直于转子支承结构20的表面108。由于导体52具有矩形截面，所以导体52的大面(broad face)也垂直于转子支承结构20的表面108。因此，该转子线圈配置在径向对准围绕心轴54′的各导体产生的磁通线(例如，磁通线110、112、114)，因为该磁通线与导体52的大面平行。通过径向对准磁通线，以使磁通线垂直接触铁芯(strike iron core)22，增强了磁效率。此外，由于这种线圈配置产生具有凸形外表面116的转子线圈，所以可以对转子支承结构紧密设置该转子线圈。此外，这种配置的转子线圈的凹形内表面108使它非常靠近铁芯22。
已经对本发明的许多实施例进行了描述。然而，显然，在不脱离本发明实质范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其它实施例位于下面的权利要求限定的范围内。
Claims (48)
1.一种转子组件，包括：
大致圆柱形支承结构，具有至少一个第一区域和至少一个第二区域；以及
至少一个转子线圈，位于大致圆柱形支承结构的每个第一区域上，每个转子线圈分别包括一对远端部分和凸形中心部分：
其中凸形中心部分的平均机械密度基本上等于远端部分的平均机械密度；
其中至少一个第一区域的平均机械密度基本上等于至少一个第二区域的平均机械密度。
2.根据权利要求1所述的转子组件，其中一个或者多个转子线圈包括位于转子线圈的内部区域内的心轴。
3.根据权利要求2所述的转子组件，其中心轴占据转子线圈的部分内部区域，而且由其机械密度大于第一和第二区域的平均机械密度的材料构造该心轴。
4.根据权利要求2所述的转子组件，其中心轴占据转子线圈的内部区域，而且由其机械密度基本等于第一和第二区域的平均机械密度的材料构造该心轴。
5.根据权利要求2所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该心轴。
6.根据权利要求2所述的转子组件，其中心轴包括一对被一对凸形中心部分分隔的远端部分。
7.根据权利要求6所述的转子组件，其中第一半径确定心轴的远端部分的周边，而由比第一半径大的第二半径确定心轴的凸形中心部分的周边。
8.根据权利要求2所述的转子组件，其中心轴是椭圆形心轴。
9.根据权利要求1所述的转子组件，其中一个或者多个第二区域包括占据部分第二区域的部件，而且该部件的机械密度大于第一和第二区域的平均机械密度。
10.根据权利要求9所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该部件。
11.根据权利要求1所述的转子组件，其中一个或者多个第二区域包括占据第二区域的部件，而且该部件的机械密度基本等于第一区域和第二区域的平均机械密度。
12.根据权利要求11所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该部件。
13.根据权利要求1所述的转子组件，其中转子线圈是跑道形线圈。
14.根据权利要求1所述的转子组件，其中转子线圈是马鞍形线圈。
15.根据权利要求14所述的转子组件，其中配置马鞍形线圈，以致马鞍形线圈产生的磁通线垂直于大致圆柱形支承结构的表面，而且在径向对准转子组件的轴中心线。
16.根据权利要求1所述的转子组件，其中转子线圈是超导转子线圈。
17.根据权利要求16所述的转子组件，其中超导转子线圈包括一个或者多个高温超导绕组。
18.根据权利要求1所述的转子组件，其中工作期间，在转子组件内，至少一个转子线圈产生磁通通路，而且大致圆柱形支承结构确定内部容积，该转子组件进一步包括：
磁性材料，具有高饱和通量密度、位于大致圆柱形支承结构的内部容积内，而且具有至少部分磁通通路，用于降低至少一个转子线圈产生的整个磁通通路的磁阻。
19.根据权利要求18所述的转子组件，其中低温冷却位于内部容积内的磁性材料。
20.根据权利要求18所述的转子组件，其中不低温冷却位于内部容积内的磁性材料。
21.一种转子组件，包括：
大致圆柱形支承结构，具有至少一个第一区域和至少一个第二区域；以及
至少一个转子线圈，位于大致圆柱形支承结构的每个第一区域内；
其中至少一个第一区域的平均机械密度基本上等于至少一个第二区域的平均机械密度。
22.根据权利要求21所述的转子组件，其中一个或者多个转子线圈包括位于转子线圈的内部区域内的心轴。
23.根据权利要求22所述的转子组件，其中心轴占据转子线圈的部分内部区域，而且由其机械密度大于第一和第二区域的平均机械密度的材料构造该心轴。
24.根据权利要求22所述的转子组件，其中心轴占据转子线圈的内部区域，而且由其机械密度基本等于第一和第二区域的平均机械密度的材料构造该心轴。
25.根据权利要求22所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该心轴。
26.根据权利要求21所述的转子组件，其中一个或者多个第二区域包括占据部分第二区域的部件，而且该部件的机械密度大于第一和第二区域的平均机械密度。
27.根据权利要求26所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该部件。
28.根据权利要求21所述的转子组件，其中一个或者多个第二区域包括占据第二区域的部件，而且该部件的机械密度基本等于第一和第二区域的平均机械密度。
29.根据权利要求28所述的转子组件，其中由从包括不锈钢、铝、酚醛塑料和铜的组中选择的材料构造该部件。
30.根据权利要求21所述的转子组件，其中转子线圈是跑道形线圈。
31.根据权利要求21所述的转子组件，其中转子线圈是马鞍形线圈。
32.根据权利要求31所述的转子组件，其中配置马鞍形线圈，以致马鞍形线圈产生的磁通线垂直于大致圆柱形支承结构的表面，而且在径向对准转子组件的轴中心线。
33.根据权利要求21所述的转子组件，其中转子线圈是超导转子线圈。
34.根据权利要求33所述的转子组件，其中超导转子线圈包括一个或者多个高温超导绕组。
35.根据权利要求21所述的转子组件，其中工作期间，在转子组件内，至少一个转子线圈产生磁通通路，而且大致圆柱形支承结构确定内部容积，该转子组件进一步包括：
磁性材料，具有高饱和通量密度、位于大致圆柱形支承结构的内部容积内，而且具有至少部分磁通通路，用于降低至少一个转子线圈产生的整个磁通通路的磁阻。
36.根据权利要求35所述的转子组件，其中低温冷却位于内部容积内的磁性材料。
37.根据权利要求35所述的转子组件，其中不低温冷却位于内部容积内的磁性材料。
38.一种转子线圈，包括：
心轴，包括一对被一对凸形中心部分分隔的远端部分；以及
绕组组件，缠绕在心轴上，该绕组组件包括一对远端部分和凸形中心部分；
其中凸形中心部分和绕组组件的远端部分的平均机械密度基本相等。
39.根据权利要求38所述的转子线圈，其中第一半径确定心轴远端部分的周边，而大于第一半径的第二半径确定心轴凸形中心部分的周边。
40.根据权利要求38所述的转子线圈，其中心轴是椭圆形心轴。
41.根据权利要求38所述的转子线圈，其中转子线圈是跑道形线圈。
42.根据权利要求38所述的转子线圈，其中转子线圈是马鞍形线圈。
43.根据权利要求42所述的转子线圈，其中配置马鞍形线圈，以致马鞍形线圈产生的磁通线在径向对准转子组件的轴中心线。
44.根据权利要求38所述的转子线圈，其中绕组组件包括一个或者多个缠绕在心轴上的导体。
45.根据权利要求44所述的转子线圈，其中一个或者多个导体是超导导体。
46.根据权利要求45所述的转子线圈，其中由高温超导材料构造超导导体。
47.一种旋转机械，包括：
定子组件，包括至少一个定子绕组；以及
转子组件，配置其以在定子组件内旋转，该转子组件包括：
大致圆柱形支承结构，具有至少一个第一区域和至少一个第二区域；以及
至少一个转子线圈，位于每个第一区域上，工作时，产生链接到定子组件的磁通；
其中至少一个第一区域的平均机械密度基本上等于至少一个第二区域的平均机械密度。
48.一种旋转机械，包括：
定子组件，包括至少一个定子绕组；以及
转子组件，配置其以在定子组件内旋转，该转子组件包括：
大致圆柱形支承结构，具有至少一个第一区域和至少一个第二区域；以及
至少一个转子线圈，位于每个第一区域上，工作时，产生链接到定子组件的磁通，其中每个转子线圈包括一对远端部分和凸形中心部分；
其中凸形中心部分的平均机械密度基本等于远端部分的平均机械密度；
其中至少一个第一区域的平均机械密度基本上等于至少一个第二区域的平均机械密度。
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