CZ301804B6 - Rotor pro synchronní stroj - Google Patents
Rotor pro synchronní stroj Download PDFInfo
- Publication number
- CZ301804B6 CZ301804B6 CZ20021668A CZ20021668A CZ301804B6 CZ 301804 B6 CZ301804 B6 CZ 301804B6 CZ 20021668 A CZ20021668 A CZ 20021668A CZ 20021668 A CZ20021668 A CZ 20021668A CZ 301804 B6 CZ301804 B6 CZ 301804B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- rotor
- coil
- tension rod
- winding
- rotor core
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 109
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 5
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 5
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000784732 Lycaena phlaeas Species 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 235000021419 vinegar Nutrition 0.000 description 1
- 239000000052 vinegar Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 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
- 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
- H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/06—Embedding prefabricated windings in the machines
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
Rotor pro synchronní stroj zahrnuje rotorové jádro (22) a vinutí (34) supravodivé cívky rozprostírající se kolem alespon cásti rotorového jádra (22). Toto vinutí (34) supravodivé cívky má dvojici postranních cástí (40) na opacných stranách rotorového jádra (22) a je opatreno alespon jednou tažnou vzperou (42) rozpínající se mezi dvojicí postranních cástí (40) vinutí (34) supravodivé cívky a procházející rotorem (14). První konec tažné vzpery (42) je umísten na první postranní cásti (40) vinutí (34) a druhý konec tažné vzpery (42) je umísten na protilehlé postranní cásti (40) vinutí (34). Mezi tažnou vzperou (42) a rotorovým jádrem (22) je válcová vakuová rotorová dutina (16) statoru. Na obou koncích tažné vzpery (42) je kryt (44) cívky. Tento kryt (44) obklopuje vinutí (34) cívky a je pripojen k tažné vzpere (42). Alespon jedna tažná vzpera (42) a kryt (44) jsou tepelne izolované od rotorového jádra (22).
Description
Stávající vynález se všeobecně týká rotoru pro synchronní stroj, zejména supravodivé cívky u synchronního točivého stroje. Zejména pak se předkládaný vynález vztahuje k nosné konstrukci pro supravodivá budicí vinutí v rotoru synchronního stroje.
D.gsavadn.ístav techniky
Synchronní elektrické stroje, které mají vinutí budicích cívek, zahrnují rotační generátory, rotační motory a lineární motory, ale nejsou na tuto skupinu omezeny. Tyto stroje obecně zahrnují i s stator a rotor, jež jsou elektromagneticky spojeny. Rotor může obsahovat jádro s více póly a cívková vinutí, namontovaná na rotorovém jádru. Rotorová jádra mohou obsahovat magneticky permeabilní pevný materiál, jako například rotor se železným jádrem.
V rotorech synchronních elektrických strojů se běžně používá obyčejné měděné vinutí. Elektric20 ký odpor měděného vinutí (třebaže je nízký podle běžných měřítek) je dostatečný pro to, aby přispěl k vydatnému zahřívání rotoru a ke snížení koeficientu účinnosti stroje. V poslední době byla pro rotory vyvinuta supravodivá vinutí cívek. Supravodivá vinutí nemají fakticky žádný odpor a jsou velmi výhodná jako vinutí rotorových cívek.
Rotory se železným jádrem se saturují při intenzitě magnetického pole ve vzduchové mezeře okolo 2 Tesla. Známé supravodivé rotory využívají konstrukce bez železného jádra, kde v rotoru není žádné železo, aby se dosáhlo ve vzduchové mezeře intenzity magnetického pole 3 Tesla nebo více. Tato vysoká magnetická pole ve vzduchové mezeře dávají zvýšené výkonové hustoty elektrických strojů a mají za následek významné snížení váhy a velikosti stroje. Supravodivé rotory bez železného jádra vyžadují velká množství supravodivého drátu. Velká množství supravodivého drátu zvyšují počet požadovaných cívek, složitost nosníků cívek a cenu vinutí supravodivých cívek a rotoru.
Vinutí vysokoteplotních supravodivých budicích cívek jsou vytvářena ze supravodivých mate35 riátů, které jsou křehké a musí být ochlazovány na nebo pod teplotu kritické teploty, například, 27 °K, aby se dosáhla a udržela supravodivost. Supravodivá vinutí mohou být vytvořena z vysokoteplotních supravodivých materiálů, jako je vodič na základě BSCCO (ΒίχβΓ/ΧίχΟ,,).
Supravodivé cívky jsou chlazeny pomocí tekutého hélia. Po průtoku vinutím rotoru se horké a použité hélium vrací jako plynné hélium, které má pokojovou teplotu. Užívání tekutého hélia pro kryogenní chlazení vyžaduje nepřetržité opětné zkapalňování vraceného plynného hélia o pokojové teplotě a takové opětné zkapalňování vytváří významné spolehlivostní problémy a vyžaduje významnou pomocnou energii.
Starší způsoby chlazení supravodivých cívek zahrnují chlazení epoxidem impregnované supravodivé cívky cestou pevného vedení z kryochladiče. Alternativně mohou chladicí trubky v rotoru přivádět kapalnou a/nebo plynnou mrazicí směs do porézního vinutí supravodivé cívky, která je ponořena do proudu kapalné a/nebo plynné mrazicí směsi. Ponorné chlazení vyžaduje, aby celé budicí vinutí a konstrukce rotoru byly na kryogenní teplotě. Následkem toho nemůže být v mag50 netickém obvodu rotoru použito žádné železo vzhledem ke křehkosti železa při kryogenních teplotách.
Pro elektrické stroje je tedy zapotřebí sestava supravodivého budicího vinutí, která nemá nevýhody sestav supravodivého budicího vinutí se vzduchovým'jádrem a chlazených kapalinou, například jak je tomu u známých supravodivých rotorů.
Kromě toho jsou vysokoteplotní supravodivé cívky citlivé na degradaci způsobenou vysokými deformacemi v ohybu a tahu. Tyto cívky musí snášet značné odstředivé tlaky, které namáhají a deformují vinutí cívky. Normální činnost elektrických strojů zahrnuje tisíce spouštěcích a zastavovacích cyklů v průběhu několika let, což vede k nízkocyklovému únavovému namáhání rotoru. Navíc by mělo být vysokoteplotní supravodivé vinutí rotoru schopno vydržet činnost pří 25 % jo překročení rychlosti během vyvažování rotoru při teplotě okolí a také pracovní překročení rychlosti v kryogenních teplotách při generaci energie. Tyto stavy překročení rychlosti podstatně zvyšují zátěž vinutí odstředivou silou oproti normálním pracovním podmínkám.
Supravodivé cívky použité jako budicí vinutí rotoru elektrického stroje jsou vystaveny namáhání a deformaci během ochlazování a normální činnosti. Jsou také vystaveny odstředivému zatěžování, přenosu točivého momentu a občasným poruchám. Aby vydržely tyto síly, namáhání, deformace a cyklické zatěžování, musí být vysokoteplotní supravodivé cívky řádně uloženy v rotoru pomocí nosného systému. Tyto nosné systémy drží supravodivé cívky v rotoru a zabezpečují cívky před obrovskými odstředivými silami, danými otáčením rotoru. Tyto nosné systémy navíc vysokoteplotní supravodivé cívky chrání a zajišťují, že se cívky nepoškodí, neopotřebují uvuvjíiiun. uvivpluji.
Vývoj nosných systémů pro vysokoteplotní supravodivé cívky byl složitý úkol při adaptaci supravodivých cívek do vysokoteplotních supravodivých rotorů. Příklady nosných systémů cívek pro vysokoteplotní supravodivé rotory, které byly navrženy dříve, jsou zveřejněny v patentech US 5 548 168; US 5 532 663; US 5 672 921; US 5 777 420; US 6 169 353 a US 6 066 906.
Tyto nosné systémy cívek ale trpí různými problémy, jako například vysoká cena, složitost a nutnost velkého počtu součástek. Existuje tedy dlouho pociťovaná potřeba vysokoteplotního supravodivého rotoru, který má nosný systém pro supravodivou cívku. Rovněž existuje potřeba nosné30 ho systému cívky, který je vytvořen z levných a snadno vyrobitelných součástek.
Podstata vynálezu
Je popsána nosná konstrukce cívky, která má tažné vzpěry a kryt ve tvaru profilu U pro instalaci supravodivých cívek uvnitř vakuového prostoru vysokoteplotního supravodivého rotoru. Tažné vzpěry se rozpínají mezi opačnými stranami cívky. Kryty ve tvaru profilu U jsou připevněny k oběma koncům tažné vzpěry a obklopují postranní části cívky. Cívka je nesena tažnými vzpěrami a kryty ve tvaru profilu U s ohledem na odstředivé a jiné síly, které na ni působí.
Vysokoteplotní supravodivý rotor může být pro synchronní stroje navrhované od počátku tak, že budou obsahovat supravodivé cívky. Alternativně může vysokoteplotní supravodivý rotor nahradit rotor s měděnými cívkami v existujícím elektrickém strojí, jako je tomu u běžného generátoru. Rotor a jeho supravodivé cívky jsou zde popsány v souvislosti s generátorem, ale rotor s vysokoteplotními supravodivými cívkami je také vhodný pro užívání v jiných synchronních strojích.
Nosný systém cívky je užitečný při integrování nosného systému cívky s cívkou a rotorem. Kromě toho nosný systém cívky usnadňuje jednoduchou předběžnou montáž nosného systému cívky, cívky a jádra rotoru jeŠté před konečnou montáží rotoru. Předběžná montáž snižuje čas sestavení cívky a rotoru, zlepšuje kvalitu nosníku cívky a redukuje odchylky při montáži cívky.
-2CZ 301804 B6
V prvním provedení je vynálezem rotor obsahující rotorové jádro a vinutí supravodivé oválné cívky. Nosný systém cívky zahrnuje tažné vzpěry, které se rozpínají mezí vinutím cívky a kryty ve tvaru profilu U, které upevňují vinutí cívky k oběma koncům každé tažné vzpěry.
V jiném provedení je vynálezem rotor pro synchronní stroje, který obsahuje: rotor s vnitřním vakuem, vinutí supravodivé cívky rozprostírající se alespoň okolo části rotoru, přičemž toto vinutí cívky má dvojici postranních částí na opačných stranách rotoru, alespoň jednu tažnou vzpěru rozpínající se mezi dvojicí postranních částí vinutí cívky a procházející průchodem v rotoru a kryt cívky na obou opačných koncích tažné vzpěry, kde kryt cívky obklopuje vinutí cívky a je připevněn k tažné vzpěře.
Jiné provedení vynálezu je způsob nesení supravodivé cívky v rotoru synchronního stroje obsahující kroky: protažení tažné vzpěry průchodem v rotoru, přiložení upevňovacího krytu přes část cívky a připevnění konce tažné vzpěry k upevňovacímu krytu.
Dalším provedením vynálezu je rotor pro synchronní stroje obsahující: rotorové jádro, které má průchod kolmý k podélné ose rotorového jádra a rovnoběžný s rovinou vymezenou vysokoteplotní supravodivou cívkou, supravodivou cívku rovinného oválného tvaru, rovnoběžnou s podélnou osou rotorového jádra, tažnou vzpěru zapadající do otvoru průchodu a kryt cívky pro minimalizaci deformací vysokoteplotní supravodivé cívky ohybem, tahem nebo ohybem a tahem.
Přehled obrázků na výkresech
Příklad provedení vynálezu je popsán pomocí přiložených výkresů ve spojení s popisem vynálezu.
Obr. 1 je schematický bokorys synchronního elektrického stroje, který má supravodivý rotor a stator.
Obr. 2 je perspektivní pohled na příklad oválného supravodivého vinutí cívky.
Na obr. 3 je rozložený pohled na součástky vysokoteplotního supravodivého rotoru.
Obr. 4 až 6 jsou schematické pohledy v řezu na vysokoteplotní supravodivý rotor zobrazený na obr. 3.
Obr. 7 je zvětšený pohled v řezu na Část nosné konstrukce cívky pro vysokoteplotní supravodivý rotor zobrazený na obr. 3.
Obr. 8 je perspektivní pohled na kryt ve tvaru profilu U.
Obr. 9 až 11 jsou perspektivní pohledy, které ukazují montážní proces vysokoteplotního supravodivého rotoru, který je zobrazen na obr. 3,
Příklady provedení vynálezu
Obr. 1 zobrazuje příkladný synchronní generátor 10, který má stator J2 a rotor 14. Rotor M obsahuje cívky 36 s budicím vinutím 34, které jsou uloženy do válcové vakuové rotorové dutiny 16 statoru. Rotor 14 je uložen do válcové vakuové rotorové dutiny 16 statoru. Když se rotor Í4 otáčí uvnitř statoru 12, magnetické pole 18 (vyznačeno tečkovanými čarami) generované rotorem 14 a cívkami 36 rotoru se pohybuje/otáčí přes stator 12 a vytváří ve vinutí cívek 19 statoru 12 elektrický proud. Tento proud vystupuje z generátoru jako elektrická energie.
-3CZ 301804 B6
Rotor 14 má obecně podélně jdoucí osu 20 a obecně pevné rotorové jádro 22. Toto pevné rotorové jádro 22 má vysokou magnetickou permeabilitu a je obyčejně vyrobeno z feromagnetického materiálu, jako je železo. V supravodivém stroji s nízkou výkonovou hustotou je železné rotoro5 vé jádro použito ke snížení magnetomotorické síly a tudíž k minimalizaci množství supravodivého drátu, který je potřebný pro vinutí cívky. Například, pevné železné rotorové jádro může být magneticky nasyceno v magnetickém poli vzduchové mezery o síle zhruba 2 Tesla.
Rotor 14 nese alespoň jedno podélně uložené vysokoteplotní vinutí 36 supravodivé oválné cívky io (viz. obr. 2), které může být alternativně sedlovitého tvaru nebo může mít nějaký jiný tvar, který je vhodný pro konkrétní návrh vysokoteplotního supravodivého rotoru. Nosný systém cívky je zde popsán pro vinutí supravodivé oválné cívky. Nosný systém cívky může být upraven pro konfigurace cívky jiné než je oválná cívka, připevněná na pevné rotorové jádro.
Rotor 14 má kolektorový hřídel 24 a hnací koncový hřídel 30, které podpírají rotorové jádro 22 a jsou neseny ložisky 25. Koncové hřídele 30 mohou být spojeny s externím zařízením. Například kolektorový hřídel 24 má kryogenní přenosovou spojku 26 na zdroj kryogenní chladicí kapaliny, používané k chlazení vinutí 34 supravodivé cívky v rotoru 14. Kryogenní přenosová spojka 26 obsahuje stacionární segment spojený se zdrojem kryogenní chladicí kapaliny a rotační segment, který zajišťuje chladicí kapalinu pro vysokoteplotní supravodivou cívku 36. Kolektorový hřídel
Ή rnvnp? Tfř 70 c ^'5mitínr> míiitíoí rívVv iutiiva^ vuijuuujv av ivimvi uvviviii DjjvrjviiJ o vinu^uu i v i uljbvi
Hnací koncový hřídel 30 může být poháněn hnací turbinou pomocí spojky 32.
Obr. 2 ukazuje příkladné vysokoteplotní supravodivé vinutí 34 oválné budicí cívky. Každá 25 supravodivá cívka 36 obsahuje vysokoteplotní supravodivý vodič, jako například BSCCO (BíxSrxCaxCuxOx) vodiče laminované do pevného závitového kompozitu impregnovaného epoxidem. Řadu BSCCO 2223 drátů je například možné laminovat, spojit dohromady a svinout do pevné cívky impregnované epoxidem.
Supravodivý drát je křehký a lehce poškoditelný. Supravodivá cívka 36 je typická vrstveně vinutá páska, která je impregnovaná epoxidem. Supravodivá páska je navinuta do přesné cívkové formy, aby se dosáhlo malých rozměrových tolerancí. Páska je navinutá dokola ve spirále, aby se vytvořila oválná supravodivá cívka 36.
Rozměry oválné supravodivé cívky 36 jsou závislé na rozměrech jádra 22 rotoru 14. Obecně každá oválná supravodivá cívka 36 obklopuje magnetické póly rotorového jádra 22 a je paralelní s osou 20 rotoru L4. Vinutí 34 cívky je spojité v celém tvaru cívky. Supravodivé cívky 36 vytvářejí cestu elektrického proudu bez odporu okolo rotorového jádra 22 a mezi magnetickými póly rotorového jádra 22. Tato cívka má elektrické kontakty 114, které elektricky spojují cívku s kolektorem 78.
Ve vinutí 34 cívky jsou obsaženy chladicí kanály 38 pro kryogenní chladicí kapalinu. Tyto chladicí kanály 38 se mohou rozprostírat okolo vnější hrany supravodivé cívky 36. Tyto propouštěcí chladicí kanály 38 přivádějí kryogenní chladicí kapalinu k cívce a z této cívky odstraňují teplo.
Chladicí kapalina udržuje ve vinutí supravodivé cívky 36 nízké teploty, např. 27 °K, které jsou nutné k vyvolání supravodivých podmínek, včetně neexistence elektrického odporu v cívce. Chladicí kanály 38 mají na jednom konci rotorového jádra 22 vstupní a výstupní kapalinové otvoiy 112. Tyto kapalinové (plynové) otvory 112 spojují chladicí kanály 38 na supravodivé cívce s kryogenní přenosovou spojkou 26.
Každé vinutí 34 vysokoteplotní supravodivé oválné cívky 36 má pár obecně rovných postranních částí 40, které jsou rovnoběžné s osou 20 rotoru 14 a pár koncových částí 54, které jsou na osu 20 rotoru 14 kolmé. Postranní části 40 cívky jsou vystaveny největším odstředivým silám. Tyto
-4CZ 301804 B6 postranní části 40 jsou tudíž podpírány nosným systémem cívky, který paralyzuje odstředivé síly působící na cívku.
Obr. 3 ukazuje rozložený pohled na rotorové jádro 22 a na nosný systém cívky pro vysoko5 teplotní supravodivou cívku 36. Tento nosný systém obsahuje tažné vzpěry 42, které jsou připojeny ke krytům 44 ve tvaru profilu U. Kryty 44 drží a nesou postranní Části 40 vinutí 34 cívky v rotoru Μ. I když je na obr. 3 zobrazena jedna tažná vzpěra 42 a kryt 44 ve tvaru profilu U, bude nosný systém cívky obecně zahrnovat řadu tažných vzpěr 42, kde každá z nich má na obou koncích nosné kryty 44 cívky. Tažné vzpěry 42 a kryty 44 ve tvaru profilu U předcházejí poškození ío vinutí 34 cívky během chodu rotoru 14, podpírají vinutí 34 cívky s ohledem na odstředivé a jiné síly a zajišťují ochranné stínění pro vinutí 34 cívky.
Hlavní zátěž vinutí 34 vysokoteplotní supravodivé cívky 36 v rotoru ]4 s železným rotorovým jádrem 22 pochází z odstředivého zrychlení během otáčení rotoru. Pro neutralizaci odstředivých sil cívky je potřeba efektivní nosná konstrukce. Nosník cívky je potřeba obzvláště podél postranních částí 40 cívky, na které působí největší odstředivé zrychlení. Pro podpírání postranní části cívky se tažné vzpěry 42 rozpínají mezi částmi cívky a jsou připojeny ke krytům 44 cívky, které sevřou protilehlé části cívky. Tažné vzpěry 42 procházejí průchody 46, například otvory, v rotorovém jádru 22 tak, že se tažné vzpěry 42 mohou rozepnout mezi postranními částmi 40 stejné cívky nebo mezi sousední cívky.
Průchody 46 jsou obecně válcovité kanály v rotorovém jádru 22, které mají přímé osy. Průměr průchodů 46 je v podstatě konstantní, vyjma konců blízko povrchů rotoru 14 opatřených vybráním. Na koncích se mohou průchody 46 rozšířit do většího průměru, aby se přizpůsobily nevodi25 vé válcové manžetě realizované izolační trubicí 52, která zajišťuje kluznou dosedací plochu a tepelnou izolaci mezi rotorovým jádrem 22 a tažnou vzpěrou 42.
Osy průchodů 46 jsou obecně v rovině definované oválnou cívkou. Kromě toho jsou osy průchodů 46 kolmé na postranní části 40 cívky, ke kterým jsou připojeny tažné vzpěry 42, procházející průchody 46. Navíc jsou v uvedeném provedení průchody 46 ortogonální k ose 20 rotoru J4 a přetínají ji. Počet průchodů 46 a jejich umístění záleží na umístění vysokoteplotních supravodivých cívek 36 a na počtu krytů 44 cívek (obr. 10) potřebných k nesení postranních částí 40 cívek.
Tažné vzpěry 42 nesou cívku zejména dobře vzhledem k odstředivým silám, protože tažné vzpěry 42 jdou v podstatě radiálně k vinutí cívky. Každá tažná vzpěra 42 je tyč, která je spojitá v podélném směru a v rovině oválné supravodivé cívky 36, Podélná spojitost tažných vzpěr 42 zajišťuje cívkám příčnou tuhost, což je pro rotor j4 dynamicky výhodné. Příčná tuhost navíc dovoluje integraci nosníku cívky s cívkami, takže cívka může být s nosníkem smontována před konečnou montáží rotoru 14. Toto předsestavení cívky a nosníku cívky zkracuje výrobní cyklus, zlepšuje kvalitu nosníku cívky a zmenšuje odchylky při montáži cívky. Oválná cívka je nesena řadou tažných členů, které se rozpínají mezi dlouhými stranami cívky. Tažné vzpěry 42 jako nosné členy cívky jsou s cívkou předem smontovány.
Vinutí 34 vysokoteplotní supravodivé cívky 36 a konstrukční nosné součásti jsou na kiyogenní teplotě. Naproti tomu rotorové jádro 22 je na „horké“ teplotě okolí. Nosníky cívky jsou potenciálními zdroji vedení tepla, což by mohlo dovolit ohřev vysokoteplotních supravodivých cívek 36 z rotoru. Rotor J_4 se během chodu ohřívá. Protože cívky jsou udržovány v podmínkách přechlazení, je nutné zamezit přivádění tepla do cívek, Tažné vzpěry 42 procházejí otvory, například průchody 46 v rotoru 14, ale nejsou s rotorem 14 v kontaktu, což zamezuje vedení tepla z rotoru do tažných vzpěr 42 a cívek.
Pro snížení pronikání tepla do cívky je nosník cívky minimalizován, aby se snížilo vedení tepla pres nosník ze zdrojů tepla, jako je rotorové jádro 22. Obecně existují dvě kategorie nosníků pro supravodivé vinutí: (i) „teplé“ nosníky a (ii) „studené“ nosníky. U teplých nosníků je nosná kon-5CZ 301804 B6 strukce tepelně izolována od chlazeného supravodivého vinutí. U teplých nosníků je většina mechanického zatížení cívky nesena konstrukčními členy rozpínajícími se od studených členů k teplým členům.
U studeného nosného systému je nosný systém na nebo blízko kryogenní teploty supravodivých cívek 36. U studených nosníků je většina mechanického zatížení supravodivé cívky nesena konstrukčními členy, které jsou na nebo blízko kryogenní teploty. Zde uvedený příklad nosného systému cívky je studený nosník, kde jsou tažné vzpěry 42 a přináležející kryty 44, které spojují tažné vzpěry 42 s vinutím 34 supravodivých cívek 36, udržovány na nebo blízko kryogenní teplo loty. Protože jsou nosné členy studené, jsou tyto členy tepelně izolovány, například bezdotykovými průchody rotorovým jádrem 22, od jiných „horkých“ součástí rotoru.
Konkrétní nosný Člen sestává z tažné vzpěry 42 (kterou může být tyč a pár šroubů na každém konci tyče), z krytu 44 ve tvaru profilu U a ze spojovacího kolíku 80, který spojuje kryt 44 s koncem tažné vzpěry 42. Každý kryt 44 je držák tvaru U mající ramena pro připojení k tažné vzpěře 42 a kanál pro uložení vinutí 34 cívky. Kryt 44 ve tvaru profilu U dovoluje přesnou a pohodlnou montáž nosného systému pro cívku. Podél strany vinutí cívky může být umístěna řada krytů 44 ve tvaru profilu U vedle sebe. Kryty 44 ve tvaru profilu U společně rozkládají síly, které působí na cívku, například odstředivé síly, v podstatě přes celé postranní části 40 každé cívky.
KryT7 44 νε tvaru r'rofi!u U zabraňuu ''ostranním částem 40 cívek v nadměrném pm žení a ohýbání způsobeném odstředivými silami. Nosníky cívky nebrání cívce v podélném tepelném roztahování a smršťování, které vzniká během běžné Činnosti plynové turbíny se spouštěním a zastavováním. Tepelné roztahování je primárně orientováno zejména v podélném směru postranních částí. Postranní části 40 cívky se tedy mírně podélně posouvají vzhledem ke krytu 44 cívky a tažným vzpěrám 42.
Přenos odstředivého zatížení od konstrukce cívky do tažné vzpěry 42 se děje přes kryt 44 ve tvaru profilu U, který je umístěn kolem vnějšího povrchu cívky a postranních přímých Částí a je připojen spojovacími kolíky 80 ke konci tažné vzpěiy 42 s velkým průměrem. Kryty 44 ve tvaru U jsou vytvořeny z lehkého, vysoce pevného materiálu, který je pri kryogenních teplotách tvárný. Typické materiály pro kryty 44 ve tvaru profilu U jsou hliník, Inconel nebo slitiny titanu, které jsou nemagnetické. Tvar U-krytu 44 může být optimalizován pro dosažení nízké váhy.
Spojovací kolík 80 prochází otvory v krytu 44 cívky a tažné vzpěře 42. Tento spojovací kolík 80 může být dutý, aby byl lehký. Na koncích spojovacího kolíku 80 jsou našroubovány nebo připojeny pojistné matice (nejsou zobrazeny), aby bezpečně upevnily kryt 44 ve tvaru U a zabránily stranám krytu 44 v rozevírání při zátěži. Spojovací kolík 80 může být vytvořen z vysoce pevných slitin niklu (Inconel) nebo titanu. Tažné vzpěry 42 jsou vyrobeny s konci 82 o větším průměru, které jsou obrobeny se dvěma plochými konci 86, které odpovídají U-krytu a šířce cívky. Když jsou tažná vzpěra 42, cívka a kryt 44 sestaveny dohromady, dosedají ploché konce 86 tažných vzpěr 42 na tupo na vnitřní povrch vysokoteplotních supravodivých cívek 36. Tato sestava zmenšuje koncentraci namáhání v otvoru v tažné vzpěře, kterým prochází spojovací kolík 80.
Nosný systém cívky sestávající z tažných vzpěr 42, krytů 44 ve tvaru profilu U a dělené svěrky 58 je možné sestavit s vinutím 34 vysokoteplotní supravodivé cívky 36 při montáži na rotorové jádro 22. Tažné vzpěry 42, kryty 44 ve tvaru profilu U a dělená svěrka 58 vytvářejí konstrukci, která je dostatečná pro to, aby nesla vinutí cívek a držela je na místě vzhledem k rotorovému jádru 22.
Každá tažná vzpěra 42 prochází rotorovým jádrem 22 a může procházet ortogonálně přes osu 20 rotoru Γ4. Průchody 46 rotorovým jádrem 22 vytvářejí kanál, kterým jsou tažné vzpěry 42 vedeny. Průměr průchodů 46 je dostatečně velký, aby zamezil kontaktu horkých stěn rotoru 14 se
-6CZ 301804 B6 studenými tažnými vzpěrami 42. Zamezení tohoto kontaktu zlepšuje izolaci mezi tažnými vzpěrami 42 a rotorovým jádrem 22.
Rotorové jádro 22 je běžně vytvořeno z magnetického materiálu, jakoje železo, zatímco koncové hřídele rotoru 14 jsou běžně vytvořeny z nemagnetického materiálu, jako je nerezavějící ocel. Rotorové jádro 22 a koncové hřídele jsou obvykle samostatné součásti, které jsou sestaveny a bezpečně spojeny dohromady sešroubováním nebo svařením.
Železné rotorové jádro 22 má obecně válcový tvar vhodný pro otáčení ve válcové vakuové roto10 rové dutině 16 statoru 12. Pro umístění vinutí cívky má rotorové jádro 22 povrchy 48 s vybráním, jako jsou ploché nebo trojúhelníkové oblasti nebo drážky. Tyto povrchy 48 s vybráním jsou vytvořeny v zakřiveném povrchu 50 válcového rotorového jádra 22 a táhnou se podélně přes rotorové jádro 22. Vinutí 34 cívky je namontováno na rotoru 14 přilehle s povrchy 48 s vybráním. Cívky se obvykle táhnou podél vnějšího povrchu oblasti vybrání a kolem konců rotorového jádra 22. Vinutí 34 cívek je umístěno v površích 48 s vybráním rotorového jádra 22. Tvar oblasti vybrání odpovídá vinutí cívky. Pokud má například vinutí cívky sedlovitý nebo nějaký jiný tvar, vybrání v rotorovém jádru 22 budou upravena tak, aby se do nich umístilo vinutí daného tvaru.
Do povrchů 48 s vybráním je umístěno vinutí 34 cívky tak, že vnější povrch vinutí cívky opisuje obálku, definovanou otáčením rotoru 14. Vnější zakřivené povrchy 50 rotorového jádra 22 vymezují při otáčení válcovou obálku. Tato rotační obálka rotoru má v podstatě stejný průměr jako válcová vakuová rotorová dutina 16 (viz. obr. 1) ve statoru.
Mezera mezi obálkou rotoru a válcovou vakuovou rotorovou dutinou 16 statoru dutinou statoru
16 je relativně malá, jak je požadováno pouze pro ventilační chlazení s nuceným oběhem statoru, jelikož rotor ventilační chlazení nepožaduje. Je žádoucí, aby byla minimalizována mechanická vůle mezi rotorem 14 a statorem 12, aby vzrostla elektromagnetická vazba mezi vinutím cívek rotoru a vinutím statoru. Navíc je vinutí cívky rotoru s výhodou umístěno tak, že jde po celé obálce vytvořené rotorem a je tudíž odděleno od statoru pouze mezerou mechanické vůle mezi rotorem a statorem.
Koncové části 54 vinutí 34 cívky sousedí s opačnými konci 56 rotorového jádra 22. Dělená svěrka 58 drží každou z koncových částí 54 vinutí cívky v rotoru M. Dělená svěrka 58 na každé koncové části 54 cívky obsahuje pár protějších desek 60, mezi kterými je vloženo vinutí 34 cívky. Povrch desek 60 dělené svěrky 58 obsahuje první kanály 116 (obr. 11) pro uložení vinutí 34 cívky a druhé kanály 118 vstupních a výstupních otvorů 112 a elektrických kontaktů 114.
Dělená svěrka 58 může být vytvořena z nemagnetického materiálu, jako je hliníková nebo niklová slitina. Stejné nebo podobné nemagnetické materiály mohou být použity k vytvoření tažných vzpěr 42, krytů 44 ve tvaru profilu U a jiných částí nosného systému cívky. Nosný systém cívky je s výhodou nemagnetický, takže zachovává poddajnost v kryogenních teplotách, jelikož feromagnetické materiály v teplotách pod teplotou Curieova přechodu křehnou a nemohou se použít pro konstrukce nesoucí zátěž.
Dělená svěrka 58 je obklopena nákružkem 62, ale není s ním v kontaktu. Nákružek 62 je na každém konci rotorového jádra 22, přestože je na obr. 3 ukázán pouze jeden. Nákružek 62 je silný disk z nemagnetického materiálu, jako je nerezová ocel, stejného nebo podobného materiálu, ze kterého jsou vyrobeny hřídele rotoru 14. Ve skutečnosti je nákružek 62 část hřídele rotoru 14. Nákružek 62 má drážku 64 kolmou k ose 20 rotoru M a dostatečně Širokou pro umístění dělené svěrky 58. Horké boční stěny 66 drážky nákružku 62 jsou od chladné dělené svěrky 58 odděleny, takže spolu nepřijdou do kontaktu.
Nákružek 62 může obsahovat diskovou oblast 68 s vybráním, která je rozdělena na poloviny drážkou 64, do které zapadne vystupující disková oblast 70 rotorového jádra 22 (vystupující
-7CZ 301804 B6 disková část, která má být vložena do protilehlého nákružku, je vidět na opačné straně rotorového jádra 22). Vložení vystupující diskové oblasti 70 na konci 56 rotorového jádra 22 do diskové oblasti 68 s vybráním zajišťuje uložení rotorového jádra 22 v nákružku 62 a napomáhá při vyrovnávání rotorového jádra 22 a nákružku 62. Kromě toho může mít nákružek 62 kruhové pole děr 72 pro šrouby procházejících podélně nákružkem 62 okolo okraje nákružku 62. Tyto díry 72 pro šrouby odpovídají závitovým děrám 74 pro šrouby, které procházejí částečně rotorovým jádrem 22. Těmito děrami 72, 74 procházejí šrouby 75 (viz obr. 5) a bezpečně upevňují nákružek k rotorovému jádru 22.
ío Obr. 4 je první pohled v řezu na rotorové jádro 22 a nákružek 62. Obr. 5 je druhý pohled v řezu na rotor ]4 a nákružek 62 a je kolmý na první pohled. Elektrické vodiče a potrubí s chladicím médiem jsou chráněny tenkostěnnou trubkou 76, která prochází podél osy rotoru od jedné koncové části 54 cívky a nákružkem 62. Chladicí potrubí v tenkostěnné trubce 76 připojuje vstupní a výstupní otvory 112 chladicího kanálu 38 na vinutí cívky ke ktyogenní přenosové spojce 26.
Elektrické kontakty 114 cívky jsou zajištěny na stejné koncové části cívky jako kryogenní přenosová spojka 26.
Postranní části 40 vinutí oválné vysokoteplotní supravodivé cívky 34 jsou neseny řadou tažných vzpěr 42, které procházejí průchody 46 v tělese rotorového jádra 22. Tažné vzpěry 42 jsou nemagnetické, přímé tyče, které vedou mezi protilehlými postranními částmi 40 téže cívky nebo wia-t, w ínni Anr+rvu 4 Λ 4vn„ /h\jaV
HLVZjI pUDLl CilllilUll VUDllIll TU UVUU V1WI\« ciz.iifi U1ULV UJl· TJUUIVtm Xj vil slitin s vysokou pevností, jako je Inconel X718. Tažné vzpěry 42 mají na každém konci spojení s krytem 44 ve tvaru profilu U, který obklopuje a drží postranní část 40 vinutí cívky. Kryty 44 ve tvaru profilu U a tažné vzpěry 42 zajišťují nastavení mechanického napětí působícího na postranní části vinutí cívky. Tažné vzpěry 42 mohou být například vytvořeny jako tažná vzpěra, která prochází rotorovým jádrem 22 a má na každém konci závitový otvor, do kterého přijde tažný šroub. Každý tažný šroub může mít plochou přední stranu 86, která dosedá na vinutí cívky.
Vinutí 34 cívky je neseno tažnými vzpěrami 42 (na obr. 4 je zobrazena pouze jedna), které se rozpínají mezi protilehlými postranními částmi 40 cívky. Kryt 44 ve tvaru profilu U je ke konci tažné vzpěry připojen pomocí spojovacího kolíku 80. Z ilustračních důvodů zobrazuje levá strana obr. 6 tažnou vzpěru 42 bez krytu 44 ve tvaru profilu U. Podobně zobrazuje horní strana obr. 4 tažnou vzpěru 42 bez krytu 44 ve tvaru profilu U, zatímco dolní strana ukazuje kryt 44 ve tvaru profilu U spojený s tažnou vzpěrou 42. Tažné vzpěry 42 procházejí průchody 46 v rotorovém jádru 22. Tyto průchody 46 mají na svých koncích 88 zvětšený průměr. Do těchto rozšířených konců 88 zapadají izolační trubice 52, které jsou jako manžety na tažných vzpěrách 44. Tyto izolační trubice 52 teplotně odstiňuj í tažné vzpěry 42 od horkého rotorového jádra 22.
Jak je vidět na obr. 5, průchody 46 jdou kolmo na osu 20 rotoru j_4 a jsou symetricky umístěné 40 podél celé délky rotorového jádra 22. Počet průchodů 46 a jejich umístění v rotorovém jádru 22 a vzájemné umístění je záležitostí návrhu.
Rotorové jádro 22 může být zapouzdřeno v kovovém válcovém stínění 90, které chrání vinutí 34 supravodivé cívky před vířivými proudy a jinými elektrickými proudy obklopujícími rotor j_4 a vytváří vakuovou obálku, která je požadována pro udržení tvrdého vakua kolem kryogenních součástek rotoru M. Válcové stínění 90 může být vytvořeno z vysoce vodivého materiálu, jako je slitina mědi nebo hliník.
Vinutí 34 supravodivé cívky je udržováno ve vakuu. Vakuum může být vytvořeno pomocí válco50 vého stínění 90, který může obsahovat válcovitou vrstvu nerezavějící oceli, která vytváří vakuovou nádobu okolo cívky a rotorového jádra 22. Obr. 7 je pohled v řezu, který je veden kolmo na osu 20 rotoru 14 a ukazuje zvětšenou část rotorového jádra 22, tažnou vzpěru 42, vinutí 34 cívky a přidružené konstrukce. Plochá přední strana 86 tažné vzpěry 42 dosedá na vnitřní povrch vinutí cívky. Opačný konec tažné vzpěry 42 (není zobrazen na obr. 7) dosedá na podobný vnitrní
-8CZ 301804 B6 povrch opačné strany vinutí cívky. Tažná vzpěra 42 se tedy rozpíná mezi vinutími cívky a zajišťuje pevnou plochou přední stranu 86, která nese vinutí cívky.
Každá tažná vzpěra 42, ačkoliv je typicky válcovitá po celé své délce, má ploché přední strany
86, které dovolují těsné připojení k vinutí cívky a ke krytu 44 ve tvaru profilu U. Každá tažná vzpěra 42 je spojena s krytem 44 ve tvaru profilu U pomocí spojovacího kolíku 80, který zabraňuje krytu 44 v radiálním posunu směrem od tažné vzpěry 42. Kryt 44 ve tvaru profilu U chrání cívku před ohybem nebo zborcením odstředivou silou při otáčení rotoru 14. Zajišťovací matice (nejsou zobrazeny) jsou našroubovány na koncích spojovacího kolíku 80, aby zabezpečily io postranní ramena 106 krytu 44 před vzájemným roztahováním pří zátěži. Spojovací kolík 80 může být vyroben z vysoce pevné niklové slitiny nebo ze slitin titanu. Každá tažná vzpěra 42 zapadá nekontaktně do průchodu 46 tak, že se tato tažná vzpěra 42 záměrně nedotýká rotorového jádra 22. Na každém konci tažné vzpěry 42 může být izolační trubice 52. která upevňuje nosnou konstrukci cívky k horkému rotoru 14 a snižuje mezi nimi přenos tepla vedením. Navíc může být na tažnou vzpěru 42 našroubovaná pojistná matice 84, která jí spojuje s izolační trubicí 52 a je použita k zajištění a nastavení pozice tažné vzpěry 42 uvnitř průchodu 46. Pojistná matice 84 a izolační trubice 52 bezpečně upevňují tažnou vzpěru 42 a kryt 44 ve tvaru profilu U k rotorovému jádru 22, zatímco minimalizují přenos tepla z horkého rotoru 14 do konstrukce krytu 44.
Izolační trubice 52 je vytvořena z tepelně izolačního materiálu. Jeden konec izolační trubice 52 může zahrnovat vnější kroužek 120, který dosedá na stěně 88 průchodu. Druhý konec izolační trubice 52 zahrnuje vnitřní kroužek 122, který zapadá do pojistné matice 84 a drží tažnou vzpěru. Teplo z rotoru 14 by se muselo vést celou délkou izolační trubice 52 a pojistnou maticí 84, než by dosáhlo tažné vzpěry 42. Izolační trubice 52 tudíž tepelně izoluje tažnou vzpěru 42 od rotoro25 vého jádra 22.
Vinutí cívky je rovněž neseno krytem 44 ve tvaru profilu U (viz. obr. 8). Kryt 44 ve tvaru profilu U vyztužuje vinutí cívky proti odstředivým silám (šipka 100 v obr. 7) a proti tečným točivým silám (šipka 102). Kiyt 44 ve tvaru profilu U může být vytvořen z nemagnetického kovového materiálu, jako je hliník, slitina niklu a slitiny titanu. Kryt 44 ve tvaru profilu U je držen na místě na tažné vzpěře 42 pomocí spojovacího kolíku 80, který prochází otvorem 104 v konci tažné vzpěry 42. Ramena 106 krytu 44 ve tvaru profilu U mohou být silná a mohou mít žebra za účelem konstrukčního vyztužení okolo otvorů 104, kterými prochází spojovací kolík 80. Odstředivé síly vznikají díky otáčení rotoru. Tečné síly mohou vzniknout díky zrychlování a zpomalování rotoru 14, stejně tak přenosu točivého momentu. Protože jsou postranní části 40 vinutí cívky zapouzdřeny kryty 44 ve tvaru profilu U a plochými předními stranami 86 tažných vzpěr 42, jsou strany vinutí cívky v rotoru plně neseny.
Aby tažné vzpěry 42 a kryt 44 ve tvaru profilu U vydržely velké radiální síly, které mohou vzniknout, když se objeví poruchy sítě, je vytvořen nosný držák 124. Radiálním nosníkem může být pravoúhlá schránka, která se nasadí kolem postranních částí 40 vinutí cívky a jde přes dělenou svěrku 58. Nosný držák 124 zahrnuje pár bočních stěn, které jsou spojeny na rybinu do drážky v povrchu s vybráním. Boční stěny vedou od povrchu 48 rotorového jádra 22 k válcovému stínění 90 a dávají obalu konstrukční pevnost.
Obr. 9 až 11 ukazují schematicky proces montáže nosné konstrukce cívky a vinutí cívky v rotoru. Jak je vidět na obr. 9, předtím, než je rotorové jádro 22 smontováno s nákružky a jinými součástmi rotoru, vloží se do každého průchodu 46 tažné vzpěry 42, které procházejí rotorovým jádrem 22. Na každý konec každé tažné vzpěry 42 se do rozšířeného konce 88 každého průchodu
46 umístí izolační trubice 52. Tato izolační trubice 52 je zajištěna na svém místě pomocí přidržovací pojistné matice 84. Když jsou do rotorového jádra 22 namontovány tažné vzpěry, je vinutí cívky připraveno pro umístění na rotorové jádro 22.
-9CZ 301804 B6
Jak je vidět na obr. 10, supravodivá cívka 36 se umístí na rotorové jádro 22 tak, že ploché přední strany 86 tažných vzpěr 42 dosedají na vnitřní povrch postranních částí 40 supravodivé cívky. Když se vinutí umístí přes konce tažné vzpěry 42, přiloží se přes supravodivou cívku 36 kryty 44 ve tvaru profilu U. Kryty 44 ve tvaru profilu U jsou bezpečně upevněny ke koncům tažných vzpěr 42 vložením spojovacích kolíků 80 do otvorů 104 v tažné vzpěře 42 a otvorů 108 krytů 44. Kryt 44 ve tvaru profilu U zahrnuje na svém horním vnitřním povrchu drážku 110, ve které se umístí chladicí kanály 38, a která drží tyto kanály opřené o supravodivou cívku 36.
Množina krytů 44 cívek efektivně drží cívku na místě, aniž by byly ovlivněny odstředivými silaio mi. Přestože jsou cívkové kryty 44 zobrazeny tak, že jsou k sobě velmi blízko, musí být pouze tak blízko, aby se předešlo degradaci cívky, způsobené velkými deformacemi ohybem a tahem během odstředivého zatěžování, přenosu točivého momentu a občasných poruchových stavů.
Kryty 44 cívek a tažné vzpěry 42 mohou být smontovány s vinutím 34 cívky předtím, než se provádí montáž rotorového jádra 22 a cívek s nákružkem a jinými součástmi rotoru 14. Podobně mohou být rotorové jádro 22, vinutí cívky a nosný systém cívky sestaveny jako jednotka, před montáží jiných součástí rotoru a synchronního stroje.
Obr. 11 ukazuje montáž dělené svěrky 58, která je tvořena deskami 60 svěrky. Desky 60 svěrky 20 mezi sebou svírají koncové části 54 vinutí cívky. Dělená svěrka 58 zajišťuje nosnou konstrukci piu ivjiivg vinuli vivfcy uu uciciic aYcirty jq mají na avyvn viiiumvii pwisivii pivní kanály 116, do kterých se uloží vinutí cívky. Podobně obsahují desky 60 druhé kanály 118 pro vstupní a výstupní otvory 112 a pro elektrické kontakty 114 cívky. Jakmile jsou nosník cívky, cívka, nákružek a rotorové jádro smontovány, je tato jednotka připravena pro montáž do rotoru a synchronního stroje.
Zatímco byl vynález popsán v souvislosti s tím, co je nyní považováno za nejvíce praktické a upřednostňované provedení, je třeba chápat, že tento vynález není omezen na zde zveřejněné provedení, aíe naopak zahrnuje všechna provedení v duchu přiložených nároků.
Claims (11)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Rotor pro synchronní stroj, který zahrnuje rotorové jádro (22), vinutí (34) supravodivé cívky rozprostírající se kolem alespoň části rotorového jádra (22), přičemž toto vinutí (34) supravodivé cívky má dvojici postranních částí (40) na opačných stranách rotorového jádra (22), vyzná40 č u j í c í se tím, že je opatřeno alespoň jednou tažnou vzpěrou (42) rozpínající se mezi dvojicí postranních částí (40) vinutí (34) supravodivé cívky a procházející rotorem (14), kde první konec tažné vzpěry (42) je umístěn na první postranní části (40) vinutí (34) a druhý konec tažné vzpěry (42) je umístěn na protilehlé postranní části (40) vinutí (34) a kde je mezi tažnou vzpěrou (42) a rotorovým jádrem (22) válcová vakuová rotorová dutina (16) statoru a na obou45 koncích tažné vzpěry (42) je kryt (44) cívky, kde tento kryt (44) obklopuje vinutí (34) cívky a je připojen k tažné vzpěře (42), přičemž alespoň jedna tažná vzpěra (42) a kryt (44) jsou tepelně izolované od rotorového jádra (22).
- 2. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že kryt (44) cívky je kryt ve tvaru so profilu U,
- 3. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že rotor (14) je uložen do válcové vakuové rotorové dutiny (16) statoru.- 10CZ 301804 B6
- 4. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje kryogenní přenosovou spojku (26) pro zajištění chladicí kapaliny pro vinutí (34) cívky, přičemž kryt (44) a tažná vzpěra (42) jsou chlazeny vedením z tohoto vinutí (34) cívky.
- 5. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje spojovací kolík (80) spojující kiyt (44) s tažnou vzpěrou (42).
- 6. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje dutý čep spojující io kryt (44) s tažnou vzpěrou (42).
- 7. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že tažná vzpěra (42) prochází podélnou osou (20) rotoru (14).15
- 8. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že tažná vzpěra (42) prochází průchody (46) v rotorovém jádru (22).
- 9. Rotorpodle nároku 1, vyznačující se tí m, že v rotorovém jádru (22) je vytvořen průchod (46), který je kolmý na podélnou osu (20) rotoru (14) a alespoň jedna tažná vzpěra (42)20 je umístěna v tomto průchodu (46).
- 10. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje množinu průchodů (46) kolmých na podélnou osu (20) rotorového jádra (22) a v rovině definované supravodivou cívkou (36).
- 11. Rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že supravodivá cívka (36) pozůstává z oválného supravodivého vinutí (34) rovinného oválného tvaru, paralelního k podélné ose (20) rotoru (14).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/855,026 US6727633B2 (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | High temperature super-conducting synchronous rotor coil support with tension rods and method for assembly of the coil support |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ20021668A3 CZ20021668A3 (cs) | 2003-02-12 |
| CZ301804B6 true CZ301804B6 (cs) | 2010-06-30 |
Family
ID=25320150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20021668A CZ301804B6 (cs) | 2001-05-15 | 2002-05-14 | Rotor pro synchronní stroj |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6727633B2 (cs) |
| EP (1) | EP1261116B1 (cs) |
| JP (1) | JP4002782B2 (cs) |
| KR (1) | KR100902434B1 (cs) |
| CN (1) | CN1316722C (cs) |
| AT (1) | ATE323963T1 (cs) |
| BR (1) | BR0201836A (cs) |
| CA (1) | CA2384482C (cs) |
| CZ (1) | CZ301804B6 (cs) |
| DE (1) | DE60210704T2 (cs) |
| MX (1) | MXPA02004842A (cs) |
| NO (1) | NO325277B1 (cs) |
| PL (1) | PL201416B1 (cs) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10039964A1 (de) * | 2000-08-16 | 2002-03-07 | Siemens Ag | Supraleitungseinrichtung mit einer Kälteeinheit zur Kühlung einer rotierenden, supraleitenden Wicklung |
| US6605885B2 (en) * | 2001-05-15 | 2003-08-12 | General Electric Company | Super-conducting rotor coil support with tension rods and bolts |
| US6794792B2 (en) * | 2002-11-13 | 2004-09-21 | General Electric Company | Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings. |
| DE10303307B4 (de) * | 2003-01-28 | 2010-12-30 | Siemens Ag | Maschine mit einem Rotor und einer supraleltenden Rotorwicklung |
| US7667366B2 (en) * | 2006-12-19 | 2010-02-23 | Siemens Energy, Inc. | Rotor winding shield for a superconducting electric generator |
| US9431864B2 (en) | 2011-03-15 | 2016-08-30 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
| US8664809B2 (en) | 2011-03-15 | 2014-03-04 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electromotive machine |
| US9293959B2 (en) | 2012-07-02 | 2016-03-22 | Siemens Energy, Inc. | Apparatus to support superconducting windings in a rotor of an electomotive machine |
| CN203691206U (zh) * | 2012-12-12 | 2014-07-02 | 西南交通大学 | 超导同步电机 |
| CN103133629B (zh) * | 2013-03-04 | 2016-02-17 | 重庆江东机械有限责任公司 | 线圈压床同步传动装置 |
| KR20150128454A (ko) * | 2014-05-09 | 2015-11-18 | 주식회사 만도 | 모터의 냉각구조 |
| CN104218775B (zh) * | 2014-08-31 | 2016-11-16 | 中国科学院电工研究所 | 一种用于超导电机的电流引线 |
| CN112420312B (zh) * | 2020-10-29 | 2022-04-08 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） | 一种模块化高温超导磁体系统及其装配方法 |
| CN113629977A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-11-09 | 广东电网有限责任公司 | 一种超导电机转子结构及其装配方法 |
| DE102021131729A1 (de) | 2021-12-02 | 2023-06-07 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Rotor mit einer Stützvorrichtung, elektrische Maschine mit einem Rotor und Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US816780A (en) * | 1905-09-07 | 1906-04-03 | Franklin M Coleman | Sash-lock. |
| US3942053A (en) * | 1973-08-06 | 1976-03-02 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Device for securing a superconductive exciter winding in the rotor of a turbogenerator |
| US4060742A (en) * | 1973-09-17 | 1977-11-29 | Westinghouse Electric Corporation | Superconductive dynamoelectric machine with improved cryogenic support arrangement |
| US4184089A (en) * | 1976-02-18 | 1980-01-15 | Westinghouse Electric Corp. | Multiple plane spoke structure for a superconducting dynamoelectric machine |
| US4277705A (en) * | 1977-09-02 | 1981-07-07 | Electric Power Research Institute | Method and apparatus for cooling a winding in the rotor of an electrical machine |
| 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 |
| US5672921A (en) * | 1995-03-13 | 1997-09-30 | General Electric Company | Superconducting field winding assemblage for an electrical machine |
| US5777420A (en) * | 1996-07-16 | 1998-07-07 | American Superconductor Corporation | Superconducting synchronous motor construction |
| US6169353B1 (en) * | 1999-09-28 | 2001-01-02 | Reliance Electric Technologies, Llc | Method for manufacturing a rotor having superconducting coils |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4072873A (en) * | 1975-07-09 | 1978-02-07 | Westinghouse Electric Corp. | Biaxial compression phase lead connector |
| US3991333A (en) * | 1975-08-20 | 1976-11-09 | General Electric Company | Winding support structure for superconducting rotor |
| US5166569A (en) * | 1990-12-04 | 1992-11-24 | Sundstrand Corporation | Rotor containment assembly for dynamoelectric machines |
| US5531015A (en) | 1994-01-28 | 1996-07-02 | American Superconductor Corporation | Method of making superconducting wind-and-react coils |
| US5625548A (en) | 1994-08-10 | 1997-04-29 | American Superconductor Corporation | Control circuit for cryogenically-cooled power electronics employed in power conversion systems |
| US6173577B1 (en) | 1996-08-16 | 2001-01-16 | American Superconductor Corporation | Methods and apparatus for cooling systems for cryogenic power conversion electronics |
| US5774032A (en) | 1996-08-23 | 1998-06-30 | General Electric Company | Cooling arrangement for a superconducting coil |
| US6066906A (en) | 1999-02-17 | 2000-05-23 | American Superconductor Corporation | Rotating machine having superconducting windings |
| US6140719A (en) | 1999-02-17 | 2000-10-31 | American Superconductor Corporation | High temperature superconducting rotor for a synchronous machine |
| KR100310631B1 (ko) * | 1999-03-12 | 2001-10-17 | 윤문수 | 발전기 및 모터용 초전도 로터 |
| US7211919B2 (en) | 1999-08-16 | 2007-05-01 | American Superconductor Corporation | Thermally-conductive stator support structure |
| US6693504B1 (en) | 2000-01-11 | 2004-02-17 | American Superconductor Corporation | Internal support for superconductor windings |
| US6879081B1 (en) | 2000-08-04 | 2005-04-12 | American Superconductor Corporation | Stator coil assembly for superconducting rotating machines |
| US6617714B2 (en) * | 2001-05-15 | 2003-09-09 | General Electric Company | High temperature super-conducting coils supported by an iron core rotor |
| US6590305B2 (en) * | 2001-05-15 | 2003-07-08 | General Electric Company | High temperature super-conducting synchronous rotor having an electromagnetic shield and method for assembly |
| US6803684B2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-10-12 | General Electric Company | Super-conducting synchronous machine having rotor and a plurality of super-conducting field coil windings |
| 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 |
| US6664672B2 (en) | 2001-07-13 | 2003-12-16 | American Superconductor Corporation | Enhancement of stator leakage inductance in air-core machines |
-
2001
- 2001-05-15 US US09/855,026 patent/US6727633B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-05-02 CA CA002384482A patent/CA2384482C/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-14 JP JP2002137961A patent/JP4002782B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-14 KR KR1020020026384A patent/KR100902434B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-14 NO NO20022297A patent/NO325277B1/no not_active IP Right Cessation
- 2002-05-14 MX MXPA02004842A patent/MXPA02004842A/es active IP Right Grant
- 2002-05-14 CZ CZ20021668A patent/CZ301804B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2002-05-15 BR BR0201836-5A patent/BR0201836A/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-05-15 AT AT02253391T patent/ATE323963T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-05-15 EP EP02253391A patent/EP1261116B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-15 DE DE60210704T patent/DE60210704T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-15 CN CNB021200068A patent/CN1316722C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-15 PL PL353913A patent/PL201416B1/pl not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US816780A (en) * | 1905-09-07 | 1906-04-03 | Franklin M Coleman | Sash-lock. |
| US3942053A (en) * | 1973-08-06 | 1976-03-02 | Kraftwerk Union Aktiengesellschaft | Device for securing a superconductive exciter winding in the rotor of a turbogenerator |
| US4060742A (en) * | 1973-09-17 | 1977-11-29 | Westinghouse Electric Corporation | Superconductive dynamoelectric machine with improved cryogenic support arrangement |
| US4184089A (en) * | 1976-02-18 | 1980-01-15 | Westinghouse Electric Corp. | Multiple plane spoke structure for a superconducting dynamoelectric machine |
| US4277705A (en) * | 1977-09-02 | 1981-07-07 | Electric Power Research Institute | Method and apparatus for cooling a winding in the rotor of an electrical machine |
| 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 |
| US5672921A (en) * | 1995-03-13 | 1997-09-30 | General Electric Company | Superconducting field winding assemblage for an electrical machine |
| US5777420A (en) * | 1996-07-16 | 1998-07-07 | American Superconductor Corporation | Superconducting synchronous motor construction |
| US6169353B1 (en) * | 1999-09-28 | 2001-01-02 | Reliance Electric Technologies, Llc | Method for manufacturing a rotor having superconducting coils |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR0201836A (pt) | 2003-03-11 |
| JP4002782B2 (ja) | 2007-11-07 |
| NO20022297L (no) | 2002-11-18 |
| CZ20021668A3 (cs) | 2003-02-12 |
| KR20020087365A (ko) | 2002-11-22 |
| NO325277B1 (no) | 2008-03-17 |
| ATE323963T1 (de) | 2006-05-15 |
| DE60210704D1 (de) | 2006-05-24 |
| PL353913A1 (en) | 2002-11-18 |
| MXPA02004842A (es) | 2004-12-13 |
| PL201416B1 (pl) | 2009-04-30 |
| US20020171304A1 (en) | 2002-11-21 |
| EP1261116B1 (en) | 2006-04-19 |
| KR100902434B1 (ko) | 2009-06-11 |
| EP1261116A3 (en) | 2002-12-11 |
| CA2384482A1 (en) | 2002-11-15 |
| EP1261116A2 (en) | 2002-11-27 |
| US6727633B2 (en) | 2004-04-27 |
| DE60210704T2 (de) | 2007-03-29 |
| CN1316722C (zh) | 2007-05-16 |
| CA2384482C (en) | 2009-12-15 |
| NO20022297D0 (no) | 2002-05-14 |
| JP2003023766A (ja) | 2003-01-24 |
| CN1387303A (zh) | 2002-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100900602B1 (ko) | 동기 기계용 로터 및 초전도 코일 권선 차폐 방법 | |
| US6605886B2 (en) | High temperature superconductor synchronous rotor coil support insulator | |
| CZ20021671A3 (cs) | Vysokoteplotní supravodivý rotor, který má vakuovou nádobu a elektromagnetické stínění a způsob jeho montáľe | |
| US6570292B2 (en) | High temperature super-conducting rotor coil support with split coil housing and assembly method | |
| CZ301804B6 (cs) | Rotor pro synchronní stroj | |
| US6605885B2 (en) | Super-conducting rotor coil support with tension rods and bolts | |
| CA2384558C (en) | High temperature super-conducting coils supported by an iron core rotor | |
| CZ20021667A3 (cs) | Supravodivý synchronní stroj s rotorem a mnoľinou supravodivých vinutí budicích cívek | |
| CA2384574C (en) | A high power density super-conducting electric machine | |
| KR100871944B1 (ko) | 동기 기계용 로터 및 초전도 코일 권선 지지 방법 | |
| KR20180000896A (ko) | 동기 기계의 로터 및 초전도 코일 권선 지지 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20140514 |