JP2015527864A - 電動機械のローター内の超伝導巻線を支持する装置 - Google Patents

Abstract

電動機械の超伝導巻線（６１）を支持するために、装置（構造）が設けられる。クレードルなどのアセンブリ（１１０）は、超伝導巻線を受け入れる凹所を画定することができる。細長いループ（７４）は、巻線に対して半径方向支持を提供する。ループ７４は、繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）材料などの熱流に対して抵抗性の材料で作られる。アセンブリ（１１０）は、細長いループ（７４）をループの遠位端部（７８）において支持するために構成され得る。基部アセンブリ（１３０）は、細長いループをループの近位端部（７６）において固定するよう構成され得る。支持構造１２０は、アセンブリに対して接線方向荷重支持を提供するよう構成され得る。

Description

本願は、２０１２年８月１６日出願の米国仮出願第６１／６８３，８２９号の利益を主張する。本願は、２０１２年３月１３日出願の米国非仮出願第１３／４１８，６２４号の一部継続出願であり、当該出願は、２０１１年３月１５日出願の米国仮出願第６１／４５２，７２６号の利益を主張し、それぞれは、参照によって本願に組み込まれている。

本発明は、概して、発電機、モーターなどの電動機械、およびより具体的には機械のローター内の超伝導ローター巻線を支持、および熱絶縁するよう構成された装置（例えば機械構造）に関する。

出力および効率を増加させ、機械の大きさおよび重量を低減するため、事実上電気抵抗がない超伝導ローター巻線が開発されてきた。これらの巻線は、通常高温度超伝導（ＨＴＳ）巻線（低い温度で超伝導状態が達成される低温超伝導材料とは区別して）と呼ばれる。高温超伝導材料の冷却要件が厳しくないため、高温超伝導材料を使用することが好ましい。

ＨＴＳローター巻線（コイル）は、電流の流れに対して比較的低い抵抗を示すが、早期の劣化および巻線故障（例えば電気的に開いた回路）を引き起こし得る機械的な曲げ、および引張応力には敏感である。例えば、コアを囲むＨＴＳローター巻線において曲げを形成する必要がある。これらの曲げ部に応力が引き起こされる。定常ロータートルク、一時的な故障状態のトルク、および一時的な磁場がローター巻線に追加的な応力を引き起こす。また、ＨＴＳローター巻線は、ローターバランス手続中の過速度力（over-speed force）および発電運転中の偶発的な過速度状態にさらされ得る。これら過速度および故障状態は、実質的に、定常運転状態の間にかかる荷重を超えてローター巻線にかかる力荷重を増加させる。これらの運転状態は、ＨＴＳローター巻線および関連した支持構造の設計において考慮されなければならない。

臨界温度で、またはそれ以下で超伝導導体を維持するために、低温冷却器から供給される冷却剤を流すための冷却剤流路が巻線に隣接して、またはその近くに配置される。典型的な冷却剤は、液体ヘリウム、液体窒素、または液体ネオンを含むことができる。静的および動的荷重に対して超伝導ローター巻線および関連する支持構造の構造完全性を維持することは、高温超伝導電動機械の開発においてかなり挑戦的なことである。

前述の問題点に鑑みて、力、応力、歪み、および上述した定常および故障状態の運転における周期的な荷重に耐えるように設計された巻線支持システムによってＨＴＳローター巻線が適切に支持されることが望ましい。さらに、支持システムは、巻線が早期に割れたり、疲労、または不具合が発生することがないことを保証するべきである。巻線を臨界温度で、またはそれ以下に維持するために、巻線支持構造が低温冷却ＨＴＳ超伝導巻線から「温かい」ローター（典型的には室温以上で運転している）を適切に熱絶縁することがさらに望ましい。

本発明は、図面を考慮した以下の記載により説明される。

本発明の態様を具現化する超伝導電動機械で使用されることができる例示的なローターの概略図である。 図１の平面３−３に沿った横断面図である。 図１の平面３−３に沿った横断面図である。 図１の平面３−３に沿った横断面図である。 追加的な基部モジュールと組み合わせて軸方向に延在するアンカービームを形成するよう構成された例示的な基部モジュールの断片等角図であり、一例の実施形態においては、セグメント化された管状連結装置によって相互接続される。 管状カプラーによって互いに軸方向に相互接続される２つの基部モジュールの断片分解組立図である。 半径方向支持を提供するよう構成されたそれぞれのループを含む２つの相互接続された基部モジュールの例示的な軸方向アセンブリを示す断片切断図である。 前述のセグメント化された連結装置におけるそれぞれの隣接端部において各ループを固定するために使用することができる配列的なロッドの等角図である。 ループ−アンカー構造が機械のローターコアに一体化された基部アセンブリの例示的な実施形態の等角図を示す。 ループ−アンカー構造が機械のローターコアに一体化された基部アセンブリの例示的な実施形態の等角図を示す。 例えばローター動作中に、機械の超伝導ブロック（例えば巻線）が受けることがある接線方向の荷重成分（例えば横方向成分）および半径方向の荷重成分の両方を生成し得る遠心力を視覚化するための図を示す。 横方向に隣接する超伝導巻線の少なくとも一部分を受け入れるよう構成されたそれぞれの内部凹所を形成するブラケットアセンブリの等角図である。 超伝導巻線およびそれぞれのアーチ形支持体を示す図１２のブラケットアセンブリの等角図である。ブラケットアセンブリは、超伝導巻線が受ける場合がある横方向荷重を移送するよう構成された横方向に延在するループの一端部を支持するように構成され得る。 それぞれのブラケットアセンブリを含む２つの例示的な基部モジュールの軸方向アセンブリを示す断片切断図であり、ブラケットアセンブリは、組み合わさって軸方向に延在する巻線セグメントに対するモジュール式ブラケットアセンブリを作る。 横方向荷重の対称的な移送をもたらすために横方向に延在するループの向きを交互にすることの視覚化を助ける断片等角図である。 先行する図のいくつかに示された少なくともいくつかの多様な構成要素のアセンブリを示す等角図であり、これは組み合わさって本発明の態様を具現化する巻線支持装置を形成し、力、応力、歪みおよび機械の定常および／または故障状態の間に発展することがある周期的な荷重に機械的に耐えながら、「温かい」ローターコアから超伝導巻線への熱伝導を実質的に低減するのに有効である。 本発明の別の例示的な実施形態に関する荷重がかかった態様を概念化するための簡略化された自由物体図であり、適切な支持構造と組み合わせた単一の細長いループは、半径方向および接線方向の荷重を支持することができる。 半径方向および接線方向の荷重を支持するために単一の細長いループと関連して使用され得る適切な支持構造を含むよう構成された例示的な基部アセンブリを示す正面図である。

本発明の態様を具現化した超伝導ローター５０が図１に示されている。超伝導ローター５０は、長軸方向に延在する軸５２（例えば軸方向）を規定し、かつ略円筒形状のコア５４およびコア５４の端部表面にそれぞれ取り付けられた同軸上に位置合わせされたローター端部５５および５７を備える。コア５４の材料は、高い透磁率を示し、例えば鉄などの強磁性材料である。

実施形態の一例において、超伝導ローター５０は、略長軸方向に延在するレーストラック形状の超伝導コイルまたは巻線６０をさらに備えることができ、超電導コイルまたは巻線６０は、半径方向に延在する巻線セグメント６０Ｂ（例えば半径方向）によって接続された略直線的に軸方向に延在する巻線セグメント６０Ａを備え、巻き線セグメントは、ローター５０のそれぞれの端部５５および５７に配置されたそれぞれのスペーサ５５Ａおよび５７Ａを通り延在することができる。本発明の態様がレーストラック形状の巻線形状に限定されないことは理解できるだろう。サドル形状の構成などの他の巻線形状、および多数の巻線を収容することができる他の形状を用いることができることは理解できるだろう。

実施形態の一例において、超伝導ローター５０は、発電機のローターとして構成されることができ、超伝導巻線６０は、発電機場（ローター）巻線として構成されることができる。端部５５または５７の一方は、ローター５０を原動力に接続するためのタービン連結器を含むことができ、ステータにおいて発電するために回転エネルギーを超伝導ローター５０に供給する。他の実施形態においては、超伝導ローター５０は、周囲のステータ巻線において発生する電界に反応して回転エネルギーを生じるためのモーターのローターとして構成されることができる。

実施形態の一例において、端部５７は、低温伝達連結器６８を含むことができる。発電電動機械の動作中に超伝導ローター５０が回転する場合、固定部分および回転部分（個々の部分は図１に示されていない）を備えることができる低温伝達連結器６８は、低温冷却器（図示せず）から超伝導巻線６０における閉冷却剤流路またはチャネルに冷却流体（例えば低温流体）を供給し、超伝導巻線６０をその臨界温度に、またはそれ以下に維持する。冷却剤は、冷却剤チャネルを通り流れ、冷却剤温度が低減される低温冷却器に循環して戻り、また冷却剤チャネルに戻る。

低温冷却器の要求される冷却能力は、超伝導発電機の動作中に「温かい」ローターコア５４およびその周囲から超伝導巻線６０に伝達される熱に直接関連する。本発明の発明者は、定常および一時的な運転状態の間にこのような熱伝導を実質的に減らすよう構造構成された巻線支持体を提案し、例えば、要求される冷却能力および低温流体を冷却するために冷却器によって消費されるエネルギー低減することができる。

図２〜図４は、図１の平面３−３に沿ったそれぞれの横断面図を示す。様々な構成要素が含まれるため、これらの図は、本発明の態様を具現化する巻線支持装置の例示的な実施形態の構成要素を徐々に紹介するために使用される。このアイディアは、読み手を圧倒することを防ぐために巻線支持装置を形成する構成要素を徐々に導入するということである。

図２は、ローターコア５４内に構成され得るキャビティ７０を示す。キャビティ７０は、真空を提供するために使用することができるクライオスタット７２を受け入れるように構成され得、真空は、ローターコア５４からこの例示的な実施形態においては、超伝導巻線６０を形成する超伝導ブロック（例えば巻線）６１Ａおよび６１Ｂへの放射熱伝達を制限する。実施形態の一例において、クライオスタット７２は、非磁性金属または非磁性鋼鉄などの非磁性金属合金から作られ得る。

キャビティ７０は、クライオスタット７２の対応する面に係合するよう構成された肩部７３（例えば突起）などの適切に形成された抑制構造を画定するように構成されることができ、ローター動作中に発展する遠心力下においてクライオスタット７２をキャビティ７０内に保持する。２つの超伝導ブロックが図に示されているが、実施形態の他の例は、２つの超伝導ブロックより多いか少ない超伝導ブロックを有することができるため、本発明の態様が特定の数の超伝導ブロックに限定されないことは理解されるだろう。

各超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂは、既知の超伝導ＨＴＳ材料から形成された複数の超伝導テープで構成され得る。当業者には理解できるように、テープを所望の形態に組み立て、かつ保持するために適切な接着剤および技術を使用することができる。以下の説明は、「温かい」ローターコア５４から超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂへの熱伝導を実質的に低減しながら超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂを機械的に支持するための構成要素の一例の紹介へ進む。

図３は、一対の細長いループ７４を示し、これは、繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）材料などの低温において比較的高い引張強さを有し、高耐熱性（例えばステンレス鋼の熱伝導性と比較して低い熱伝導性）を有する材料から形成されることができる。したがって、ＦＲＰ材料は、熱の流れに対して実質的に耐性がある繊維強化複合材料の一例である。

各ループ７４は、近位端部７６から遠位端部７８へ延在して、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂに対して半径方向の支持を提供する。この例において、遠位端部７８は、ローター軸５２（図１）に対して半径方向遠位端部を構成する。ループ７４のＦＲＰ材料は、温かいローターコア５４から超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂへの熱の流れに対して実質的に抵抗性である。各ループ７４および対応する超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの側面の間に間隙７５（例えば半径方向に延在する間隙）を設けることができ、ループ７４および超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの間の熱伝導結合を低減する。超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの遠位縁部７９（例えば上部横縁部）に、ループ７４および超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの間の接点を設けることができる。

以下の説明から理解されるように、各ループ７４は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂに加えられた遠心荷重をローターコア５４に効果的に伝達するように構成されることができる。図３は、一対の支持体８０（例えばアーチ形支持体）の例示的な実施形態をさらに示し、それぞれは、ループ７４のそれぞれの遠位端部７８および超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの対応する面（例えば上部面）の間に配置される。アーチ形支持体８０は、アルミニウム、アルミニウム合金、または他の適切な比較的軽量の繊維強化複合材料から作られ得る。以下の説明では、「温かい」ローターコア５４から超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂへの熱伝導を実質的に低減しながら、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂを機械的に支持するためのさらなる構成要素の紹介に進む。

図４は、それぞれの近位端部７６にてローターコアの各ループ７４に対して固定するよう構成された複数の基部モジュール８９（例えば図６〜図８）を備える基部アセンブリ８４を示す。実施形態の一例において、基部モジュール８９は、軸方向に延在するアンカービームを形成するよう構成されることができ、このようなモジュールは、レゴ状連結組立ブロックに概念的に類似し得る。基部アセンブリ８４のモジュール式態様は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの軸方向に延在する巻線セグメント６０Ａ（図１）のルーティングの促進に貢献することが理解されるだろう。

基部アセンブリ８４は、鋼鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、繊維強化複合材料などの任意の多様な材料から作られ得、かつクライオスタット７２によって密閉されるように構成され得る、そこではローター動作中に発展する遠心力下において、基部アセンブリ８４がキャビティ７０内のクライオスタット７２と共に肩部７３（図２）によって保持される。実施形態の一例において、クライオスタット７２は、基部アセンブリ８４を囲むように部分的に構成されることができ、巻線支持装置および超伝導巻線の周りに真空を形成するために、キャビティ７０の外側に延在するようにさらに構成されることができる。

実施形態の一例において、基部アセンブリ８４は、各ループ７４のそれぞれの近位端部７６を受け入れ、かつ隣接する基部モジュールとの機械的な連結（例えば軸方向連結）を提供するよう構成された管状連結器８６を含むことができる。図４は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂを一時的な電磁場から遮蔽するための、ローター５４に接続され得る電磁気シールド８２をさらに示す。シールド８２は、アルミニウムまたは銅などの導電性および非磁性材料から作られ得る。

図５は、例示的な基部モジュール８９の断片等角図であり、追加的な基部モジュールと組み合わさって、基部アセンブリ８４（図４）を形成することができる。実施形態の一例において、各基部モジュール８９は、雌カプラー９０の少なくとも一部分を受け入れるよう構成された雄カプラー８８を含むことができ、雌カプラーは、その外径の一部分にわたって、対応するループ７４の近位端部を受け入れる。雌カプラー９０の軸方向寸法は、雄カプラー８８の軸方向寸法と比較して十分長くすることができ、雌カプラーは、また軸方向に隣接する基部モジュールの雄カプラーによって収容されることができる。

図６は、２つの基部モジュール８９_１および８９_２の断片分解組立図であり、それぞれの雌カプラー９０によって互いに軸方向に相互接続され得る雄カプラー８８_１および８８_２をそれぞれ有する。図を簡単にするために、１つの雌カプラー９０のみが図６に示されている。追加的な雌カプラー９０は、基部モジュール８９_１および８９_２の残りの雄カプラーの相互接続に使用される。

図７は、それぞれの細長いループ７４を含む２つの例示的な基部モジュール８９_１および８９_２の軸方向アセンブリの断片切断図を示す。図３〜図７に関連して説明される管状連結器は、セグメント化された管状連結装置の一例であることは理解されるだろう。本発明の態様は、セグメント化された管状連結装置に限定されないことは理解されるだろう。例えば、配列的な管状連結装置を使用することができる。例えば、図８に示すように、前述のセグメント化された連結装置の代わりにそれぞれの近位端部７６において各ループ７４を固定するために１または複数の配列的なロッド９２を使用することができる。

本発明の態様がローターキャビティ内のクライオスタットに配置された基部アセンブリ構造８４に限定されないことは、理解されるだろう。例えば、ローターキャビティに収容される基部アセンブリ８４（および関連する管状連結構造）の代わりに、ループ７４のためのアンカー構造９３を構成することができ、このようなアンカー構造は、図９および図１０に示すように機械のローターコアに一体化されることが考えられる。この一例の実施形態において、クライオスタットは、ローターコアに対して外側に配置されることができ、それは円筒構造であり、巻線支持装置および超伝導巻線の周りに真空を形成するために、ローターコア５４を囲むように取り付けられ、かつ構成され得る。

図１１は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂの位置決めが半径方向に一致しないことを視覚的に明らかにするように使用される。したがって、ローター動作中、遠心力は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂにかかる、接線方向荷重成分９４（例えば横方向成分）および半径方向荷重成分９６の両方を生成することができる。以下の説明では、このような接線方向および半径方向荷重成分があることを考慮して超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂを機械的に支持するために使用される構成要素の紹介に進む。

図１２は、ブラケットアセンブリ１００の等角図であり、図１３に示されるように、ブラケットアセンブリは、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂ（例えば横方向に隣接する巻線）の少なくとも一部分、およびそれぞれのアーチ形支持体８０を受け入れるように構成されたそれぞれの内部凹所１０１を画定する。実施形態の一例において、ブラケットアセンブリ１００は、ブラケットサブアセンブリ１００_１、１００_２、および１００_３などの３つのサブアセンブリで構成され得る。

実施形態のこの例において、サブアセンブリ１００_１は、逆「３」構造の形とすることができ、およびサブアセンブリ１００_２および１００_３は、互いに面する「Ｌ」形状構造とすることができる。サブアセンブリ１００_１、１００_２、および１００_３の外縁部のそれぞれの部分は、チタンまたは高い引張強さの他の金属で作られ得るストラップ１０３によって結び付けられることができる。実施形態の一例において、ストラップ１０３は、サブアセンブリ１００_１，１００_２，および１００_３を互いにしっかり相互接続するように保持し、かつ接線荷重下においてこのようなサブアセンブリの分離（例えばサブアセンブリ１００_２および１００_３が開いて離れる）を防ぐために、効果的に構成され得る。

ブラケットサブアセンブリ１００_２または１００_３は、横方向に延在するループ１０６の一端部を支持するよう構成された第１ピン１０４（図１３）を受容するためのそれぞれの開口部１０２を含むことができ、（半径方向支持ループ７４のような）ループはまた、熱流に対して実質的に抵抗性の材料（例えばＦＲＰ材料等）から作られ得る。横方向に延在するループ１０６の他端部は、それぞれの基部モジュールの中央部分１０９に接続される第２ピン１０８によって支持されることができる。つまり、基部アセンブリの部分１０９と組み合わさったピン１０８は、超伝導巻線６１Ａおよび６１Ｂにかかる横方向の荷重を横方向に延在するループ１０６を通じてローターコア５４に伝達するためのアンカー点を備える。

図１４は、２つの例示的な基部モジュール８９_１および８９_２の軸方向アセンブリを示す断片切断図であり、２つの例示的な基部モジュール８９_１および８９_２は、軸方向に延在する巻線セグメント６０Ａ（図１）に対して、組み合わせてモジュール式ブラケットアセンブリを構成するそれぞれのブラケットアセンブリ１００を含む。図１５から理解されるように、横方向荷重の対称的な伝達を提供するために、一例の実施形態においては、横方向に延在するループ１０６の向きを変えることができる。例えば、図１３において、ピン１０４がアンカーピン１０８の右側に配置されることが理解できるだろう。これに対して図１５においては、軸方向に隣接する次のブラケットアセンブリにおけるピン１０４がアンカーピン１０８の左側に配置されることが理解できるだろう。

したがって、実施形態の一例において、横方向に延在するループ１０６は、方向が交互になるように配置された横方向に延在するループの軸方向の配列を形成することができ、その配列における第１の横方向に延在するループ（例えば図１３の横方向ループ１０６）は、第１端部を有し、該第１端部は、アセンブリの第１の横方向端部（例えば図１３に示すように、ループ１０６は、この例の場合は、アンカーピン１０８の右側に位置するピン１０４によって支持されることができる）において対応するブラケットアセンブリによって機械的に支持される。配列における第２の軸方向に隣接する横方向に延在するループ（例えば図１５の横方向ループ１０６）は、アセンブリの第２の横方向端部において対応するブラケットアセンブリによって機械的に支持される第１端部を有することができる（例えば図１５に示すように、ループ１０６は、この場合、アンカーピン１０８の左側に位置するピン１０４によって支持されることができる）。この例示的な実施形態において、対応するアセンブリの第１および第２端部は、互いに対向する横方向端部に対応することができ、したがって横方向に延在するループの方向が交互の配列は、効果的に軸方向に沿って配置され、接線方向荷重をローターコアに対称的に伝達する。

本発明の態様は、接線方向荷重をローターコアに対称的に伝達するために横方向に延在するループの方向が交互の配列に限定されないことが理解されるだろう。例えば、横方向に延在するループの横方向に隣接する（並んだ）ペアを構成することができ、このようなループのそれぞれの第１端部は、所定のブラケットアセンブリの互いに対向する横方向端部にそれぞれ接続され、このようなループのそれぞれの第２端部は、それぞれの基部モジュールの中央部分１０９に固定されることができる（例えば共同で固定される）。

図１４においてブラケットアセンブリ１００（例えば基部モジュール８９_１および８９_２によって共有される中間ブラケットアセンブリ１００）は、軸方向に隣接する細長いループ７４のそれぞれのペアの対応する部分の間に介在され得ること理解できるだろう。

図１６は、先の説明において記載された様々な構成要素の少なくともいくつかのアセンブリを示す等角図であり、これらは組み合わせて、機械の定常および／または故障状態の間に発展する場合がある力、応力、歪みおよび周期的な荷重に機械的に耐えながら、「温かい」ローターコアから超伝導巻線への熱伝導を実質的に低減するのに有効となり得るような本発明の態様を具現化する巻線支持装置を形成する。

したがって説明はこれまで、遠心荷重および接線方向荷重を支持するために横方向に延在するループ１０６と組み合わせた１または複数の細長いループ７４について言及したが、１または複数の細長いループ７４および適切な支持構造（横方向に延在するループ１０６以外に（および／またはそれと組み合わせて））によって本発明の態様が実行され得ることも考慮され、当該支持構造は、矢印１２０（図１７）によって概念的に表され、このような遠心荷重および接線方向荷重を共同で支持するよう構成される。

図１８に示されるような実施形態の一例において、支持構造１２０は、基部アセンブリ１３０の一部として、または基部アセンブリ１３０に構成される１または複数のバンパーを備えることができ、接線方向の支持を提供する。実施形態のこの例において、クレードル１１０は、超伝導巻線６１を受け入れる凹所を含むことができる。実施形態の一例において、クレードル１１０は、細長いループのそれぞれの遠位端部７８を受け入れることができるアーチ形外表面を含むことができる。クレードル１１０は、適切な低温流体を通過させるための１または複数の通路１１２を含むことができる。本発明の態様は、通路１１２に関連する特定の装置に限定されないことが当業者によって理解されるだろう。例えば、冷却通路は、巻線６１内に構成される得ることが考えられる。実施形態の一例において、クレードル１１０は、１または複数の重量削減開口部１１４を含むことができる。クレードル１１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、または他の適切な比較的軽量の繊維強化複合材料から作られ得る。

図１８は、クレードル１１０の凹所の底部近くで、超伝導巻線６１を支持する台座を提供する台座支持体１１６をさらに示す。台座１１６は、熱可塑性ポリマー材料または類似の熱絶縁材料から作られ得る。台座支持体１１６は、実施形態の一例においては、基部アセンブリ１３０によって支持されることができるアーチ形面１１８をさらに含むことができる。ブラケットアセンブリ１００（例えば図１６）、クレードル１１０および台座支持体１１６は、超伝導巻線６１を収容するために使用され得るそれぞれのアセンブリの例である。

例えば、静止状態（ローターが回転していない）の間または比較的低い毎分回転数（ＲＰＭ）でのローターの回転（例えば約１００ＲＰＭから約３００ＲＰＭの範囲）を含む回転状態の間、台座支持体１１６は、基部アセンブリ１３０の対応する外縁部１３４の少なくとも１または複数の部分に沿って構成され得る１または複数の座部１３２に接触することができる。逆に、比較的高い毎分回転数（ＲＰＭ）でのローターの回転（例えば前述の例の範囲をほぼ超える）を含む回転状態の間、遠心力に応じて、比較的小さい間隙（Ｇ）（例えば数ミリメータのオーダー）が台座支持体１１６の面１１８および座部１３２の間に形成され得、この間隙は、「温かい」ローターコア５４から超伝導巻線６１への熱伝導を低減するのに有効となり得る。

支持構造１２０は、様々な方法で実行することができる。例えば、支持構造１２０は、連続的なバンパー１２１として実行することができる。この連続的な構造は、２つの機能を提供するだろう。例えば、第１バンパー部１２２は、静止状態の間または比較的低速でのローター動作中に座部１３２によって提供される支持機能を提供することができ、第２バンパー部１２４は、そうでなければ横方向に延在するループによって行われていた接線方向支持を提供するだろう。実施形態のこの例において、第２バンパー部１２４は、座部１３２の拡張部として見ることができ、バンパー部１２２および１２４は、基部アセンブリ１３０の外縁部１３４を画定するだろう。

１つの代替の実施形態において、支持構造１２０は、外縁部１３４に沿った個別のバンパー構造として実行することができる。例えば、１または複数の個別バンパー１２６は、そうでなければ横方向に延在するループによって行われてきた接線方向支持を提供するだろう。上述した横方向に延在するループは、支持構造１２０の実施形態の一例として広く概念化することができることが理解されるだろう。

基部アセンブリ１３０は、鋼鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、繊維強化複合材料などの比較的幅広い範囲の熱伝導特性を備えることができる任意の多様な材料から作ることができる。基部アセンブリ１３０が比較的高い熱伝導性を有する材料から作られる場合の例において、支持構造１２０は、適切な熱絶縁材料のコーティングを任意に含むことができる、または支持構造１２０は、基部アセンブリ１３０の熱伝導性に対して低い熱伝導性を有する材料から任意に作ることができる。基部アセンブリ１３０が比較的低い熱伝導性を既に備える材料（例えば繊維強化複合材）から作られる他の例の場合、さらなる熱絶縁を支持構造１２０に関して使用する必要はない。

本発明の様々な実施形態が本明細書に示され、説明されたが、このような実施形態が一例としてのみ提供されていることは明らかである。多くの変形、変更および代替を本発明から逸脱することなく行うことができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神と技術範囲によってのみ限定されることを意図している。

５０ 超伝導ローター
５４ ローターコア
６０ 超伝導巻線
６１ 超伝導ブロック（例えば巻線）
７２ クライオスタット
７４ ループ
７６ 近位端部
７８ 遠位端部
８０ アーチ形支持体
８４ 基部アセンブリ
８９ 基部モジュール
１００ ブラケットアセンブリ
１０４ 第１ピン
１０８ アンカーピン
１１０ クレードル
１１６ 台座
１２１ バンパー
１２２ 第１バンパー部
１２４ 第２バンパー部
１２６ 個別バンパー
１３０ 基部アセンブリ
１３２ 座部
１３４ 外縁部

Claims (19)

1. 電動機械のローターコアから離間した関係にある少なくとも１つの超伝導巻線を支持するための装置であって、
   前記少なくとも１つの超伝導巻線に対して半径方向支持を提供するよう構成された少なくとも１つの細長いループであって、熱流に対して実質的に抵抗性の材料を含む少なくとも１つの細長いループと、
   前記細長いループの近位端部において前記ローターコアに対して前記少なくとも１つのループを固定するよう構成された軸方向に延在する基部アセンブリと、
   前記少なくとも１つの超伝導巻線の少なくとも一部分を受け入れ、かつ前記細長いループの遠位端部において前記細長いループを支持するための凹所を有するアセンブリと、
   を備える装置。
2. 前記少なくとも１つの超伝導巻線に対して接線方向支持を提供するよう構成された支持構造をさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記支持構造が前記少なくとも１つの超伝導巻線に対して前記接線方向支持を提供するよう構成された横方向に延在するループを備え、前記横方向に延在するループが熱流に対して実質的に抵抗性の材料を含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記基部アセンブリが前記支持構造を構成するバンパー支持構造を備える、請求項２に記載の装置。
5. 前記アセンブリが前記凹所の底側を閉じ、かつクレードル内の前記超伝導巻線を支持するよう構成されたクレードルおよび台座を備える、請求項２に記載の装置。
6. 前記基部アセンブリがローターの静止状態の間、または前記ローターの比較的低い毎分回転数（ＲＰＭ）を備える回転状態の間に、前記台座を支持するよう構成された少なくとも１つの座部を備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記支持構造が、前記少なくとも１つの座部の拡張部を備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つの座部および前記少なくとも１つの座部の前記拡張部が、連続的なバンパー支持構造を形成し、該バンパー支持構造は、前記基部アセンブリの外縁部の少なくとも一部分を画定する、請求項７に記載の装置。
9. 前記バンパー支持構造が、前記基部アセンブリの外縁部に配置された少なくとも１つの個別のバンパーを備える、請求項４に記載の装置。
10. 前記バンパー支持構造が、ローターの静止状態の間、または前記ローターの比較的低い毎分回転数（ＲＰＭ）を備える回転状態の間にクレードルを支持するよう構成された座部を画定する第１バンパー部分を備え、かつ前記少なくとも第１ループと共同で前記クレードルに対して半径方向および接線方向支持を提供する第２バンパー部分をさらに備える、請求項４に記載の装置。
11. 電動機械のローターコアから離間した関係にある超伝導巻線を支持するための装置であって、
    前記超伝導巻線を受け入れるための凹所を画定するよう構成されたアセンブリと、
    前記少なくとも１つの超伝導巻線に対して半径方向支持を提供するよう構成された少なくとも１つの細長いループであって、前記細長いループは、熱流に対して実質的に抵抗性の材料を備え、前記アセンブリが前記細長いループの遠位端部において前記少なくとも第１ループを支持するよう構成された、少なくとも１つの細長いループと、
    前記細長いループの近位端部において前記ローターコアに対して前記少なくとも第１ループを固定するよう構成された軸方向に延在する基部アセンブリと、
    前記少なくとも第１ループと共同で前記アセンブリに対して半径方向および接線方向支持を提供する支持構造と、
    を備える装置。
12. 前記支持構造が前記少なくとも１つの超伝導巻線に対して前記接線方向支持を提供するよう構成された横方向に延在するループを備え、前記横方向に延在するループが熱流に対して実質的に抵抗性の材料を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 前記基部アセンブリが前記支持構造を構成するバンパー支持構造を備える、請求項１１に記載の装置。
14. 前記アセンブリが前記凹所の底側を閉じ、かつクレードル内の前記超伝導巻線を支持するよう構成されたクレードルおよび台座を備える、請求項１１に記載の装置。
15. 前記基部アセンブリがローターの静止状態の間、または前記ローターの比較的低い毎分回転数（ＲＰＭ）を備える回転状態の間に、前記台座を支持するよう構成された少なくとも１つの座部を備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記支持構造が、前記少なくとも１つの座部の拡張部を備える、請求項１５に記載の装置。
17. 前記少なくとも１つの座部および前記少なくとも１つの座部の前記拡張部が、連続的なバンパー支持構造を形成し、該バンパー支持構造は、前記基部アセンブリの外縁部の少なくとも一部分を画定する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記バンパー支持構造が、前記基部アセンブリの外縁部に配置された少なくとも１つの個別のバンパーを備える、請求項１３に記載の装置。
19. 前記バンパー支持構造が、ローターの静止状態の間、または前記ローターの比較的低い毎分回転数（ＲＰＭ）を備える回転状態の間にクレードルを支持するよう構成された座部を画定する第１バンパー部分を備え、かつ前記少なくとも第１ループと共同で前記クレードルに対して前記半径方向および接線方向支持を提供する第２バンパー部分をさらに備える、請求項１３に記載の装置。

Images