KR20020087352A

KR20020087352A - 동기식 기계의 로터 및 로터 코어상의 초전도 코일 권선주위에 진공을 제공하는 방법

Info

Publication number: KR20020087352A
Application number: KR1020020026328A
Authority: KR
Inventors: 왕유; 위버콘라드로만; 시바수브라마니암키루바; 나이가드로버트존; 후앙지안루이
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2002-11-22
Also published as: NO20022300D0; PL353904A1; US20020171319A1; CN1385950A; US6608409B2; NO20022300L; BR0201695A; CN1316723C; EP1261114A1; CZ20021671A3; JP2003023767A; MXPA02004837A; US20040104629A1; CA2384586A1; JP4041693B2; US6762517B2

Abstract

초전도 동기식 기계용으로 개시된 로터는, 로터 코어와, 상기 로터 코어의 적어도 일부 주위로 연장하는 초전도 코일로서, 상기 로터 코어의 양측에 코일 측면 섹션을 갖는 초전도 코일과, 상기 코일 측면 섹션의 적어도 하나를 덮는 진공 하우징과, 상기 진공 하우징과 코일 측면 섹션위의 전도성 차폐체를 포함한다.

Description

동기식 기계의 로터 및 로터 코어상의 초전도 코일 권선 주위에 진공을 제공하는 방법{HIGH TEMPERATURE SUPER-CONDUCTING ROTOR HAVING A VACUUM VESSEL AND ELECTROMAGNETIC SHIELD AND AN ASSEMBLY METHOD}

본 발명은 일반적으로 동기식 회전 기계내의 초전도 코일에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 동기식 기계의 로터내의 초전도 계자(super-conducting field) 권선용 전자기 차폐체 및 진공 용기에 관한 것이다.

계자 코일 권선을 구비하는 동기식 전기 기계는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 회전 발전기, 회전 모터 및 리니어 모터를 포함한다. 일반적으로, 이들 기계는 전자기적으로 결합된 스테이터 및 로터를 포함한다. 로터는 다극 로터 코어 및이 로터 코어상에 장착된 하나 또는 그 이상의 코일 권선을 포함할 수 있다. 로터 코어는 철심 로터 등의 자기적으로 투자 가능한 솔리드 재료(magnetically-permeable solid material)를 포함할 수 있다.

종래의 구리 권선은 동기식 전기 기계의 로터에 보통 사용된다. 그러나, (통상적인 측정에 의해서는 낮을 지라도) 구리 권선의 전기 저항은 로터의 실질적인 가열의 원인이 되기에 충분하고, 기계의 전력 효율을 열화시키기에 충분하다. 최근에, 초전도(SC) 코일 권선이 로터용으로 개발되었다. SC 권선은 사실상 전혀 저항이 없으며, 로터 코일 권선에 매우 유리하다.

철심 로터는 약 2테슬라(Tesla)의 공극 자장 강도에서 포화된다. 공지된 초전도 로터는 3테슬라 이상의 공극 자장을 이루도록 로터에 철을 갖지 않는 공기-코어 설계를 이용한다. 이러한 높은 공극 자장은 전기 기계의 전력 밀도를 증가시키며, 그에 따라 기계의 중량 및 크기를 상당히 감소시킨다. 공기-코어 초전도 로터는 다량의 초전도 와이어를 필요로 한다. 다량의 SC 와이어는 필요한 코일의 개수, 코일 지지체의 복잡성 및 SC 코일 권선과 로터의 비용을 추가시킨다.

고온 SC(HTS) 코일 계자 권선은 취성을 갖는 초전도 재료로 형성되며, 초전도성을 달성하고 유지하기 위해 임계 온도(예를 들면, 27℉) 또는 그 이하의 온도로 냉각되어야 한다. 초전도 권선은 BSCCO(Bi_xSr_xCa_xCu_xO_x)계 도체 등의 고온 초전도 재료로 형성될 수 있다.

초전도 코일은 액체 헬륨 등에 의해 극저온으로 냉각된다. 로터의 권선을통과한 후에, 뜨거워진 사용된 헬륨은 가스 헬륨으로서 회수된다. 극저온 냉각용으로 액체 헬륨을 사용하면, 회수된 실온의 가스 헬륨의 연속적인 재액화가 필요하며, 그러한 재액화는 상당한 신뢰성 문제를 가지며, 상당한 보조 전력을 필요로 한다.

또한, HTS 코일은 높은 벤딩 및 인장 변형으로부터의 저하에 민감하다. 이들 코일은 코일 권선에 응력 및 변형을 가하는 상당한 원심력을 겪는다. 전기 기계의 정상 작동은 몇 년 동안에 걸친 수천회의 시동 및 정지 사이클을 수반하며, 이것은 로터의 저 사이클 피로 부하를 발생시킨다. 더욱이, HTS 로터 권선은 로터 밸런싱 과정 동안에 대기온도에서 25% 과속 작동을 견딜수 있어야 하며, 그럼에도 불구하고 발전 동작 동안에 극저온에서 작동적 과속 조건을 견딜 수 있어야 한다. 이들 과속 조건은 권선상의 원심력 부하를 정상 작동 조건 이상으로 실질적으로 증가시킨다.

SC 코일은 일반적으로 초전도 특성을 발휘하도록 진공에 의해 열적으로 절연되어야 한다. 진공은 뜨거워진 로터 코어로부터의 열이 대류에 의해 SC 코일에 전달되는 것을 방지한다. SC 계자 코일은 진공에 의해 완전히 둘러싸인다. 진공은 진공 용기 및 관련된 기밀 밀봉부가 로터상에 유지될 것을 요구한다.

전기 기계의 HTS 로터 계자 권선으로 사용되는 SC 코일은 저온 및 정상 작동 동안에 응력 및 변형을 받는다. 이들은 원심 부하, 토크 전달 및 과도 고장 조건을 받는다. 힘, 응력, 변형 및 사이클성 부하를 견디기 위해, SC 코일은 코일 지지 시스템에 의해 로터내에 적절하게 지지되어야 하며 디이나믹하고 과도적인 자기장에 대해 차폐되어야 한다. 이들 코일 지지 시스템은 SC 코일을 HTS 로터내에 유지하며, 로터의 회전으로 인한 극심한 원심력에 대해 코일을 고정한다. 더욱이, 코일 지지 시스템은 SC 코일을 보호하며, 코일이 조기에 균열, 피로 또는 파손되지 않도록 한다.

SC 코일을 HTS 로터에 적용하는 점에 있어서, HTS 코일용 지지 시스템 및 차폐체의 개발이 어려운 문제였다. 이미 제안된 HTS 로터용 코일 지지 시스템의 예시는 미국 특허 제 5,548,168 호, 미국 특허 제 5,532,663 호, 미국 특허 제 5,672,921 호, 미국 특허 제 5,777,420 호, 미국 특허 제 6,169,353 호 및 미국 특허 제 6,066,906 호에 개시되어 있다. 그러한, 이들 코일 지지 시스템은, 고가이고 복잡하며, 과도한 수량의 구성요소를 필요로 하는 등의 여러 문제를 갖는다. 또한, 코일 지지 시스템을 저비용으로 제조하고, 구성요소를 용이하게 조립하는데 대한 필요성이 존재한다.

HTS 자계 코일 권선에 대한 구조적 지지체가 SC 코일을 로터내에 포함시키는데 있어서 주된 도전 사항이다. 구조체는 실질적으로 권선내로 열을 전도함없이 SC 코일 권선을 지지하여야 한다. 개시된 신규한 개념에 있어서, 코일 지지체의 구조는 냉각된 SC 권선내로 로터 코어로부터이 열을 전도하는 질량체를 감소시키도록 최소화된다. 그러나, 코일 지지체를 최소화하는 것은 또한 지지체에 의해 지지될 수 있는 힘의 레벨을 제한한다. 로터에 작용하는 힘이 코일 지지체의 힘 지지능력을 초과하면, 코일 지지체가 파손되거나 또는 코일 권선이 손상될 상당한 위험이 존재한다.

로터에 작용하는 힘의 잠재적 소스는 그리드 결함에 기인하는 토크이다. 자계 권선 SC 코일을 갖는 고온 초전도(HTS) 발전기는 전기적 그리드 결함에 민감하다. 그리드 결함은 기게의 스테이터가 결합되는 파워 시스템 그리드에서의 전류 스파이크이다. 그리드 결함 상태하에서, 과도한 전류가 스테이터내로 흐른다. 이 전류는 로터 자계 권선 코일내로 침투할 수 있는 강한 자속을 유도하는 스테이터 권선내의 전기적 외란을 야기한다.

로터 계자 권선 코일내로의 자기장의 잠재적 침투는 로터 코일 권선에 상당한 토크를 발생시킨다. 이 토크는 SC 코일 및 약한 코일 지지 구조체에 손상을 줄 수 있다. 이러한 기계적 영향에 부가하여, 로터의 자기장 침투는 로터 구조체 특히 HTS 와이어내에서의 교류(AC) 손실을 야기할 수 있다. 유도되는 그리드 결함 및 다른 자기장에 의해 로터의 침투를 최소화하는 것이 바람직하다. 그리드 결함에 기인한 로터 토크를 감소시킴으로써 코일 지지 구조체가 최소화될 수 있도록 한다. 로터의 자기장 침투를 최소화하는 것은 또한 HTS 로터내의 AC 전류 손실을 감소시킨다.

로터를 차폐하는 것에 의해 교류적이며 시간에 따라 변화되는 자기장이 로터내로 침투하는 것을 방지한다. 로터 계자 권선 코일이 잘 차폐되지 않는 경우, 스테이터로부터의 자속이 로터내로 침투하여 자기 로터 및 SC 코일내에 토크를 야기한다. 이러한 토크는, 토크에 의해 유도된 스테이터 플럭스가 종래의 연성 구리로터 코일에 손상을 주지 않았지만, 취성의 SC 코일에 손상을 줄 것이다. SC 코일을 갖는 로터가 적절히 차폐되지 않는다면, 코일 지지체는 결함-유도 토크를 견디도록 보강되어야 한다. 그러나, 코일 지지체를 보강하는 것의 결점은, 이것이 또한 지지체의 질량을 증가하여 저온 SC 코일로의 열전달 증가에 따른 잠재적 문제를 야기한다는 것이다.

코일 지지체의 질량을 증가시키는 대신에, 교류 자속이 로토내로 침투하여 SC 코일상에 토크를 유동하는 것을 방지하는 전자기(electromagnetic: EM) 차폐체를 갖는 것이 바람직하다. 전체 로터 코어를 덮는 원통형 EM 차폐체 및 진공 용기는 그 사이즈 때문에 대형 SC 기계로 제조하기 어렵다. 타이트한 공차로 대형 구리 또는 알루미늄제 실린더를 형성하는 것은 원통형 EM 차폐체 및 진공 용기를 만드는 것과 함께 다른 어려움이다. EM 차페체 및 진공 용기가 서로 슬라이딩되는 원통형인 경우, 양 실린더는 진공을 유지하도록 양호하게 접합되어 교류 플럭스가 로터내로 유입되는 것을 방지할 것이다. 스테인레스 스틸제의 진공 용기와 구리 또는 알루미늄제의 EM 차폐체와 같은 비유사 금속을 접합하는 것은 어렵다. 조합형 원통형 EM 차폐체와 진공 용기에 의한 곤란성은 그 물리적 크기에 기인하여 대형 기계에 대해서는 알려져 있다. 그러나, 원통형 EM 차폐체 및 용기는 Em 실린더 및 원통형 진공 용기가 비교적 용이하게 제조될 수 있는만큼 충분히 작은 로터를 갖는 보다 소형의 기계에 대해서는 적합할 수 있다.

대형 기계에 대해서는, EM 차폐체 또는 진공 용기에 대해 요구되는 정밀도 및 공차에 의해 원통형 차폐체의 대형이며 연속적인 조각을 제조하고, 조립하고 밸런싱하는 일이 실질적인 문제이다. 원통형 전자기 차폐체 봉합체가 또한 진공 경계부로서 사용되면, 로터 몸체는 진공 용기에 의해 덮여질 수 있다. 따라서, 로터의 표면은 일반적으로 접근할 수 없으며 로터의 균형을 맞추기 위해 접근될 수 없다.

로터의 균형맞춤(밸런싱)은 그 전체 축방향 길이를 따라 또한 주변부 주위의 다양한 위치에서 로터 몸체에 밸런싱 웨이트를 부가하는 것을 포함하며, 이러한 이유로 로터 몸체의 전체 표면에 대한 접근을 요구한다. 진공 용기가 전체 포징을 덮는다면, 용기가 로터에 부가되기 전에 로터가 균형맞춤되어야 한다. 그러나, 진공 용기의 조립전에 로터를 사전 균형맞춤하는 것은 제조 사이클 시간을 증가시켜 제조 비용을 증가시킨다. 또한 로터를 사전 균형맞춤하는 것은 주위 온도에서 행해지지만, 로터는 극저온에서 동작한다. 로터의 균형맞춤은 SC 권선에 요구되는 냉각 조건에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 극저온 상태하에서 로터의 균형을 맞추는 것이 바람직하다.

신규한 EM 차폐체 및 진공 용기 개념은 모터 또는 발전기와 같은 대형의 초전도 기계에 사용되도록 개발되고 있다. 기계는 철심 및 초전도 로터 계자 권선 코일을 갖는 로터를 포함한다. 코일은 코일위에 끼워지는 진공 채널 하우징에 의해 형성된 진공에 의해 단열된다. 진공 채널은 로터 코어의 전체 표면을 덮지 않는다. 따라서, 로터는 저온의 로터 균형맞춤 작업동안 접근될 수 있다.

SC 코일은 또한 전자기 차폐체에 이해 보호된다. 차폐체는 진공 용기로부터 분리된다. EM 차폐체는 교류 또는 시간에 따라 변화하는 자속이 로터내로 침투하는 것을 방지한다. 이들 자기장은 갑작스런 단락 또는 그리드 결함과 같은 과도 현상에 의해 발생되며, 또한 기계 부하 불균형에 기인한 네거티브 시퀀스 필드에 의해 발생된다. 또한, EM 차폐체는 스테이터 전자기력 시공간 조화에 의해 발생된 조화 필드를 완충시킨다.

HTS 로터는 최초로 SC 코일을 포함하도록 설계된 동기식 기계용일 수 있다. 대안적으로, HTS 로터는 종래의 발전기와 같은 현재의 전기적 기계내의 구리 코일 로터를 대체할 수 있다. 로터와 그 SC 코일은 본 명세서에서는 발전기의 배경에서 설명되지만, HTS 코일 로터는 또한 다른 동기식 기계에 사용되기 적합하다.

코일 지지 시스템은 코일 및 로터와 일체로 되는 것이 바람직하다. 또한, 코일 지지 시스템은 최종 로터 조립에 앞서 코일 지지 시스템, 코일 및 로터 코어의 용이한 사전 조립을 촉진한다. 사전 조립은 코일 및 로터 조립 시간을 감소시키고, 코일 지지체 품질을 개선하고, 코일 조립체의 편차를 감소시킨다.

제 1 실시예에 있어서, 본 발명은 동기식 기계의 로터에 있어서, 로터 코어와, 상기 로터 코어의 적어도 일부 주위로 연장하는 초전도 코일로서, 상기 로터 코어의 양측에 코일 측면 섹션을 갖는 초전도 코일과, 상기 코일 측면 섹션의 적어도 하나를 덮는 진공 하우징과, 상기 진공 하우징 및 코일 측면 섹션위의 전도성 차폐체를 포함하는 로터이다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 동기식 기계의 로터 코어상의 초전도 코일 권선 주위에 진공을 제공하기 위한 방법에 있어서, 상기 코일 권선과 로터 코어를 조립하는 단계와, 단부 샤프트를 동축적으로 상기 코어에 부착하는 단계와, 상기코일 권선의 측면 섹션위로 진공 하우징을 걸쳐 놓고 상기 하우징을 상기 로터 코어에 밀봉하는 단계와, 상기 진공 하우징을 상기 단부 샤프트에 밀봉하여 상기 코일 권선 주위에 진공 영역을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다.

본 발명의 다른 실시예는, 축을 갖는 로터 코어와, 상기 코어의 대향 단부로부터 축방향으로 연장하는 한 쌍의 단부 샤프트로서, 각각 상기 코어 단부에 인접한 슬롯을 갖는 한 쌍의 단부 샤프트와, 상기 코어 축에 평행한 적어도 하나의 코일 측면 섹션과 상기 코어 축에 횡단하며 상기 코어의 단부에 인접한 코일 단부 섹션을 갖는 초전도 로터 코일로서, 상기 코일 단부 섹션은 각각 상기 단부 샤프트의 슬롯 중 하나를 통해 연장하는 초전도 로터 코일과, 상기 코일 측면 섹션위로 놓이며 각각 상기 슬롯 중 하나로 밀봉되는 단부를 갖는 진공 하우징과, 상기 단부 샤프트 쌍내의 슬롯과 상기 각각의 코일 측면 섹션위에 있는 진공 하우징에 의해 규정된 상기 코일 주위의 진공 영역을 포함하는 로터이다.

본 발명의 또 다른 실시예는, 축을 갖는 로터 코어와, 상기 코어의 단부로부터 축방향으로 연장하는 단부 샤프트로서, 상기 코어 단부에 인접한 슬롯을 갖는 단부 샤프트와, 상기 코어 축에 평행한 적어도 하나의 코일 측면과 상기 코어 축에 횡단하는 적어도 하나의 코일 단부를 갖는 초전도 로터 코일로서, 상기 코일 단부는 상기 단부 샤프트의 슬롯을 통해 연장하는 로터 코일과, 상기 코일 측면위로 놓이며 상기 슬롯으로 밀봉되어 상기 코일 주위로 진공 영역을 규정하는 진공 하우징을 포함하는 로터이다.

도 1은 초전도 로터 및 스테이터를 구비한 동기식 전기 기계의 개략적인 측면도,

도 2는 예시적인 레이스트랙 초전도 코일 권선의 사시도,

도 3은 철심을 갖는 고온 초전도(HTS)의 구성요소의 분해사시도,

도 4는 진공 채널 및 EM 차폐체의 제 1 실시예를 도시하는 로터 단면의 개략적 다이어그램,

도 5는 진공 채널 및 EM 차폐체의 제 2 실시예를 도시하는 로터 단면의 개략적 다이어그램,

도 6은 진공 채널을 갖는 로터의 개략적 사시도,

도 7은 로터 모어와 단부 샤프트 사이의 밀봉부의 확대 개략도,

도 8 내지 도 11은 도 3에 도시된 HTS 로터에 대한 조립 공정을 도시하는 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 동기식 기게12: 스테이터

14: 로터16: 스테이터내의 로터 캐비티

18: 자기장19: 스테이터 모일

20: 로터 축22: 로터 코어

24: 컬렉터 로터 단부 샤프트36: 고온 초전도(HTS) 코일

42: 터빈 로드44: 채널 하우징

58: 분할형 클램프59: 분할형 클램프의 채널

62: 로터 모어의 컬러66: 컬러의 측벽

102: EM 차폐체110: EM 차폐체의 브레이스

122: 브레이스

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 스테이터(12) 및 로터(14)를 구비한 예시적인 동기식 발전기(10)를 도시한다. 로터는 스테이터의 원통형 캐비티 공동(16) 내측에 끼워맞춰지는 계자 권선 코일(field winding coil)을 포함한다. 로터는 스테이터의 로터 진공 공동 내측에 끼워맞춰진다. 로터가 스테이터내에서 회전할 때, 로터 및 로터 코일에 의해 발생된 자기장 선은 도 1의 섹션에 수직인 평면내에 있으며(따라서 도 1에 도시될 수 없음) 스테이터를 통해 이동 및 회전하여, 스테이터 코일(19)의 권선에 전류를 생성한다. 이러한 전류는 발전기에 의해 전력으로서 출력된다.

로터(14)는 대체로 종방향으로 연장하는 축(20) 및 대체로 솔리드의 로터 코어(22)를 구비한다. 솔리드 코어(22)는 높은 자기 투자율을 가지며, 철 등의 강자성 재료로 보통 제조된다. 낮은 전력 밀도의 초전도 기계에 있어서, 로터의 철심은 기자력(magnetomotive force)을 저감시키는데 사용되고, 따라서, 코일 권선에 요구되는 초전도(SC) 코일 와이어의 양을 최소화한다. 예를 들면, 솔리드 철-로터 코어는 약 2테슬라의 공극 자장 강도에서 자기적으로 포화될 수 있다.

로터(14)는 종방향으로 연장하고 레이스트랙형인 적어도 하나의 고온 초전도(HTS) 코일 권선(34)을 지지한다(도 2 참조). 대안적으로, HTS 코일 권선은 안장(saddle)형이거나 특별한 HTS 로터 설계에 적합한 다른 형상일 수 있다. 코일 지지 시스템은 본 명세서에서 레이스트랙 SC 코일 권선에 대하여 설명된다. 코일 권선 시스템은 솔리드 로터 코어상에 장착된 레이스트랙 코일 이외의 다른 코일 구조에도 적합할 수 있다.

로터는 콜렉터(collector) 단부 샤프트(24)와 구동 단부 샤프트(30)를 포함한다. 이들 단부 샤프트는 로터 코어에 부착되어 그것을 지지하며 그 자체는 베어링(25)에 의해 지지된다. 컬렉터(collector) 단부 샤프트(24)는 SC 코일에 외부 전기 커플링을 제공하는 컬렉터 링(78)을 구비한다. 또한, 컬렉터 단부 샤프트(24)는 로터내의 SC 코일 권선을 냉각하는데 사용된 극저온 냉각 유체의 소스에 대한 냉각제 전달 커플링(26)을 갖는다. 냉각제 전달 커플링(26)은 극저온 냉각 유체의 소스에 결합된 고정 세그먼트와 HTS 코일에 냉각 유체를 제공하는 회전 세그먼트를 포함한다. 로터의 대향 단부 샤프트(30)는 파워 터빈 커플링(32)에 의해 구동될 수도 있다. 예시를 목적으로 도 1은 총 토크 전달을 위한 크기를 갖지 않는 컬렉터측의 단부 샤프트를 도시하는데, 이것은 발전기가 오직 하나의 샤프트 단부로부터 구동되는 파워 트레인 구성을 대표한다. 그러나, 개시된 개념은 양 발전지 단부 샤프트가 큰 토크를 전달하는 두 터빈 사이에 장착된 발전기에 동일하게 적용될 수 있다.

도 2는 예시적인 HTS 레이스트랙 계자 코일 권선(34)을 도시한다. 로터의 SC 계자 권선 코일(34)은 고온 초전도(SC) 코일(36)을 포함한다. 각 SC 코일은 고형 에폭시 함침식 권선 합성물로 적층된 BSCCO(Bi_xSr_xCa_xCu_xO_x) 도체 와이어 등의 고온 초전도 도체를 포함한다. 예를 들면, 일련의 BSCCO 2223 와이어는 고형 에폭시 함침 코일내로 적층되고 서로 접착되어 권선된다.

SC 와이어는 취성을 가지며, 손상되기 쉽다. 전형적으로, SC 코일은 에폭시 함침된 층 권선 SC 테이프이다. SC 테이프는 정밀한 치수 공차를 달성하도록 정밀 코일 형태로 감싸진다. 이 SC 테이프는 레이스트랙 SC 코일(36)을 형성하도록 나선형으로 감겨진다. 그러나, SC 팬케이크 코일은 또한 수개의 팬케이크 코일에 의해 구성될 수도 있다.

레이스트랙 코일의 치수는 로터 코어의 치수에 좌우된다. 일반적으로, 각 레이스트랙 SC 코일은 로터 코어의 자극을 둘러싸며, 로터 축에 평행하다. 코일 권선은 레이스트랙 둘레에 연속적으로 이어져 있다. SC 코일은 무저항 전류 경로를 로터의 둘레에 그리고 코어의 자극 사이에 형성한다. 코일은 코일을 컬렉터(78)에 전기적으로 접속하는 전기 접점(79)을 구비한다.

코일 권선(34)에는 저온 냉각 유체용 유체 통로(38)가 제공된다. 이 통로는 SC 코일(36)의 외측 에지 둘레로 연장할 수 있다. 통로는 저온 냉각 유체를 코일에 제공하며, 열을 코일로부터 제거한다. 냉각 유체는 코일의 전기 저항이 없는 초전도 상태를 조성하는데 요구되는 SC 코일 권선에서 저온(예를 들면, 27℉)을 유지한다. 냉각 통로는 로터 코어의 일단부에서 공급 유체 포트(39) 및 배출 유체 포트(41)를 구비한다. 이들 유체(가스) 포트는 냉각제 이송 커플링(26)에 SC 코일상의 냉각 통로(38)를 접속한다.

각 HTS 레이스트랙 코일 권선(34)은 로터 축(20)에 평행한 한쌍의 대체로 직선형의 측면부(40)와, 로터 축에 수직인 한쌍의 단부(54)를 구비한다. 코일의 측면부는 가장 큰 원심 응력을 받는다. 따라서, 측면부는 코일상에 작용하는 원심력에 반대로 작용하는 코일 지지 시스템에 의해 지지된다.

도 3은 고온 초전도(HTS) 코일 권선용 코일 지지 시스템 및 로터 코어(22)의 부분 절결도를 도시한다. 코일 지지 시스템은 코일 하우징(44)에 결합된 인장 로드(42)를 포함한다. 하우징은 로터내의 코일 권선(34)의 측면부를 유지하고 지지한다. 하나의 인장 로드 및 코일 하우징이 도 3에 도시되어 있지만, 코일 지지 시스템은 일반적으로 각각 양단부에 코일 지지 하우징을 갖는 일련의 인장 로드를 포함할 것이다. 또한, 도 3은 예시를 목적으로 코일을 지나 연장하는 인장 로드의 단부를 도시한다. 실제 적용에 있어서, 인장 로드의 단부는 코어를 향하는 코일의 표면에 접할 것이다. 인장 로드와 코일 하우징은 로터 작동동안 코일 권선에 대한 손상을 방지하며 원심력 및 다른 힘에 대하여 코일 권선을 지지하며 코일 권선에 대한 보호 차폐를 제공한다.

철심 로터내의 HTS 코일 권선(34)의 주 부하는 로터 회전동안의 원심 가속으로부터 나온다. 원심력에 저항하기 위해 효과적인 코일의 구조적 지지가 요구된다. 코일 지지는 특히 대부분의 원심 가속을 겪는 코일의 측면 섹션(40)을 따라 요구된다. 코일의 측면 섹션을 지지하기 위해, 인장 로드(42)는 코일의 섹션들에 걸쳐있으며, 코일의 대향 측면 섹션을 잡고 있는 코일 하우징(44)에 부착된다. 인장 로드는 로드가 동일한 코일의 측면 섹션 사이 또는 인접한 코일 사이에 걸치도록 로터 코어내의 도관(46) 예컨대 개구를 통해 연장한다.

도관(46)은 일반적으로 직선 축을 갖는 로터 코어내의 원통형 통로이다. 도관의 직경은 로터의 요홈 표면 부근의 단부를 제외하고는 실질적으로 일정하다.절연 튜브(52)를 수용하도록 도관은 그 단부가 보다 큰 직경으로 확장될 수 있다. 이 튜브는 도관내에서 로드(42)와 정렬되어 로터 코어와 인장 로드 사이에 단열을 제공한다.

도관(46)의 수 및 로터 코어상에서의 그 위치는 HTS의 위치 및 코일의 측면 섹션을 지지하는데 요구되는 코일 하우징의 수에 좌우된다. 도관(46)의 축은 대체로 레이스트랙 코일에 의해 규정된 평면내에 있다. 또한, 도관의 축선은 코일의 측면 섹션에 수직하다. 도한, 도관은 본 실시예에 있어서 로터 축선에 직교하며 교차한다.

개시된 예시적인 코일 지지 시스템은 인장 로드(42)와 관련된 채널 하우징(44)이 극저온 또는 그 부근의 온도로 유지되는 냉각 지지이다. 코일 지지 부재가 저온이기 때문에 이들 부재는 예컨대 단열 튜브(52)에 의해 로터 코어 및 로터의 다른 "고온" 구성요소로부터 열적으로 고립된다.

로터 코어는 주위 "고온" 온도에 있다. 코일 지지체는 열이 로터 코어로부터 HTS 코일에 도달하도록 하는 열전도의 잠재적 소스이다. 로터 코어는 작동중 고온으로 된다. 코일 권선이 초냉각된 상태로 유지되기 때문에, 코어로부터 코일로의 열전도가 방지된다.

코일 지지 시스템은 로터 코어로부터 열적으로 고립된다. 예를 들면, 인장 로드와 볼트는 로터와 직접 접촉하지 않는다. 이 접촉의 결여에 의해 로터로부터 인장 로드 및 코일로의 열전도가 방지된다. 또한, 코일 지지 시스템 구조의 질량이 감소되어 로터 코어로부터 코일 권선으로의 지지 조립체를 통한 열전도가 감소된다.

각각의 인장 로드(42)는 레이스트랙 코일의 평면내에 있으며 로드의 길이방향을 따라 연속성을 갖는 샤프트이다. 인장 로드는 통상적으로 티타늄, 알루미늄 또는 인코넬 합금과 같은 고강도 비자성 합금으로 제조된다. 인장 로드의 종방향 연속성은 코일에 대한 측방향 강성을 제공하는데 이것은 로터의 동력학적 장점을 제공한다. 또한, 인장 로드(42)의 측방향 강성은 코일 지지체와 코일의 합체를 허용하여 코일이 최종 로터 조립전에 로터 코어상의 코일 지지체와 조립될 수 있다.

인장 로드의 단부의 평평한 표면(86)은 코일 권선의 측면의 내측 표면을 지지한다. 코일 하우징(44)은 실질적으로 각 코일의 전체 측면 섹션(40)에 걸쳐 코일에 작용하는 힘 예컨대 원심력을 공동적으로 분배한다.

다수의 코일 하우징(44)은 원심력에 의한 영향없이 효과적으로 코일을 제 위치에 유지한다. 코일 하우징이 서로에 대한 폐쇄 근접부를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 하우징은 원심 부하, 토크 전달 및 과도 장애 상태 동안의 높은 굽힘 및 인장 변형에 의해 야기된 코일의 열화를 방지하기에 필요한 만큼 폐쇄되기만 하면 된다.

코일 지지체는 가스 터빈의 통상적인 작동/정지 작업동안 발생하는 종방향 열팽창 및 수축으로부터 코일을 제한하지 못한다. 특히, 열팽창은 주로 측면 섹션의 길이를 따라 지향된다. 따라서, 코일의 측면 섹션은 코일 하우징과 인장 로드에 대해 종방향으로 약간 슬라이딩된다.

U형상 코일 하우징(44)은 극저온에서 연성인 가벼운 고강도 재료로 형성된다. 통상적인 코일 하우징용 재료는 비자성인 알루미늄, 인코넬 또는 티타늄 합금이다. U형상 하우징의 형상은 저중량 고강도에 대해 최적일 수 있다.

다월 핀(dowel pin)은 코일 하우징과 인장 로드내의 개구를 통해 연장한다. 다월은 저중량을 위해 중공일 수 있다. 로킹 너트(도시안됨)는 다월 핀의 단부에서 나사결합되거나 부착되어 U형상 하우징을 고정하여 하우징의 측면이 부하에 의해 벌어지는 것을 방지한다. 다월 핀은 고강도 인코넬 또는 티타늄 합금으로 제조될 수 있다. 로드, 코일 및 하우징이 서로 조립될 때, 인장 로드의 평평한 단부(86)는 HTS 코일의 내측 표면에 접촉한다. 이러한 조립에 의해 다월을 수용하는 인장 로드의 구멍에서의 응력 집중을 감소시킨다.

로터 코어(22)는 통상적으로 철과 같은 자성 재료로 제조되며, 로터 단부 샤프트는 통상적으로 스테인레스 스틸과 같은 비자성 재료로 제조된다. 로터 코어와 단부 샤프트는 통상적으로 서로 조립되어 볼트결합이나 용접에 의해 서로 고정 결합되는 별개의 구성요소이다.

철 로터 코어(22)는 스테이터(12)의 로터 캐비티(16)내에서의 회전에 적합한 대체로 원통형 형상을 갖는다. 코일 권선을 수용하기 위해, 로터 코어는 평평한 또는 삼각형 영역 또는 슬롯과 같은 감소된 표면(48)을 갖는다. 이들 표면(48)은 원통형 코어의 만곡된 표면내에 형성되며 로터 코어를 가로질러 종방향으로 연장된다. 코일 권선(34)은 요홈 영역(48)에 인접하게 로터상에 장착된다. 코일은 대체로 로터 코어의 단부 주위로 요홈 영역의 외측 표면을 따라 종방향으로 연장한다. 로터 코어의 요홈 표면(48)은 코일 권선을 수용한다. 요홈 영역의 형상은 코일 권선에 부합한다. 예를 들면, 코일 권선이 안장형 또는 다른 형상을 갖는다면, 로터 코어내의 요홈은 권선의 형상을 수용하도록 구성될 것이다.

요홈 표면(48)은 코일 권선의 외측 표면이 실질적으로 로터의 회전에 의해 규정되는 엔벨로프까지 연장하도록 코일 권선을 수용한다. 로터 코어의 외측 만곡 표면(50)은 회전될 때 원통형 엔벨로프를 규정한다. 로터의 회전 엔벨로프는 실질적으로 스테이터의 스테이터 캐비티(16)(도 1)와 동일한 직경을 갖는다.

로터 엔벨로프와 스테이터 캐비티(16) 사이의 갭은, 로터가 통풍 냉각을 요구하지 않기 때문에 스테이터만의 가압 유동 통풍 냉각에 요구되는 비교적 작은 간극이다. 로터 코일 권선과 스테이터 권선간의 전자기적 결합을 증가시키도록 로터와 스테이터간의 간극을 최소로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 로터 코일 권선은 로터에 의해 형성되는 엔벨로프까지 연장하여 로터와 스테이터간의 간극 갭에 의해서만 스테이터로부터 분리되도록 위치되는 것이 바람직하다.

코일 권선(34)의 단부 섹션(54)은 로터 코어의 대향 단부(56)에 인접하다. 분할형 클램프(58)는 로터내의 코일 권선의 각 단부 섹션을 유지한다. 각 코일 단부(54)에서의 분할형 클램프는 코일 권선(34)을 그 사이에 개재하는 한 쌍의 대향 플레이트(60)를 포함한다. 클램프 플레이트의 표면은 코일 권선(34) 및 권선에 대한 결합구(39, 41, 79)를 수용하는 채널(59)(도 10)을 포함한다. 채널(59)은 컬렉터 단부 샤프트를 통해 연장하는 박벽 튜브(76)의 단부에 인접한 플레이트(60)의 측면내의 개구를 형성한다. 컬렉터 링(78)과 코일 접촉부(79) 사이의 냉각 유체 통로 및 전기 접점은 튜브(76)를 통해 연장한다.

분할형 클램프(58)는 알루미늄 또는 인코넬 합금과 같은 비자성 재료로 제조될 수 있다. 코일 지지 시스템의 인장 로드, 코일 하우징 및 다른 부분을 형성하는데 동일한 또는 유사한 비자성 재료가 사용될 수 있다. 코일 지지 시스템은 극저온에서 연성을 보존하도록 비자성인 것이 바람직한데, 이는 강자성 재료는 퀴리 전이 온도 아래의 온도에서 취성으로 되어 부하 지지 구조체로서 사용될 수 없기 때문이다.

분할형 클램프(58)는 단부 샤프트의 컬러(collar)(62)에 의해 둘러싸인다. 그러나, 분할형 클램프와 코일은 컬러(62)와 물리적으로 접촉하지 않는다. 도 3에는 오직 하나의 컬러만이 도시되어 있지만, 로터 코어(22)의 각 단부에 컬러(62)가 있다. 컬러는 로터 샤프트를 형성하는 동일한 또는 유사한 재료의 스테인레스 스틸과 같은 비자성 재료의 두꺼운 디스크이다. 실제로, 컬러는 로터 샤프트의 부분이다. 컬러는 로터 축선과 직교하는 슬롯(64)을 가지며 분할형 클램프(58)를 수용하고 제거하기에 충분한 폭을 갖는다. 슬롯 컬러의 고온 측벽(66)은 갭에 의해 저온 분할형 클램프로부터 이격되어 이들은 서로 접촉하지 않는다. 슬롯(66) 측벽과 클램프(58)와 코일의 단부(54) 사이의 갭은 진공으로 유지된다. 따라서, 로터 컬러와 분할형 슬롯 사이의 진공 갭은 컬러와, 분할형 클램프 및 SC 코일간의 열전달을 방지하는 단열체이다.

컬러(62)는 로터 코어의 융기된 디스크 영역(70)(대향하는 컬러내에 삽입될 융기된 디스크 영역에 대한 로터 코어의 반대측면 참조)을 수용하도록 [슬롯(64)에 의해 양분된] 요홈 디스크 영역(68)을 포함할 수 있다. 로터 코어의 단부상의 융기된 디스크 영역을 요홈 디스크(68)내에 삽입하는 것은 컬러내에서의 로터 코어에 대한 지지를 제공하고 로터 코어와 컬러의 정렬을 돕는다. 또한, 컬러는 컬러의 림 주위로 컬러를 통해 종방향으로 연장하는 원형 어레이의 볼트 구멍(72)을 가질 수 있다. 이들 볼트 구멍은 로터 코어를 통해 부분적으로 연장하는 정합하는 나사가공 볼트 구멍(74)에 대응한다. 나사가공 볼트(75)는 이들 종방향 볼트 구멍(72)을 통해 연장하여 컬러는 로터 코어에 고정한다.

도 4는 로터 코어, 코일 지지체 및 코일의 제 1 개략적 단면도이다. 또한, 도면은 진공 하우징(100) 및 전자기(electromagnetic: EM) 차폐체(102)의 단면에 대한 제 1 실시예를 도시한다. 진공 하우징은 코일 권선의 긴 측면(40) 위로 끼워지며 로터의 길이를 따라 연장하는 채널이다. 진공 하우징은 스테인레스 스틸과 같은 비자성 재료로 형성될 수 있다. 코일(34)의 각각의 긴 측면 섹션(40)은 코일의 당해 부분에 걸쳐 단열 진공을 형성하는 진공 채널 하우징을 갖는다.

하우징(100)은 로터 코어의 평평한 표면(48)의 길이를 따라 연장하는 슬롯(106)내로 끼워지는 더브테일 푸트(dovetail foot)를 각각 갖는 한 쌍의 측벽(104)을 갖는다. 코일 권선과 코일 지지체 중 하나에 슬롯이 있다. 측벽의 더브테일과 로터 코어의 표면(48)상의 슬롯(106) 사이의 결합은 기밀 밀봉을 형성한다.

도 4에 도시된 실시예에 있어서, EM 차폐체(102)는 신공 용기, 코일 및 코일 지지 구조체에 걸쳐 형성된다. 차폐체는 전도성이며 알루미늄으로 제조되어 구조적 지지체를 제공할 수 있다. 차폐체는 로터 코어상의 평평한 표면(48)의 일측면으로부터 평평한 표면의 대향 측면까지 연장하는 아크를 형성한다. 차폐체의 아크는 진공 용기에 걸쳐 연장한다. 진공 용기의 상부 플레이트(108)는 만곡된 표면을 가지며 EM 차폐체에 대한 지지체를 제공한다. 대안적으로, 진공 용기의 상부 플레이트는 로터의 다른 부분을 덮는 EM 차폐체 세그먼트에 부착되는 EM 차폐체의 일부를 형성할 수도 있다.

EM 차폐체는 또한 채널 하우징의 측벽과 코어 표면(48)에 의해 형성된 코너내에서 EM 차폐체 아래에 결합되는 삼각형 브레이스(110)에 의해 지지된다. 브레이스는 EM 차폐체 및 진공 채널에 대한 구조적 지지체를 제공하는 리빙(ribbing)(112)을 가질 수 있다. 또한, 브레이스는 그 질량을 감소시키기 위해 개방된 중앙 영역(114)을 가질 수 있다. 브레이스는 진공 채널의 양 측에 있으며 코어의 길이를 따라 이격된다. 브레이스의 수는 차폐체에 작용할 수 있는 강한 힘에 대해 차폐체를 지지하도록 선택된다.

채널 하우징의 측벽(104)과 로터 표면(48)에 인접한 브레이스의 측면은 채널 측벽 및 로터 표면상의 정합 립(lip)과 결합하는 립(116)을 가질 수 있다. 이들 립간의 결합은 채널 하우징을 브레이스 및 로터 표면내의 슬롯(106)내에 고정하는 것을 돕는다. 또한, 인장 볼트(116)는 브레이스를 통해 로터 코어내로 연장하여 브레이스를 로터 코어에 부착한다. 진공 하우징은 또한 측벽과 일체로 되어 SC 코일(34) 및 코일 지지체에 걸쳐 연장하는 상부 플레이트를 포함한다. 진공 채널의 단부는 개방되어 코어(22)의 양단부에 있는 컬러(62)의 슬롯(66)에 의해 밀봉된다.

도 4에 도시된 실시예에 있어서, 브레이스 및 EM 차폐체는 일체형이다. EM차폐체(102)와 브레이스는 채널 하우징(100)위로 끼워져서 로터 표면(48)에 볼트결합(118)되는 단일의 기계가공 알루미늄 요소로 형성된다. 대안적 실시예에 있어서, EM 차폐체는 진공 용기의 상부 플레이트(108)에 의해 부분적으로 형성될 수 있다. EM 차폐체는 브레이스를 덮으며 상부 플레이트의 양 측에 있는 ARC형 스트립을 포함할 것이다. EM 차폐체의 호형 표면은 로터 코어의 호형 표면(50)에 의해 형성된 원통형 표면에 연속된다. EM 차폐체는 로터 코어의 호형 표면(50)에 걸쳐 연장되지 않는다. 양 EM 차폐체(102)가 로터 코어에 부착된 때, 로터 코어와 양 EM 차폐체에 의해 완전한 원통형 표면이 형성된다. 오직 하나의 EM 차폐체(102)가 도 4에 도시되어 있지만, EM 차폐체의 구현은 또한 코일의 양 측면(40)에 걸친 차폐체를 가질 것이다.

전자기(EM) 차폐체는 진공 경계부로서 기능하는 것으로부터 분리된다. 내부 진공 경계부, 예컨대 채널 진공 하우징은 초전도 코일을 둘러싸도록 구조된다. 샤프트 연결 시임에서, 진공 하우징은 밀봉 스트립을 이용하여 단부 샤프트의 컬러내의 슬롯에 밀봉된다. 이들 슬롯은 분할형 클램프(58) 및 코일 하우징의 단부 섹션을 수납한다. EM 차폐체 및 차폐체 지지제은 진공 채널 하우징에 인접하게 또는 그 위에 조립된다. 차폐체는 EM 보호를 제공하도록 전기적으로 결합된 단일 또는 다중 원통형 섹션으로 제조된다.

도 5는 브레이스로부터 분리된 EM 차폐체(120)의 제 2 실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 채널 하우징(100)은 도 4에 도시된 하우징(100)과 동일하다. 본 실시예에 있어서, EM 차폐체(120)는 로터 코어위로 끼워지며 코어의 호형 표면(50)과평탄한 표면(48)을 덮는 실린더이다. 브레이스(122)는 로터의 표면(48)에 볼트결합(118)되는 개개의 삼각형 알루미늄 피스이다. 브레이스는 채널 하우징을 로터 코어상의 슬롯(106)에 고정하며 하우징의 측벽(104)을 지지한다. 또한, 브레이스는 EM 차폐체(120)를 지지한다. 브레이스(122)의 수 및 각각의 진공 하우징의 양 측면을 따른 이들의 간격은 선택적인 설계사항이다. 내측 브레이스(122)는 주로 구조적 지지를 위한 것이며 알루미늄 또는 비전도성 재료로 제조될 수 있다. EM 차폐체는 EM 차폐체(102)내의 구멍을 통한 밸런싱을 위한 스틸 포징(steel forging)에 대한 접근을 제공하며, 직접적으로 EM 차폐체(120)에 대한 로터에의 접근을 제공한다.

도 6은 부분 조립된 로터 코어(22)와 단부 샤프트(24)의 개략적 다이어그램이다. 로터 코어, 권선, 진공 하우징 및 다른 구성요소의 치수는 예시적인 효과를 위해 도 6에서 과장되게 도시되어 있다. 로터 코어(22)는 단부 샤프트의 컬러(62)에 부착되며 코일 권선(34)[부분적으로 진공 하우징(100)에 의해 가려짐]은 컬러의 슬롯(64)내로 결합된다. 밀봉부(124)는 컬러와 로터 코어 사이의 기밀한 접합을 제공한다. 밀봉부(124)는 도 7에서 단면으로 도시되어 있다. 밀봉부는 진공 채널 하우징(100)의 단부와 컬러 사이로 공기가 누출되지 않도록 보장한다. 채널 하우징의 단부는 컬러 슬롯(64)의 에지에 밀봉되므로 이것이 로터 코어 주위로 연장될 때 진공이 코일(34) 주위에 형성된다.

도 8, 도 9, 도 10 및 도 11은 로터내의 코일 지지 구조체 및 코일 권선에 대한 조립 공정을 개략적으로 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 로터 코어가로터 단부 샤프트와 로터의 다른 구성요소와 조립되기 전에, 인장 로드(42)가 로터 코어를 통해 연장하는 각각의 도관(46)내로 삽입된다. 각 인장 로드의 각 단부에 있는 단열 튜브(52)는 도관(46)의 각 단부에 있는 확장된 단부(88)내에 설치된다. 튜브(52)는 보유 로킹 너트(84)에 의해 제 위치에 고정된다. 볼트(43)는 인장 로드가 로터 코어 도관내로 삽입되기 전 또는 후에 삽입될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, SC 코일(34)은 로터 코어상에 끼워져서 인장 로드(42)의 평평한 단부(86)가 SC 코일의 측면 섹션(40)의 내측 표면에 접촉한다. 일단 코일이 인장 바의 단부위로 끼워지면, 코일 하우징(44)은 SC 코일위로 끼워진다. 코일 하우징은 인장 로드와 코일 하우징 각각의 개구를 통해 드월(80)을 삽입함으로써 인장 바의 단부에 고정된다.

다수의 코일 하우징은 원심력에 의한 영향없이 코일을 제위치에 효과적으로 유지한다. 코일 하우징은 서로 폐쇄된 근접부를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 하우징은 원심 부하, 토크 전달 및 과도 장애 상태 동안 높은 굽힘 및 인장 변형에 의해 야기된 코일의 열화를 방지하기에 필요한 만큼만 폐쇄되면 된다.

로터 코어 및 코일이 로터의 컬러 및 다른 구성요소와 조립되기 전에, 코일 하우징 및 인장 로드는 코일 권선에 의해 조립될 수 있다. 따라서, 로터 코어, 코일 권선 및 코일 지지 시스템은 로터 및 동기식 기계의 다른 구성요소의 조립전에 유닛으로서 조립될 수 있다.

도 10은 클램프 플레이트(60)에 의해 형성된 분할형 클램프(58)의 조립을 도시한다. 클램프 플레이트(60) 사이에는 코일 권선의 단부 섹션(54)이 개재되어 있다. 분할형 클램프는 코일 권선(34)의 단부에 대한 구조적 지지체를 제공한다. 분할형 클램프의 플레이트(60)는 그 내측 표면상에 코일 권선을 수용하는 채널을 구비한다. 마찬가지로, 플레이트는 가스에 대한 입력/출력 냉각 라인(39, 49)과 코일에 대한 전기적 접속부(79)를 위한 채널(59)을 구비한다. 이들 라인과 접속부는 컬렉터 단부 샤프트(34)내에 제공된 튜브(76)(도 3)를 통해 연장한다.

도 11은 코일의 측면 섹션위로 조립된 진공 채널 하우징(100)을 도시한다. 브레이스(118)는 하우징의 양측에 설치되어 있으며 로터 코어의 표면(48)에 볼트결합된다. 진공 하우징의 코일의 단부가 컬러 슬롯(64)에 정렬되도록 컬러는 로터 코어에 볼트결합(75)된다. 밀봉부(124)(도 6 참조)가 컬러, 로터 코어 및 진공 하우징간의 접합부에 위치된다. 일단 코일 지지체, 코일, 컬러 및 로터 코어가 조립되면, 측면 섹션(40) 및 단부 섹션(56)을 포함하는 코일(34) 주위에 진공이 생성될 수 있다. 진공 하우징은 코어의 양측의 진공 채널 하우징의 쌍, 컬러(62)내의 슬롯, 컬러와 진공 하우징의 단부 사이의 밀봉부(124)에 의해 형성된다. 일단 조립되면, 로터는 저온 코일 상태하에서 밸런싱될 준비가 된다.

도 4에 도시된 구성에 있어서, EM 차폐체는 폴 피스(22)를 덮지 않으며 이에 따라 밸런싱 웨이트의 설치를 위한 로터 포징에의 접근에 대한 비제한 접근을 제공한다. 도 5의 구성에 있어서, EM 차폐체는 완전 로터 주변부 주위로 연장한다. EM 차폐체가 진공 봉합체의 기능을 수행하지 않기 때문에, 밸런싱 웨이트의 설치를 위한 로터 포징(22)에의 접근을 제공하는 수개의 구멍을 갖도록 제조될 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5의 양 차폐 개념에 있어서, EM 차폐체는 밸런싱을 위한 로터코어에의 비제한 접근을 제공한다. 그 결과, 로터는 극저온 조건하에서 밸런싱될 수 있다.

본 발명이 현재 가장 실용적이고 양호한 실시예라고 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위의 사상내에 모든 실시예를 커버하는 것으로 의되됨을 이해할 것이다.

본 발명에 따른 동기식 로터에 의하면, HTS 자계 코일 권선에 대한 구조적 지지체가 실질적으로 권선내로 열을 전도함없이 SC 코일 권선을 지지한다.

Claims

동기식 기계의 로터에 있어서,

로터 코어와,

상기 로터 코어상에 장착된 초전도 코일과,

상기 코일 측면 섹션 중 적어도 하나를 덮는 진공 하우징과,

상기 진공 하우징 및 코일 측면 섹션에 걸친 전도성 차폐체를 포함하는

로터.
제 1 항에 있어서,

상기 진공 하우징은 상기 로터 코어를 따라 종방향으로 연장하는 채널 하우징인

로터.
제 1 항에 있어서,

상기 전도성 차폐체는 구리 합금 또는 알루미늄으로 형성되는

로터.
제 1 항에 있어서,

컬러와 상기 컬러내의 슬롯을 갖는 로터 단부 샤프트를 더 포함하며, 상기진공 하우징은 상기 슬롯에 대해 밀봉되고 상기 코일의 단부 섹션은 상기 슬롯내로 연장하는

로터.
제 4 항에 있어서,

상기 코일 주위에 있으며 상기 진공 하우징 및 상기 컬러의 슬롯에 의해 규정되는 진공을 더 포함하는

로터.
제 1 항에 있어서,

상기 로터 코어를 가로질러 종방향으로 연장하는 평탄한 표면을 더 포함하며, 상기 코일 측면 섹션의 하나가 상기 평탄한 표면에 인접하며 상기 진공 하우징은 상기 측면 섹션의 하나에 걸치며, 상기 측면 섹션은 상기 평탄한 표면에 대해 밀봉되는

로터.
제 1 항에 있어서,

상기 진공 용기는 스테인레스 스틸이며, 상기 차폐체는 구리 합금인

로터.
제 1 항에 있어서,

상기 진공 하우징 및 전도성 차폐체를 지지하는 다수의 브레이스를 더 포함하는

로터.
축을 갖는 로터 코어와,

상기 코어의 단부로부터 축방향으로 연장하는 단부 샤프트로서, 상기 코어 단부에 인접한 슬롯을 갖는 단부 샤프트와,

상기 코어 축에 평행한 적어도 하나의 코일 측면과 상기 코어 축에 횡단하는 적어도 하나의 코일 단부를 갖는 초전도 로터 코일로서, 상기 코일 단부는 상기 단부 샤프트의 슬롯을 통해 연장하는 로터 코일과,

상기 코일 측면위로 놓이며 상기 슬롯으로 밀봉되어 상기 코일 주위로 진공 영역을 규정하는 진공 하우징을 포함하는

로터.
제 9 항에 있어서,

상기 코일 측면위로 전도성 차폐체를 더 포함하는

로터.
제 9 항에 있어서,

상기 진공 하우징은 상기 코일 측면에 걸치며 상기 코일 측면의 양측에서 상기 로터 코일에 대해 밀봉되는 채널인

로터.
제 11 항에 있어서,

상기 진공 하우징은 상기 코일 측면의 양측에 측벽을 포함하고 상기 각각의 측벽은 상기 로터 코어의 표면에 대해 밀봉되는

로터.
제 12 항에 있어서,

상기 로터 코어의 표면은 상기 측벽을 수용하도록 슬롯된

로터.
제 12 항에 있어서,

상기 로터 코어의 표면은 상기 코일 측면에 인접하게 평탄한

로터.
제 9 항에 있어서,

상기 진공 하우징에 인접하며 상기 로터 코어에 부착된 다수의 브레이스를 더 포함하는

로터.
제 15 항에 있어서,

상기 브레이스에 의해 지지되는 전자기 차폐체를 더 포함하는

로터.
축을 갖는 로터 코어와,

상기 코어의 대향 단부로부터 축방향으로 연장하는 한 쌍의 단부 샤프트로서, 각각 상기 코어 단부에 인접한 슬롯을 갖는 한 쌍의 단부 샤프트와,

상기 코어 축에 평행한 적어도 하나의 코일 측면 섹션과 상기 코어 축에 횡단하며 상기 코어의 단부에 인접한 코일 단부 섹션을 갖는 초전도 로터 코일로서, 상기 코일 단부 섹션은 각각 상기 단부 샤프트의 슬롯 중 하나를 통해 연장하는 초전도 로터 코일과,

상기 코일 측면 섹션위로 놓이며 각각 상기 슬롯 중 하나로 밀봉되는 단부를 갖는 진공 하우징과,

상기 단부 샤프트 쌍내의 슬롯과 상기 각각의 코일 측면 섹션위에 있는 진공 하우징에 의해 규정된 상기 코일 주위의 진공 영역을 포함하는

로터.
제 17 항에 있어서,

상기 코일 측면 섹션위로 놓이며 상기 단부 샤프트와 겹쳐지는 전도성 차폐체를 더 포함하는

로터.
제 18 항에 있어서,

상기 진공 하우징은 상기 코어 주위의 실린더인

로터.
제 18 항에 있어서,

상기 차폐체는 상기 진공 하우징의 상부에 의해 부분적으로 형성되는

로터.
제 17 항에 있어서,

상기 차페체는 상기 코어의 길이를 따라 연장하며 상기 코어의 원주 주위로 부분적으로만 연장하는 호형 스트립인

로터.
제 21 항에 있어서,

상기 호형 스트립과 제 2 호형 스트립은 각각 상기 코일 측면 섹션 중 하나를 덮는

로터.
제 18 항에 있어서,

상기 진공 하우징에 인접하며 상기 로터 코어에 부착되며 상기 차페체를 지지하는 브레이스를 더 포함하는

로터.
동기식 기계의 로터 코어상의 초전도 코일 권선 주위에 진공을 제공하기 위한 방법에 있어서,

a. 상기 코일 권선과 로터 코어를 조립하는 단계와,

b. 단부 샤프트를 동축적으로 상기 코어에 부착하는 단계와,

c. 상기 코일 권선의 측면 섹션위로 진공 하우징을 걸쳐 놓고 상기 하우징을 상기 로터 코어에 밀봉하는 단계와,

d. 상기 진공 하우징을 상기 단부 샤프트에 밀봉하여 상기 코일 권선 주위에 진공 영역을 형성하는 단계를 포함하는

방법.
제 24 항에 있어서,

상기 코일위에 전도성 차폐체를 설치하는 단계를 더 포함하는

방법.
제 24 항에 있어서,

단부 샤프트 사이의 각 접합부에 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯은 코일 권선의 단부 섹션을 수용하며 상기 진공 하우징은 상기 슬롯에 대해 밀봉되는

방법.
제 24 항에 있어서,

원통형 차폐체가 상기 로터 코어 위에 부가되는

방법.
제 24 항에 있어서,

상기 진공 하우징에 인접하며 상기 로터 코어에 부착되며 상기 차페체를 지지하는 브레이스를 더 포함하는

방법.
제 24 항에 있어서,

호형 스트립이 상기 코일 측면 섹션위에 부가되며, 상기 스트립은 상기 단부 샤프트 사이에서 상기 코어를 따라 연장하며, 상기 스트립은 상기 코어의 원주 주위로 부분적으로만 연장하는

방법.
제 29 항에 있어서,

상기 호형 스트립과 제 2 호형 스트립이 각각 상기 코일 측면 섹션 중 하나를 덮도록 부가되는

방법.