[发明专利]超导电机的转子或定子

说明书

与相关申请的交叉援引

本申请是2008年10月22日提交的目前未决的美国专利申请No.12/288,669的部分延续。 

发明领域

本发明涉及超导旋转电机。特别地，本发明提供一种适于高温超导电机的转子或定子。转子或定子在超导磁场线圈和用于磁场线圈支承结构的安装件之间具有高强度和低导热性。 

背景技术

电机通常包括安装成围绕协作的定子或在定子内旋转的圆柱形转子。即，电机可具有安装在外定子内的基本圆柱形内转子或围绕内定子安装的圆柱形外转子。在超导电机中，定子和/或转子可包括安装在磁场线圈支承结构上的多个超导磁场线圈，由此形成基本靠近定子或转子中的另一个的表面但与该表面间隔开的表面。 

在这种转子和定子的构造中有几个问题必须克服。首先，超导磁场线圈和磁场线圈支承结构在运行期间必须保持处于低温。相比之下，优选的是，其上安装磁场线圈支承结构的安装件尽可能保持接近环境温度以允许转子或定子联接到在环境温度下运行的其它设备或构件上。因此，需要改进的转子和定子构造，其在磁场线圈支承结构和用于磁场线圈支承结构的安装件之间提供非常好的隔热。 

任何这种转子和定子构造将力矩和其它应力从磁场线圈高效地传递到用于磁场线圈支承结构的安装件也是必要的。将容易理解，转子或定子必须能承受电机运行期间可能受到的所有力。这包括短路力 矩，短路力矩是振荡的并且通常比正常额定力矩大很多倍。 

转子或定子还必须能在环境温度下建造，并且后续使磁场线圈冷却到低温，磁场线圈在低温下运行。该冷却产生转子或定子必须承受的大收缩力。 

因此需要用于超导电机的转子或定子，其在超导磁场线圈和用于磁场线圈支承结构的安装件之间提供适当的隔热并且还能承受构造和运行期间将受到的机械应力和热应力。 

发明内容

本发明提供一种用于超导电机的转子或定子，其包括：在电机运行期间保持基本处于环境温度的安装件、磁场线圈支承结构、在电机运行期间保持处于低温并由磁场线圈支承结构支承的多个超导磁场线圈，以及将支承结构固定到安装件上的至少一个联接元件。 

优选地，磁场线圈是以本领域技术人员已知方式形成的高温超导(HTS)线圈。然而，也可行的是，磁场线圈是低温超导(LTS)线圈。 

磁场线圈支承结构可为围绕安装件或在安装件内形成的基本圆柱形的套筒，并且其具有第一轴向端和第二轴向端。 

如果本发明的转子或定子基本位于同一电机的转子或定子中的另一个内部并安装在其中，那么磁场线圈可围绕磁场线圈支承结构的圆柱形径向外表面而形成并由圆柱形径向外表面支承。备选地，如果本发明的转子或定子位于同一电机的转子或定子中的另一个外部并围绕其安装，那么磁场线圈可围绕磁场线圈支承结构的圆柱形径向内表面形成并由圆柱形径向内表面支承。 

容易理解，如果本发明的转子或定子是电机的径向内部部件，那么安装件将位于电机的中心并可为套在磁场线圈支承结构内并固定到磁场线圈支承结构上的基本圆柱形杆、轴或管。这种中心安装件可为实心的，但将优选为基本管状，以使其重量最小化。中心安装件还将具有以与磁场线圈支承结构相同的定向形成的第一轴向端和第二 轴向端。 

备选地，如果根据本发明的转子或定子是电机的径向外部部件，那么安装件将位于磁场线圈支承结构外部并可为套在支承结构周围并固定到支承结构上的基本圆柱形管。当本发明是定子的情况，那么其将在使用中保持静止，并且安装件可具有基本圆柱形内表面，但可另外形成为任何合适的形状。 

为了正确运行，多个超导磁场线圈必须冷却到适当的低温。在电机运行期间磁场线圈支承结构还将必须保持处于低温。然而，磁场线圈支承结构将在基本环境温度下形成，并且当电机不运行时，磁场线圈和磁场线圈支承结构都可被允许升温到基本环境温度。本发明的转子或定子的安装件将通常保持基本处于环境运行温度，以便保持其必要的物理属性，例如强度和韧性，并且以使其能连接到处于环境温度的其它设备上。 

当冷却到低温时，磁场线圈支承结构将在轴向和径向上都收缩。由于安装件没有被冷却并且保持处于较高的运行温度，取决于磁场线圈支承结构是在安装件内还是在安装件外，收缩或膨胀应力将施加在这个或各个联接元件上。这个或各个联接元件能承受该应力并持续正确工作一段延长的时间。大直径的转子或定子中收缩或膨胀应力可特别剧烈。优选地，通过设计一般的转子或定子和特别的联接元件使该应力最小化。