Данная заявка испрашивает приоритет американской заявки на патент 61/452726, поданной 15 марта 2011 года, которая включена посредством ее ссылки во всей своей полноте.
Область техники
Изобретение в целом относится к электродвижущим машинам, таким как электрические генераторы, двигатели, а более конкретно, к устройствам (например, механическим конструкциям), выполненным с возможностью поддержки и термической изоляции сверхпроводящих обмоток ротора в роторе машины.
Уровень техники
Для увеличения выходной мощности и эффективности и снижения размера и веса машины были разработаны сверхпроводящие обмотки ротора практически без электрического сопротивления. Эти обмотки обычно называют высокотемпературными сверхпроводящими обмотками (HTS) (в отличие от низкотемпературных сверхпроводящих материалов, которые достигают сверхпроводящего состояния при более низкой температуре). Предпочтительно использовать высокотемпературные сверхпроводящие материалы, так как их требования к охлаждению являются менее жесткими.
Хотя HTS обмотки (катушки) ротора обладают относительно низким сопротивлением к протеканию электрического тока, они чувствительны к механическому изгибу и напряжениям при растяжении, что может привести к преждевременной деградации и повреждению обмотки (например, электрическому разрыву цепи). Например, необходимо формировать изгибы в HTS обмотках ротора, которые ограничивают сердечник. Механические напряжения наводятся на этих изгибах. Нормальный крутящий момент ротора, моменты переходного неисправного состояния и переходные магнитные поля наводят дополнительные усилия напряжения в обмотках ротора. Кроме того, HTS обмотки ротора могут быть подвергнуты силам завышенной скорости во время процедур балансировки ротора при температуре окружающей среды и случайным условиям завышенной скорости при сверхпроводящих температурах во время операции генерирования энергии. Эти условия завышенной скорости и неисправности, по существу, увеличивают нагрузки центробежной силы на обмотках ротора сверх нагрузок, испытываемых при нормальных рабочих условиях. Эти рабочие условия необходимо учитывать при проектировании HTS обмоток ротора и связанных с ними поддерживающих конструкций.
Для поддержания сверхпроводящих проводов на уровне или ниже их критической температуры пути потока хладагента, переносящие хладагент от криогенного охладителя, располагаются рядом или вблизи обмоток. Типичные хладагенты могут содержать жидкий гелий, жидкий азот или жидкий неон. Поддержание конструкционной целостности сверхпроводящих обмоток ротора и соответствующей поддерживающей конструкции относительно статических и динамических нагрузок представляет собой серьезную проблему для развития высокотемпературной сверхпроводящей электродвижущей машины.
Ввиду вышеизложенных размышлений, желательно, чтобы HTS обмотки ротора в достаточной мере поддерживались посредством системы поддержки обмоток, выполненной с возможностью выдерживания сил, напряжений, деформаций и циклических нагрузок при работе в нормальном и неисправном состоянии, описанном выше. Кроме того, система поддержки должна обеспечивать, чтобы обмотки преждевременно не повреждались, не имели усталости или не ломались. Кроме того, желательно, чтобы поддерживающая конструкция обмотки соответствующим образом изолировала "нагретый" ротор (обычно работающий при комнатной температуре) от криогенно охлажденных HTS сверхпроводящих обмоток для поддержания обмоток на уровне или ниже их критической температуры.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется в последующем описании с учетом чертежей, которые показывают:
Фиг.1 представляет собой схематическое представление примерного ротора, который может быть использован в сверхпроводящей электродвижущей машине, воплощающей аспекты настоящего изобретения.
Фиг.2-4 представляют собой соответственные виды поперечных сечений по плоскости 3-3 фиг.1.
Фиг.5 представляет собой фрагментарный вид в изометрии примерного основного модуля, который, в комбинации с дополнительными основными модулями, может быть выполнен с возможностью формирования аксиально проходящей закрепленной поперечины, которая, в одном примерном варианте осуществления, может быть взаимосоединена посредством сегментированного трубчатого соединительного устройства.
Фиг.6 представляет собой фрагментарный разнесенный вид двух основных модулей, которые могут быть аксиально взаимосоединены друг с другом посредством трубчатых соединителей.
Фиг.7 представляет собой фрагментарный вид в разрезе, иллюстрирующий примерную аксиальную сборку двух взаимосоединенных основных модулей, включающих в себя соответствующие контуры, выполненные с возможностью обеспечения радиальной опоры.
Фиг.8 представляет собой вид в изометрии непрерывных стержней, которые могут быть использованы для крепления каждого контура на соответствующем ближнем конце, вместо вышеупомянутого сегментированного соединительного устройства.
Фиг.9 и 10 иллюстрируют соответствующие виды в изометрии примерного варианта осуществления основной сборки, где конструкции крепежных контуров являются единым целым с сердечником ротора машины.
Фиг.11 представляет собой диаграмму, которая может оказаться полезной для визуализации центробежных сил, которые могут генерировать как тангенциальную составляющую нагрузки (например, поперечную составляющую), так и радиальную составляющую нагрузки, которую сверхпроводящие блоки (например, обмотки) машины могут испытывать, например, во время работы ротора.
Фиг.12 представляет собой вид в изометрии сборки кронштейна, которая задает соответствующие внутренние углубления, выполненные с возможностью приема, по меньшей мере, участка поперечно-смежных сверхпроводящих обмоток.
Фиг.13 представляет собой вид в изометрии сборки кронштейна по фиг.12, показывающий сверхпроводящие обмотки и соответствующие дугообразные опоры. Сборка кронштейна может быть выполнена с возможностью поддержки одного конца поперечно удлиненного контура, выполненного с возможностью передачи поперечных нагрузок, которые могут испытывать сверхпроводящие обмотки.
Фиг.14 представляет собой фрагментарный вид в разрезе, иллюстрирующий аксиальную сборку двух примерных основных модулей, включающих в себя соответствующие сборки кронштейна, которые в комбинации составляют модульную сборку кронштейна по отношению к аксиально удлиненным сегментам обмотки.
Фиг.15 представляет собой фрагментарный вид в изометрии, который может быть полезен для визуализации того, что ориентация поперечно удлиненных контуров может чередоваться для осуществления симметричной передачи к поперечным нагрузкам.
Фиг.16 представляет собой вид в изометрии, иллюстрирующий сборку, по меньшей мере, некоторых из различных компонентов, проиллюстрированных на некоторых предшествующих фигурах, которые в сочетании образуют устройство для поддержки обмоток, воплощающее аспекты настоящего изобретения, например, может быть эффективным, по существу, уменьшать передачу тепла от "нагретого" сердечника ротора к сверхпроводящим обмоткам, при механической устойчивости силам, напряжениям, деформациям и циклическим нагрузкам, которые могут развиваться в нормальном и/или неисправном состояниях машины.
Подробное описание изобретения
Сверхпроводящий ротор 50, воплощающий аспекты изобретения, показан на фиг.1. Сверхпроводящий ротор 50 задает продольно проходящую ось 52 (т.е. аксиальное направление) и содержит сердечник 54 в общем цилиндрической формы и коаксиально ориентированные торцевые секции 55 и 57 ротора, каждая прикрепленная к торцевой поверхности сердечника 54. Материал сердечника 54 имеет высокую магнитную проницаемость, например ферромагнитный материал, такой как железо.
Сверхпроводящий ротор 50 может дополнительно содержать, по существу, продольно проходящую, кольцеобразную сверхпроводящую катушку или обмотку 60, содержащую, по существу, линейные аксиально проходящие сегменты 60А обмотки, соединенные посредством радиально проходящих сегментов 60B обмотки (т.е. радиальное направление), которые могут проходить через соответствующие прокладки 55А и 57А, расположенные на соответствующих торцевых секциях 55 и 57 ротора 50.
В одном примерном варианте осуществления сверхпроводящий ротор 50 может быть выполнен в виде ротора электрического генератора, и сверхпроводящая обмотка 60 может быть выполнена в виде обмотки (ротора) поля электрического генератора. Одна из торцевых секций 55 или 57 может включать в себя турбинное соединение для подсоединения ротора 50 к первичному двигателю для подачи энергии вращения к сверхпроводящему ротору 50 для генерирования электричества в статоре. В другом варианте осуществления сверхпроводящий ротор 50 может быть выполнен в виде ротора двигателя для производства энергии вращения в ответ на электрическое поле, генерируемое вблизи обмотки статора.
В одном примерном варианте осуществления торцевая секция 57 может включать в себя криогенное передаточное соединение 68. Когда сверхпроводящий ротор 50 вращается во время работы динамоэлектрической машины, криогенное передаточное соединение 68, которое может содержать стационарный участок и вращающийся участок (отдельные участки не показаны на фиг.1), подает охлаждающую жидкость (например, криогенную жидкость) от криогенного охладителя (не показан) на замкнутые пути или каналы протекания хладагента в сверхпроводящей обмотке 60 для поддержания сверхпроводящей обмотки 60 на уровне или ниже ее критической температуры. Хладагент протекает через охлаждающие каналы, рециркулирует назад в криогенный охладитель, где температура хладагента уменьшается, и возвращается в каналы хладагента.
Требуемая мощность охлаждения криогенного охладителя непосредственно связана с теплом, передаваемым от "нагретого" сердечника 54 ротора к сверхпроводящей обмотке 60 во время работы сверхпроводящего генератора. Изобретатели настоящего изобретения предлагают конструкцию поддержания обмотки, выполненную с возможностью существенного уменьшения такой передачи тепла во время нормального и переходного рабочих состояний таким образом, что, например, можно уменьшить требуемую мощность охладителя и энергию, потребляемую охладителем для охлаждения криогенной жидкости.
Фиг.2-4 представляют собой соответствующие виды поперечного сечения по плоскости 3-3 с фиг.1. Из-за различных участвующих компонентов эти фигуры будут использоваться для постепенного внедрения компонентов примерного варианта осуществления устройства поддержания обмотки, воплощающего аспекты настоящего изобретения. Идея состоит в том, чтобы постепенно вводить компоненты, которые формируют устройство поддержания обмотки, чтобы избежать подавляющей читателя информации.
Фиг. 2 иллюстрирует полость 70, которая может быть выполнена в сердечнике 54 ротора. Полость 70 может быть выполнена с возможностью приема криостата 72, который может быть использован для обеспечения вакуума для ограничения передачи теплового излучения от сердечника 54 ротора к сверхпроводящим блокам 61А и 61В (например, обмоткам), которые, в данном примерном варианте осуществления, составляют сверхпроводящие обмотки 60. Сверхпроводящие обмотки 61А, 61В поддерживаются на разделяющем расстоянии от сердечника ротора 54. В одном примере варианта осуществления криостат 72 может быть изготовлен из немагнитного металла или сплава металлов, такого как немагнитная сталь.
Полость 70 может быть выполнена с возможностью задания соответствующим образом сформированных сдерживающих структур, таких как противоположные плечи 73 (например, выступы), выполненные с возможностью зацепления соответствующей поверхности криостата 72 для удержания криостата 72 в полости 70 под действием центробежных сил, возникающих во время работы ротора. Хотя на фигурах проиллюстрированы два сверхпроводящих блока, следует понимать, что аспекты настоящего изобретения не ограничиваются каким-либо определенным числом сверхпроводящих блоков, поскольку другие примерные варианты осуществления могут иметь больше или меньше двух сверхпроводящих блоков.
Каждая из сверхпроводящих обмоток 61А и 61В выполнена из множества сверхпроводящих лент, выполненных из известного сверхпроводящего HTS материала. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что пригодные адгезивы и технологии могут быть использованы для сбора и удерживания лент в нужной конфигурации. Приведенное ниже описание направлено на введение примерных компонентов для механической поддержки сверхпроводящих обмоток 61А и 61В с одновременным снижением передачи тепла к сверхпроводящим обмоткам 61А и 61В от "нагретого" сердечника 54 ротора.
Фиг. 3 иллюстрирует пару удлиненных контуров 74, которые могут быть выполнены из материала, имеющего относительно высокий предел прочности на разрыв при низких температурах и имеющего высокое тепловое сопротивление (т.е. низкую теплопроводность), например, армированного волокном пластического материала (FRP). В качестве примера, но не ограничения, некоторые примерные FRP материалы могут обладать прочностью на разрыв примерно 1000 МПа или более и удельной теплопроводностью приблизительно 0,37 Вт/м·К (Ватт на метр длины, на температуру в градусах Кельвина) или меньше при 77°К (по сравнению с нержавеющей сталью, которая может иметь удельную теплопроводность приблизительно 0,65 Вт/м·К или более). Соответственно, FRP материал является одним из примеров материала, по существу, устойчивого к тепловому потоку.
Каждый контур 74 проходит от ближнего конца 76 к удаленному концу 78 для обеспечения радиальной опоры для сверхпроводящих обмоток 61А и 61В. В этом примере удаленный конец 78 образует радиально удаленный конец по отношению к оси ротора 54 (фиг. 1).
FRP материал контуров 74, по существу, сопротивляется тепловому потоку от нагретого сердечника 54 ротора к сверхпроводящим обмоткам 61A и 61B. Зазор 75 (например, радиально проходящий зазор) может быть предусмотрен между каждым контуром 74 и соответствующей боковой поверхностью сверхпроводящих обмоток 61A и 61B для уменьшения проводящего тепло соединения между контурами 74 и сверхпроводящими обмотками 61A и 61B. Контакт может быть обеспечен между контурами 74 и сверхпроводящими обмотками 61A и 61B на удаленном краю 79 (например, верхний поперечный край) сверхпроводящих обмоток 61A и 61B.
Из последующего описания должно быть понятно, что каждый контур 74 может быть выполнен с возможностью эффективной передачи центробежных нагрузок, действующих на сверхпроводящих обмотках 61A и 61B, к сердечнику 54 ротора. Фиг.3 дополнительно показывает примерный вариант осуществления пары опор 80 (например, дугообразных опор), каждая из которых, соответственно, расположена между соответствующим удаленным концом 78 контуров 74 и соответствующей поверхностью (например, верхней поверхностью) сверхпроводящих обмоток 61A и 61B. Дугообразные опоры 80 могут быть изготовлены из алюминиевого сплава, меди или другого подходящего относительно легкого, немагнитного материала. Приведенное ниже описание продолжает вводить дополнительные компоненты для механической поддержки сверхпроводящих обмоток 61A и 61B с одновременным снижением передачи тепла к сверхпроводящим обмоткам 61A и 61B от "нагретого" сердечника 54 ротора.
Фиг.4 показывает основную сборку 84, содержащую множество основных модулей 89 (например, фиг.6-8), выполненных с возможностью закрепления по отношению к каждому контуру 74 сердечника ротора на его соответствующем ближнем конце 76. В одном примерном варианте осуществления основные модули 89 могут быть выполнены с возможностью формирования аксиально проходящей закрепленной поперечины, и такие модули могут быть концептуально сравнены с Легообразными блокирующими компоновочными блоками. Следует иметь в виду, что модульные аспекты основной сборки 84 способствуют облегчению формирования аксиально проходящих сегментов 60A обмотки (фиг.1) сверхпроводящих обмоток 61A и 61B.
Основная сборка 84 может быть изготовлена из стали и может быть выполнена с возможностью заключения в криостат 72, где основная сборка 84 удерживается посредством плеч 73 (фиг.2) вместе с криостатом 72 в полости 70 под действием центробежных сил, возникающих во время работы ротора. В одном примерном варианте осуществления криостат 72 может частично быть выполнен с возможностью заключения в себя основной сборки 84 и может быть дополнительно выполнен с возможностью выхода за пределы полости 70, образуя вакуум около устройства поддержки обмотки и обмоток сверхпроводника.
В одном примерном варианте осуществления основная сборка 84 может включать в себя трубчатое соединение 86, выполненное с возможностью приема соответствующего ближнего конца 76 каждого контура 74 и обеспечения механического соединения (например, аксиального соединения) с соседним основным модулем. Фиг.4 дополнительно иллюстрирует электромагнитный экран 82, который может быть соединен с ротором 54, чтобы экранировать сверхпроводящие обмотки 61A и 61B от переходных электромагнитных полей. Экран 82 может быть выполнен из электропроводного и немагнитного материала, такого как алюминий или медь.
Фиг.5 представляет собой фрагментарный вид в изометрии примерного основного модуля 89, который в сочетании с дополнительными основными модулями может образовывать основную сборку 84 (фиг.4). В одном примерном варианте осуществления каждый основной модуль 89 может включать в себя охватываемый соединитель 88, выполненный с возможностью приема, по меньшей мере, участка охватывающего соединителя 90, который над участком его наружного диаметра принимает ближний конец соответствующего контура 74. Аксиальный размер охватывающего соединителя 90 может быть достаточно большим по отношению к аксиальному размеру охватываемого соединителя 88 так, что охватывающий соединитель также может быть принят посредством охватываемого соединителя аксиально смежного основного модуля.
Фиг.6 представляет собой фрагментарный вид с разнесением двух основных модулей 891 и 892, каждый из которых имеет соответствующие охватываемые соединители 881 и 882, которые могут быть аксиально соединены друг с другом посредством соответствующих охватывающих соединителей 90. Для простоты иллюстрации только один охватывающий соединитель 90 показан на фиг.6. Дополнительный охватывающий соединитель 90 будет использоваться для соединения остальных охватываемых соединителей основных модулей 891 и 892.
Фиг.7 представляет собой фрагментарный вид в разрезе, иллюстрирующий аксиальную сборку двух примерных основных модулей 891 и 892, включающих в себя соответствующие удлиненные контуры 74. Следует иметь в виду, что трубчатое соединение, описанное в контексте фиг. 3-7, является примером компоновки сегментированного трубчатого соединения. Следует понимать, что аспекты настоящего изобретения не ограничиваются этой компоновкой сегментированного трубчатого соединения. Например, можно использовать компоновку непрерывного трубчатого соединения. Например, как показано на фиг. 8, один или более непрерывных стержней 92 могут быть использованы для закрепления каждого контура 74 на соответствующем ближнем конце 76 вместо вышеизложенной компоновки сегментированного соединения.
Следует иметь в виду, что аспекты настоящего изобретения не ограничиваются структурой 84 основной сборки, расположенной в криостате в полости ротора. Например, предполагается, что вместо основной сборки 84 (и соответствующих конструкций трубчатого соединения), расположенной в полости ротора, можно выполнить крепежные конструкции 93 для контуров 74, где такие крепежные конструкции являются единым целым с сердечником ротора машины, как показано на фиг. 9 и 10. В этом примерном варианте осуществления криостат может быть расположен внешне относительно сердечника ротора, который представляет собой цилиндрическую конструкцию и может быть соединен с и выполнен с возможностью окружать сердечник 54 ротора, образуя вакуум около устройства поддержки обмотки и обмоток сверхпроводника.
Фиг. 11 используется, чтобы визуально оценить, что позиционирование сверхпроводящих обмоток 61А и 61В может быть несовпадающим с радиальным направлением. Поэтому, во время работы ротора, центробежные силы могут генерировать и тангенциальную составляющую 94 нагрузки (например, поперечную составляющую), и радиальную составляющую 96 нагрузки, которая будет восприниматься сверхпроводящими обмотками 61A и 61B. Приведенное ниже описание продолжает вводить компоненты, используемые для механической поддержки сверхпроводящих обмоток 61A и 61B в связи с наличием таких тангенциальной и радиальной составляющих нагрузки.
Фиг.12 представляет собой вид в изометрии сборки 100 кронштейна, которая задает соответствующие внутренние углубления 101, выполненные с возможностью приема, по меньшей мере, участка сверхпроводящих обмоток 61A и 61B (например, поперечно смежных обмоток), и соответствующие дугообразные опоры 80, как проиллюстрировано на фиг.13. В одном примерном варианте осуществления сборка 100 кронштейна может быть выполнена из трех подсборок, таких как подсборки 1001, 1002 и 1003 кронштейна.
В этом примерном варианте осуществления подсборка 1001 может иметь форму в виде конструкции перевернутого числа "3", и подсборки 1002 и 1003 могут быть выполнены в форме "Г"-образных конструкций, обращенных друг к другу. Соответствующие участки периферии подсборок 1001, 1002 и 1003 могут быть стянуты ремнем 103, который, например, может быть изготовлен из титана или другого металла с высокой прочностью на растяжение. В одном примерном варианте осуществления ремень 103 может быть эффективно выполнен с возможностью удержания подсборок 1001, 1002 и 1003 плотно соединенными друг с другом и предотвращения разделения таких подсборок (например, размыкающее разделение подсборок 1002 и 1003) под тангенциальной нагрузкой.
Подсборки 1002 и 1003 кронштейна могут включать в себя соответствующие отверстия 102 для приема первого штыря 104 (фиг.13), выполненного с возможностью поддержки одного конца поперечно проходящего контура 106, который (подобно радиально-поддерживающему контуру 74) также может быть выполнен из материала, по существу, устойчивого к тепловому потоку (например, FRP материала и тому подобного). Другой конец поперечно проходящего контура 106 может поддерживаться вторым штырем 108, который может быть соединен с центральным участком 109 соответствующего основного модуля. То есть, штырь 108, в сочетании с участком 109 основной сборки, содержит крепежную точку для передачи к сердечнику 54 ротора через поперечно проходящий контур 106 поперечных нагрузок, воспринимаемых сверхпроводящими обмотками 61A и 61B.
Фиг.14 представляет собой фрагментарный вид в разрезе, иллюстрирующий аксиальную сборку двух основных модулей 891 и 892, включающих в себя соответствующие сборки 100 кронштейна, которые в комбинации составляют модульную сборку кронштейна по отношению к аксиально проходящим сегментам 60А обмотки (фиг.1). Как следует из фиг.15, для обеспечения симметричной передачи поперечных нагрузок, в одном примерном варианте осуществления, ориентация поперечно проходящих контуров 106 может чередоваться. Например, из фиг.13 можно понять, что штырь 104 расположен по отношению к правой стороне штыря 108 крепления, тогда как из фиг.15 можно понять, что штырь 104 в следующей аксиально смежной сборке кронштейна расположен по отношению к левой стороне штыря 108 крепления.
Соответственно, в одном примерном варианте осуществления поперечно проходящие контуры 106 могут формировать аксиальную последовательность поперечно проходящих контуров, выполненных с возможностью направленного чередования, так что первый поперечно проходящий контур (например, поперечный контур 106 на фиг.13) в последовательности имеет первый конец, механически поддерживаемый соответствующей сборкой кронштейна на первом поперечном конце (например, как показано на фиг.13, контур 106 может поддерживаться посредством штыря 104, который в этом примерном случае расположен относительно правой стороны штыря 108 крепления) сборки. Второй аксиально смежный поперечно проходящий контур (например, поперечный контур 106 на фиг.15) в последовательности может иметь свой первый конец, механически поддерживаемый соответствующей сборкой кронштейна на втором поперечном конце сборки (например, как показано на фиг.15, контур 106 может поддерживаться посредством штыря 104, который в этом случае расположен относительно левой стороны штыря 108 крепления). В этом примерном варианте осуществления первый и второй концы соответствующих сборок могут соответствовать взаимно противоположным поперечным концам, и, таким образом, направленно чередующаяся последовательность поперечно проходящих контуров может быть эффективно расположена по аксиальному направлению для симметричной передачи тангенциальной нагрузки к сердечнику ротора.
Следует иметь в виду, что аспекты настоящего изобретения не ограничиваются направленно чередующейся последовательностью поперечно проходящих контуров для симметричной передачи тангенциальной нагрузки к сердечнику ротора. Например, она может быть выполнена поперечно смежными (бок о бок) парами поперечно проходящих контуров так, что соответствующие первые концы таких контуров могут быть соответственно соединены с взаимно противоположными поперечными концами данной сборки кронштейна, и соответствующие вторые концы таких контуров могут быть закреплены (например, совместно закреплены) в центральном участке 109 соответствующего основного модуля.
Может быть понятно из фиг. 14, что сборка 100 кронштейна (например, промежуточная сборка 100 кронштейна, которая является общей для основных модулей 891 и 892) может быть расположена между соответствующими участками соответствующих пар аксиально смежных удлиненных контуров 74.
Фиг. 16 представляет собой вид в изометрии, иллюстрирующий сборку, по меньшей мере, некоторых из различных компонентов, описанных в предшествующем описании, которые в комбинации образуют аспекты, воплощающие устройство поддержания обмотки настоящего изобретения, такое, что может быть эффективно для уменьшения передачи тепла от "нагретого" сердечника ротора к сверхпроводящей обмотке при механическом выдерживании сил, напряжений, деформаций и циклических нагрузок, которые могут развиваться в нормальном и/или неисправном состояниях машины.
Хотя здесь были показаны и описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, должно быть очевидно, что такие варианты осуществления предоставляются только в качестве примера. Многочисленные вариации, изменения и замены могут быть сделаны без отступления от настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что изобретение ограничивается только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения.
Изобретение относится к электродвижущим машинам, а более конкретно к устройствам, выполненным с возможностью поддержки и термической изоляции сверхпроводящих обмоток ротора. Технический результат - создание конструкции, обеспечивающей надёжную поддержку и термоизоляции сверхпроводящей обмотки. Устройство поддержки обмотки сверхпроводника на разделяющем расстоянии от сердечника ротора машины содержит удлиненный контур, выполненный с возможностью обеспечения радиальной опоры для обмотки, аксиально проходящую основную сборку (84), выполненную с возможностью крепления упомянутого контура относительно сердечника ротора на ближнем конце удлиненного контура относительно оси ротора, и сборку кронштейна, выполненную с возможностью задания внутреннего углубления для приема участка обмотки сверхпроводника и поддержания удлиненного контура на его удаленном конце относительно оси ротора. Удлиненный контур содержит материал, стойкий к тепловому потоку. Аксиально проходящая основная сборка содержит модульную сборку, содержащую, основной модуль, расположенный в полости сердечника ротора. 9 з.п. ф-лы, 16 ил.
1. Устройство для поддержки, по меньшей мере, одной обмотки (61А, 61В) сверхпроводника на разделяющем расстоянии от сердечника ротора (54) электродвижущей машины, содержащее:
по меньшей мере, один удлиненный контур (74), выполненный с возможностью обеспечения радиальной опоры для упомянутой, по меньшей мере, одной сверхпроводящей обмотки (61А, 61В), причем удлиненный контур (74) содержит материал, по существу, стойкий к тепловому потоку;
аксиально проходящую основную сборку (84), выполненную с возможностью крепления упомянутого, по меньшей мере, одного контура (74) относительно сердечника ротора (54) на ближнем конце (76) удлиненного контура (74) относительно оси ротора (52); и
сборку кронштейна (100), выполненную с возможностью задания внутреннего углубления (101) для приема, по меньшей мере, участка упомянутой, по меньшей мере, одной обмотки (61А, 61В) сверхпроводника и поддержания удлиненного контура (74) на удаленном конце (78) удлиненного контура (74) относительно оси ротора (52),
при этом аксиально проходящая основная сборка (84) содержит модульную сборку, содержащую, по меньшей мере, один основной модуль (89), расположенный в полости (70) сердечника ротора (54),
причем упомянутая полость (70) сердечника ротора выполнена с возможностью задания взаимно противоположных плеч (73), выполненных с возможностью удерживания основной сборки (84) в упомянутой полости (70).
2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее криостат (72), удерживаемый в упомянутой полости (70) сердечника ротора посредством взаимно противоположных плеч (73) и, по меньшей мере, частично выполненный с возможностью заключения в себя основной сборки (84) и дополнительно выполненный с возможностью прохождения за пределы полости (70) для образования вакуума около упомянутой, по меньшей мере, одной обмотки (61А, 61В) сверхпроводника.
3. Устройство по п.1, в котором упомянутый, по меньшей мере, один основной модуль (891) прикрепляет ближний конец (76) упомянутого, по меньшей мере, одного контура (74) к сердечнику ротора (54) посредством трубчатого соединения (881, 882, 90), что обеспечивает аксиальное механическое соединение с аксиально смежным основным модулем (892).
4. Устройство по п.1, в котором упомянутый, по меньшей мере, один основной модуль (89) прикрепляет ближний конец (76) упомянутого, по меньшей мере, одного контура (74) к сердечнику ротора (54) посредством непрерывного трубчатого соединения, содержащего, по меньшей мере, один аксиально проходящий непрерывный стержень (92).
5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее аксиальную последовательность рядом расположенных пар поперечно проходящих контуров (106), выполненных с возможностью обеспечения поперечной опоры для упомянутой, по меньшей мере, одной сверхпроводящей обмотки (61А, 61В), причем поперечно проходящие контуры (106) выполнены с возможностью симметричной передачи тангенциальной нагрузки к сердечнику ротора (54), при этом поперечно проходящие контуры (106) содержат материал, по существу, стойкий к тепловому потоку.
6. Устройство по п.5, в котором каждый поперечно проходящий контур (106) имеет первый конец, механически поддерживаемый посредством сборки кронштейна (100), и имеет второй конец, механически поддерживаемый посредством основной сборки (84), для обеспечения опоры крепления относительно сердечника ротора (54).
7. Устройство по п.1, в котором сборка (100) кронштейна расположена между соответствующими участками соответствующих пар аксиально смежных удлиненных контуров (74), причем сборка (100) кронштейна поддерживает соответствующие пары аксиально смежных удлиненных контуров (74) на удаленных концах (78) упомянутых удлиненных контуров (74) при помощи опоры (80), расположенной между упомянутыми удаленными концами (78) и поверхностью сверхпроводящих обмоток (61А, 61В).
8. Устройство по п.1, в котором сборка (100) кронштейна содержит три подсборки (1001, 1002, 1003), причем две (1002, 1003) из упомянутых трех подсборок выполнены с возможностью приема соответствующих участков соответствующей пары поперечно смежных обмоток (61А, 61В) сверхпроводника, а третья подсборка (1001) выполнена с возможностью поддержки соответствующих удаленных концов (78) удлиненных контуров (74) для соответствующей пары поперечно смежных обмоток (61А, 61В) сверхпроводника посредством пары дугообразных конструкций (80).
9. Устройство по п.8, дополнительно содержащее ремень (103), расположенный вокруг соответствующих участков внешней периферии упомянутых трех подсборок (1001, 1002, 1003) для удержания упомянутых подсборок жестко соединенными друг с другом и предотвращения разделения упомянутых подсборок под тангенциальной нагрузкой.
10. Устройство по п.1, в котором упомянутый, по меньшей мере, один удлиненный контур (74) выполнен с возможностью обеспечения радиально проходящего зазора (75) относительно, по меньшей мере, участка поперечной поверхности упомянутой, по меньшей мере, одной сверхпроводящей обмотки (61А, 61В) и контактирования с упомянутой, по меньшей мере, одной сверхпроводящей обмоткой на удаленном крае (79) удлиненного контура (74), таким образом уменьшая проводящую теплопередачу к обмотке (61А, 61В) сверхпроводника посредством удлиненного контура (74).
| US 2008079323, 03.04.2008 | |||
| US 6597082 B1, 22.07.2003 | |||
| US 5548168 A, 20.08.1996 | |||
| US 5532663 A, 02.07.1996 | |||
| СВЕРХПРОВОДЯЩЕЕ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО | 1991 |
|
RU2100892C1 |
