专利名称：超导机械中包括有齿电枢的系统和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及超导发电机和电动机，而更具体地，涉及包括
具有超导励爿磁绕组(superconducting field winding)的发电机电枢和电动 才几电才区的系统。
背景技术：
超导电动机和发电机中的超导励磁绕组产生超过定子中通常存 在的定子磁性齿的磁饱和的高磁场，超导电动机和发电机采用电枢线 圏、冷却特征以及电枢内的条之间非磁性齿的复杂組件以避免饱和齿
中的损耗。这些特征的使用增加了材料以及发动机和电动机装配的成 本。
发明内容
一个示例性实施例包括发电系统，其包括超导发电机，该超导发 电机包括电枢组件，该电枢组件包括主体部分、具有前表面和后表面 的齿部分、由主体部分和齿部分部分地限定的槽、与槽接合的电枢条 以及由齿部分部分地限定并与其前表面和后表面连通的冷却腔。
一个备选的示例性实施例包括电动机系统，其包括超导电动机， 该超导电动机包括电枢组件，该电枢组件包括主体部分、具有前表面 和后表面的齿部分、由主体部分和齿部分部分地限定的槽、与槽4妄合 的电枢条以及由齿部分局部限定并与其前表面和后表面连通的冷却 腔。
另一个备选的示例性实施例包括电装置的电枢组件，该电枢组件 包括主体部分、具有前表面和后表面的齿部分、由主体部分和齿部分 部分地限定的槽、与槽接合的电枢条、可操作以接合该槽的槽楔部件以及由齿部分部分地限定并与前表面和后表面连通的冷却腔。
当参考附图阅读下面的具体实施方式
时，这些以及其它的特征、 方面和优点将变得更好理解。附图中的相似的符号^表相似的部件， 其中
图1示出了电装置的一个示例性实施例的部分剖切透视图。
图2示出了图1的电装置的电枢组件的侧面部分剖视图。 图3示出了图1的电装置的电枢组件的一个备选实施例的侧面部 分剖视图。
图4示出了超导发电机系统的一个示例性实施例的透视图。
图5示出了超导发电机系统的一个备选示例性实施例的透视图。
图6示出了超导电动机系统的一个示例性实施例的透视图。
图7示出了超导电动机系统的一个备选示例性实施例的透视图。
部件列表100电装置
101电枢组件
103磁辄部分
105电枢部分
107转子组件
109低温保持器
111励;磁线圈组件
201主体部分
203齿部分
205槽
207电枢条
209绝缘体部分212后表面
213冷却腔
215槽楔部件
317管部件
400发电才几系统
401叶片组件
403机械联接
405超导发电机
407电枢组件
409转子组件
500发电才几系统
501叶片组件
503机械联接
505超导发电机
507定子组件
509转子组件
600超导电动机系统
603机械联接
605超导电动才几
607电枢组件
609转子组件
611轴
630机械联接
700超导电动片几系统
703机械联接
705超导电动机
707电枢组件
面
2
6709转子组件 711 轴
具体实施例方式
在下述的详细描述中，为了对不同实施例提供全面透彻的理解， 提出了许多具体的细节。然而，没有这些特定细节也可以实施实施例。 在其它例子中，对公知方法、过程以及部件没有进行详细描述。
而且，许多操作可能以 一种有利于理解实施例的方式描述成多个 分离的步骤。然而，描述的顺序不应该理解成暗示这些操作需要按照 它们出现的顺序执行，或者它们是依赖于顺序的。而且，重复使用短 语"在一个实施例中，，不一定指的是同一个实施例，尽管它可以指同 一个实施例。最后，在本申请中使用的用语"包含"，"包括"，"具 有"以及相似的用语除非特别指明，否则指的是相同的意思。
使用超导励磁绕组的电动机和发电机系统可能使用电枢线圏、冷 却系统以及布置在电枢中的条之间的非磁性的齿的复杂组件。电枢中 的交变电流使发电机和电动机系统遭受损耗；这是由于金属中感应的 涡流和^磁性元件中的磁滞引起的，并且这些损耗随着交流频率的增加 而增加。超导励磁绕组常产生超过磁性齿的饱和值的磁场，这样，与 交变效应结合，导致了高的损耗。可采用非磁性齿或者将齿移除来降 低损耗，但是这将导致复杂的制造方法。
因此对于电系统而言期望的是具有一种比较-便宜的电枢组件，其 比较容易制造，并且能够利用高度磁饱和的电枢齿组件以最小的交变 电流损耗运行。这可通过制造具有与主石兹体相同的金属(例如通常为 硅钢)的齿及将该齿制造成主》兹体的延伸部来实现。因为在饱和时，齿 不再提供磁功能，因此齿可对最优的结构和热性能进行设计和制造。
图1示出了具有超导励磁绕组的电装置100的部分剖面透视图。 电装置100配置成发电机。然而，相似的装置可被配置成电动机。电 装置100包括具有电枢组件101的电枢部分105。电枢组件与石兹辄部分103接触。电装置100还包括励;兹组件107，该應W兹组件107包括 低温保持器109,且该低温保持器中具有超导线圈111。
电装置100配置成使得电枢部分105围绕励-兹绕组107旋转。其 它相似的实施例可配置成使得电枢部分105是静止的，而励磁组件107 旋转。电装置可接受来自原动机(未示出)的机械能以进行发电。备选 地，电装置IOO可配置成电动机，其接受电能，然后将电能转化为机 械能。
图2示出了电枢組件101的一个示例性实施例的侧面部分剖朝L 图。电枢组件101包括主体部分201，该主体部分例如可釆用金属薄 层制造。齿部分203与主体部分201接触，并可例如由与主体部分201 相同的材料组成，例如层状的硅钢。齿部分203可为由组成主体部分 201的材料制成的延伸部。主体部分201和齿部分203部分地限定槽 205。电枢条207嵌入到接合槽205。电枢条207可通过绝缘部分209 而电绝缘。图2示出了齿部分203的前表面211。冷却腔213由齿部 分203部分地限定，并且在齿部分203 (未示出)的前表面211和后 表面212之间连通。可包括槽楔部件215以接合槽205,并可操作以 将电枢条207保持在槽205中。电枢条207可包括超导绕组。在运行 中，冷却腔213传输可操作以冷却电枢组件101的冷却空气。
图3示出了电枢组件101的一个备选示例性实施例的侧面部分剖 视图。在图示的实施例中，冷却腔213与可操作以接受液体冷却剂的 管部件317接合。在运行中，液体冷却剂流过管部件317对电枢组件 101进行冷却。示于图2和图3中的实施例显示了冷却腔213的非限 制性实例。其它实施例可包括更多或更少数量的冷却腔213。
图4-7示出了具有与电枢组件101相似的电枢组件的系统的实施 例。参考图4，超导发电机系统400示出为包括机械地联接到机械联 接403上的叶片組件401(原动机)。超导发电机405包括与机械地连接 到机械联接403上的电枢组件101相似的电枢组件407，以及励》兹组 件409。在运行中，叶片组件401由风力驱动旋转。机械联接403旋转，并且又使电枢组件407旋转。励磁组件409保持静止。超导发电 机405中的磁通以及电枢组件407的旋转的相互作用产生了电流，该 电流能够例如发送到电网中。尽管图4中的原动才几包括风力叶片，但 原动机可为任何其它类型的装置，例如可操作以输出机械能的发动 机。
图5示出了与(图4中的)超导发电机系统400相似的发电机系统 500的实施例。超导发电机系统500示出为包括机械地联接到机械联 接503上的叶片组件501 (原动机)。超导发电机505的励磁组件509 机械地连接到机械耳关接503上。超导发电机505包4舌电枢组件507。 在图示的实施例中，定子组件507在运行中保持静止，而励磁組件509 由从叶片组件501接收的机械能经过机械联接503驱动旋转。超导发 电机与超导发电机系统400 (图4所示)的发电相似地输出电流。
图6示出了超导电动机系统600的一个示例性实施例的部分剖切 透视图。超导电动机系统600包括超导电动机605，该超导电动机605 包括与上述的电枢組件101相似的电枢组件607以及励》兹组件609。 电枢组件607机械地联接到机械联接603上。在运4亍中，超导电动机 605从功率源例如发电机(图中未示出)中接收电流。电流在超导电 动机605中感生出》兹通，该磁通可操作以使电枢組件607旋转。机械 联接630旋转，并可被连接到例如轴611上。
图7示出了超导电动机系统700的一个示例性实施例的部分剖切 透视图。超导电动机系统700包括具有电枢組件707和励磁组件709 的超导电动机705。电枢组件707与上述的电枢组件101相似。在运 行中，超导电动机705从功率源中接收电流，电流在超导电动才几705 中感生出磁通。励磁组件709旋转，并又使得机械联接703旋转。机 械联接可操作以-使例如轴711旋转。
上述的实施例可以以低至大约10-25转/分钟的低速(也就是转子 和电枢之间的相对速度)最有效地运转。以低速运转的好处在于电枢 的过饱和^ 兹部分例如齿部分的交变损^i争低了 ， 乂人而导致效率损失最
9小。对于电动机实施例，由于浪费的交流电流而造成的机械输出损失 也最小化。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并使得 能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何涉 及的方法。本发明可授予专利权的范围由权利要求限定，并可包括其 它实例。如果此类其它实例的结构要件与权利要求的书面语言描述没 有差异，或如果它们包括的等价性结构要件与权利要求书面语言描述 没有实质性的差异，则此类其它实例应属于权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于发电的系统，包括超导发电机(100)，其包括电枢组件(105)，其包括主体部分(201)；具有前表面(211)和后表面(212)的齿部分(203)；由所述主体部分(201)和所述齿部分(203)部分地限定的槽(205)；接合所述槽(205)的电枢条(207)；以及由所述齿部分(203)部分地限定的冷却腔(213)，该冷却腔与所述前表面(211)和所述后表面(212)连通。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述齿部分(203) 为所述主体部分(201)的延伸部。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 机械地联接到所述电枢组件(407)上的原动机(401),该原动机可操作以 使所述电枢组件(407)旋转。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括转子组件(409);和机械地连接到所述转子组件(409)上,可操作以使所述转 子组件(409)旋转的原动机(401)。
5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 接合所述冷却腔(213),可操作以输送液体冷却剂的管部件(317)。
6. —种电动机系统，包括超导电动机(100)，其包括 电枢组件(105),其包括 主体部分(201);具有前表面(211)和后表面(212)的齿部分(203);由所述主体部分(201)和所述齿部分(203)部分地限定的槽(205);接合所述槽(205)的电枢条(207);以及 由所述齿部分(203)部分地限定的冷却腔(213),该 冷却腔与所述前表面(211 )和所述后表面(212)连通。
7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述齿部分(203) 为所述主体部分(201)的延伸部。
8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 机械地联接到所述电枢组件(105)上的机械联接(403),该机械联接可操 作以与所述电枢组件(105)—起旋转。
9. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括转子组件(409);和联接到所述转子组件(409)上,可操作以与所述转子组件 (409)—起旋转的机械联接(403)。
10. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括 接合所述冷却腔(213),可操作以输送液体冷却剂的管部件(317)。
全文摘要
本发明涉及超导机械中包括有齿电枢的系统和装置，具体而言，一种发电系统包括超导发电机(100)，该超导发电机(100)包括电枢组件(105)，该电枢组件(105)包括主体部分(201)，具有前表面(211)和后表面(212)的齿部分(203)，由主体部分(201)和齿部分(203)部分地限定的槽(205)，接合该槽(205)的电枢条(207)，以及由齿部分(203)部分地限定并与前表面(211)和后表面(212)连通的冷却腔(213)。
文档编号H02K3/04GK101588122SQ20091014541
公开日2009年11月25日 申请日期2009年5月18日 优先权日2008年5月19日
发明者E·T·拉斯卡里斯, J·W·布雷, K·H·西瓦苏布拉马尼亚姆, P·L·詹森 申请人:通用电气公司