专利名称：具有超导的转子绕组以及包围转子绕组的整体式壳体的转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电机，尤其同步电机的转子-其中所述转子具有定义了转子轴线的转子轴，-其中所述转子具有绕组支架，所述绕组支架被抗扭地布设于转子轴上，它因而能 在相对于转子轴线而言的中间部段，包围转子轴，-其中绕组支架承载着超导的转子绕组，-其中所述转子具有壳体，所述壳体相对于转子轴线而言，至少沿径向包围绕组支 架和转子绕组。此外，本发明还涉及一种电机，尤其同步电机，-其中所述电机具有电机机壳，-其中这种转子可转动地支承在所述电机机壳中，-其中定子被抗扭地布设在所述电机机壳中，所述定子相对于转子轴线而言，沿径 向包围转子，-其中定子承载着定子绕组，所述定子绕组可与电源连接。
背景技术：
这种转子以及这种电机例如从DE10300269A1中公知。为了能够充分冷却超导的转子绕组并且保护它免受外界的热影响，不管在现有技 术中，还是在本发明中，壳体都是必需的。壳体必须具有较高的机械强度，以便能够承受运 行时出现的机械载荷。此外，壳体必须具有较高的电导率，以便吸收不可避免的电磁谐波。在DE10300269A1中，壳体被设计成双层的。它至少在沿径向包围绕组支架和超导 的转子绕组的区域中，由沿径向处于内层的钢和沿径向处于外层的铜组成。在DE10300269A1中，转子的设计结构是费事的。要么必须以高配合精度制造钢管 和铜管，要么把由铜和钢组成的两块板互相连接并且随后弯成管子，其中对对接棱边进行 焊接。两种处理方式都是费事的而且成本高昂的。此外，焊缝是设计结构上的一个薄弱环 节。从US4465106A中同样公知一种用于电机的转子，在所述转子中，绕组支架被一种 多层的壳体包围。所述多层的壳体具有由铜-铬合金或者铜-锆合金组成的中间层。所述 转子在沿径向方向的两端，被含铁的壳层包围。从US3194655A中公知一种具有相对较高材料强度的铜铬锆合金。所述合金由 0. 6%至0. 9%重量百分比的铬、0. 4%至0. 6%重量百分比的锆以及除此以外的铜组成。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，对本文开头所述类型的转子进行改进设计， 使得壳体至少在其沿径向包围绕组支架以及绕组的区域，在制造工艺上更便于制造。
该技术问题通过具有权利要求1所述特征的转子加以解决。按照本发明，壳体至 少在其沿径向包围绕组支架和超导的转子绕组的区域，(壳体的圆筒面)整体式地由铜合 金组成，在所述铜合金中，铜中被搀入了少量的铬(小于等于2%重量百分比)和锆(0. 1% 至0.3%重量百分比)。此外，该技术问题还通过一种电机，尤其同步电机加以解决，在所述电机中，转子 按照上述的改进方案进行设计。如果铬的份额至少占0.5%重量百分比，则产生尤其好的结果。最佳方案在于铬占 0. 8%至1. 2%重量百分比以及锆占0. 2%至0. 3%重量百分比的范围中。除了使用上述铜合金外，所述铜合金可以是一种强化的铜合金。在此，尤其可以考 虑沉淀硬化的铜合金以及氧化物弥散强化的铜合金作为所述强化的铜合金。作为备选或者 补充方案，所述铜合金可以是冷作硬化的和/或固溶强化的。由于壳体的圆筒面被设计成整体式的这种状况，尤其可以将所述圆筒面设计成无 缝管。这样，就不存在沿轴向延伸的焊缝了。
本发明其它的优点和详情，由对结合附图的实施例所作的下列说明中得出。附图 中以原理图表示图1示出经过电机剖开示出的剖视图，图2示出经过按照本发明的壳体的圆筒面剖开示出的剖视图，以及图3示出经过现有技术的壳体的圆筒面剖开示出的剖视图。
具体实施例方式按照图1，电机1具有电机机壳2。转子3被支承在所述电机机壳2中。所述转子 3具有被支承在电机1的轴承5中的转子轴4。所述轴承5在此通常被设计成滚动轴承。在 图1中，它被表示成滚动轴承特有的结构型式球轴承。但是作为备选方案，也可以将轴承5 设计成其它形式的滚动轴承，例如圆柱轴承。设置滑动轴承或者不接触轴承(磁性轴承之 类)，也是可以的。转子轴4定义了了转子轴线6。转子3可围绕所述转子轴线6转动。接下来只要使用概念“轴向”、“径向”以及“切向”，始终是相对于转子轴线6而言。 概念“轴向，，在此表示平行于转子轴线6的方向。“径向”和“切向”方向，在与转子轴线6 正交的平面中延伸。“径向”在此表示朝向转子轴线6的方向或者离开转子轴线6的方向。 “切向”是围绕转子轴线6的方向。转子3具有绕组支架7。所述绕组支架7被抗扭地布设于转子轴4上。绕组支架 7在中间部段8包围转子轴4。绕组支架7因此以一定的径向间距沿切向环绕转子轴4。
绕组支架7承载着转子绕组9。所述转子绕组9在此是超导的。 转子3此外还具有壳体10。所述壳体10，按照图1，不仅沿径向而且沿轴向包围绕 组支架7和超导的转子绕组9。壳体10沿径向包围绕组支架7和超导的转子绕组9的区域 10’，在下面被称作壳体10的圆筒面10’。壳体10沿轴向包围绕组支架7和超导的转子绕 组9的区域10 “，在下面被称作壳体10的端面10”。
按照图1的结构型式，不仅存在圆筒面10’，而且存在端面10”。但是也可以是其 他的结构型式。但是至少圆筒面10’是始终存在的。定子11被抗扭地布设在电机机壳2中。所述定子11沿径向包围转子3。定子11 承载着定子绕组12。所述定子绕组12可与电源13连接。所述电源13按照图1的所示，通 常被设计成三相交流电源。电机1与之相应地因而通常是三相交流电机。例如可以将所述 电机设计成同步电机。圆筒面10’，按照图1，被沿径向布设在定子11 一方与绕组支架7和转子绕组9另 一方之间。尤其圆筒面10’，一方面必须是机械上牢固的，另一方面必须具有较高的电导率。 按照本发明的设想，圆筒面10’，也可参见图2，整体式地由一种金属合金组成。这种结构型 式与现有技术的相反，在现有技术中，参见图3，圆筒面10’被设计成至少两层的，例如按照 DE10300269A1的理论，圆筒面10，具有由钢组成的内层14以及由铜组成的外层15。由于 圆筒面10’整体式的结构型式，此外可以将圆筒面10’按照图2，尤其设计成无缝管(参见 图2)。这种设计结构也与现有技术不同，在现有技术中通常存在焊缝。将组成圆筒面10’的金属合金(而且也优选组成端面10”)选取为，使得它具有下 列材料特性-它是非磁性的，也就是说，它是抗磁性的或者顺磁性的，但是不是铁磁性的。-它(在20°时)具有的电导率，至少为铜(同样在20°时)的电导率的60%。 在此优选使所述电导率为铜的电导率的70%至90%。所述金属合金，通常指铜合金。-金属合金(在200°时)具有至少250N/mm2的机械抗拉强度。优选具有甚至至 少^ON/mm2的机械抗拉强度。-金属合金(同样在200°时)具有至少200N/mm2的0.2%屈服极限。金属合金 优选具有甚至至少220N/mm2的0. 2%屈服极限。为了达到上述机械强度(即所需要的抗拉强度和必需的屈服极限)，必须适当地 选取金属合金。尤其可以考虑铜中被搀入铬和锆的铜合金。所述铜合金在此可以含有最多 2. 0%重量百分比的铬以及最多0. 3%重量百分比的锆。下限为0. 0%重量百分比的铬和 0.1%重量百分比的锆。此外，所述金属合金可以是一种被强化的金属合金。尤其可以考虑沉淀硬化和氧 化物弥散强化对所述金属合金进行强化。也可以将两种措施相结合使用。另外，在采用单 种措施的情况下，也可以考虑冷作硬化和固溶强化作为备选方案。如果铜合金含有铬，则它优选含有至少0.5%重量百分比，尤其介于0.8%重量百 分比和1. 2%重量百分比之间的铬。它优选含有介于0. 2%重量百分比和0. 3%重量百分比 之间的锆。尤其有利的是，铜合金不仅含有铬，而且含有锆，而且具有上面所述的优选的量。 借助于这种铜合金，可以在温度远远超过200°C时，达到至少300N/mm2的机械抗拉强度以及 至少230N/mm2的0. 2%屈服极限。这种合金的电导率高达铜的电导率的85%。上面的描述仅仅被用于说明本发明。本发明的保护范围，反之则只能通过所附的 权利要求书来确定。
权利要求
1.一种用于电机(1)，尤其同步电机⑴的转子，-其中所述转子具有定义了转子轴线(6)的转子轴G)，-其中所述转子具有绕组支架(7)，所述绕组支架(7)被抗扭地布设于转子轴(4)上， 它因而能在相对于转子轴线(6)而言的中间部段(8)，包围转子轴0)， -其中绕组支架(7)承载着超导的转子绕组(9)，-其中所述转子具有壳体(10)，所述壳体(10)相对于转子轴线(6)而言，至少沿径向 包围绕组支架(7)和转子绕组(9)，-其中壳体(10)至少在其沿径向包围绕组支架(7)和超导的转子绕组的区域(10’ ) (壳体10的圆筒面10’)，整体式地由铜合金组成，所述铜合金含有最多2. 0%重量百分比 的铬，最少0. 以及最多0. 5%重量百分比的锆以及除此以外的铜。
2.按照权利要求1所述的转子，其特征在于，所述铜合金含有至少0.5%重量百分比的铬。
3.按照权利要求1或2所述的转子，其特征在于，所述铜合金是一种强化的金属合金。
4.按照权利要求3所述的转子，其特征在于，所述被强化的铜合金是一种沉淀硬化的 铜合金。
5.按照权利要求3或4所述的转子，其特征在于，所述强化的铜合金是一种氧化物弥散 强化的铜合金。
6.按照上述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，将上述圆筒面(10’)设计成 无缝管。
7.一种电机，尤其同步电机，-其中所述电机具有电机机壳0)，-其中在所述电机机壳O)中，可转动地承载着按照上述权利要求中任一项所述的转 子⑶，-其中定子(11)被抗扭地布设在电机机壳O)中，所述定子(11)相对于转子轴线(6) 而言，沿径向包围转子(3)，-其中定子(11)承载着定子绕组(12)，所述定子绕组(1 可与电源(1 连接。
全文摘要
一种用于电机(1)、尤其同步电机(1)的转子(3)，具有定义了转子轴(4)的转子轴线(6)。所述转子(3)具有绕组支架(7)，所述绕组支架(7)被抗扭地布设于转子轴(4)上，它因而能在相对于转子轴线(6)而言的中间部段(8)，包围转子轴(4)。绕组支架(7)承载着超导的转子绕组(9)。转子(3)具有壳体(10)，所述壳体(10)相对于转子轴线(6)而言，至少沿径向包围绕组支架(7)和转子绕组(9)。壳体(10)至少在其沿径向包围绕组支架(7)和超导的转子绕组(9)的区域，整体式地由非磁性的金属合金组成，所述非磁性的金属合金在20°时具有至少60％的铜的电导率，在200°时具有至少250N/mm2的机械抗拉强度，以及在200°时具有至少200N/mm2的0.2％屈服极限。
文档编号C22C9/00GK102113198SQ200980129651
公开日2011年6月29日 申请日期2009年7月14日 优先权日2008年7月29日
发明者彼得.范哈塞尔特, 斯文.加特尔曼, 迈克尔.弗兰克 申请人:西门子公司