传导冷却超导旋转的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种传导冷却式超导转子，包括：制冷机；转轴，所述转轴具有用于适应所述制冷机的圆周孔，使得所述制冷剂与所述转轴间隔开，所述转轴传递旋转功率；以及真空室，所述真空室的两端具有圆周孔，所述圆周孔具有连接至所述转轴的外表面的内表面，使得所述真空室和所述转轴可以一起旋转。所述真空室包括：连接至所述制冷机的第一热传递元件和第二热传递元件；以及热传递单元，所述热传递单元通过所述第一热传递元件和所述第二热传递元件将热量传导至制冷机。所述真空室在用于将第一热传递元件和第二热传递元件和所述制冷机互连的连接部中被顺序地制冷。因此，本发明的旋转机具有布置在其中的制冷机，以简化外部制冷剂管路，因而通过简化制冷剂管路并缩短制冷机和超导线材之间的距离减小热损耗，从而实现传导冷却。
【专利说明】传导冷却超导旋转机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传导冷却式超导转子，更具体地涉及一种其中包括制冷机的传导冷却式超导转子，以简化外部制冷剂管路并借此减少热损失并且缩短制冷机和超导线之间的距离以使得能够进行传导冷却。
【背景技术】
[0002]总的来说，超导转子使用发电机或马达中的励磁线圈中的超导体和与一种展现出在非常低的温度下电阻值达到O的超导现象的导体相对应的超导体。在超导体中，当温度升高时，电阻增加，且电流减小，而当温度降低时，电阻降低且传导良好。特别是，超导体对应于一种材料，当温度下降到极低温度的时候，这种材料的电阻值达到O。这里，极低温度是指低于或者等于绝对温度4K的一温度范围。在极低温度下，热运动的扰动很小，因此材料中的粒子的基本运动方面是清晰的。因此，极低温度技术被应用于测量半导体或磁性物质的材料性能。极低温度技术的发展与超导技术有很大关联，并且极低温度技术被应用于广泛的领域，例如能源、电子技术、医学和物理学。使用超导体的发电机或马达具有许多优势，包括小型化和轻便化、效率提高、电力系统的稳定性增加和生产成本降低。
[0003]在传统的超导转子中，在外部被冷却的制冷剂流进超导转子，并且冷却的制冷剂流经超导转子中的流道以冷却超导转子。传统超导转子的结构会在形成于外部的复杂流道中产生热损耗。另外，在传统超导转子中安装有循环器和制冷剂所流经的流道，因此其结构复杂并且会增加故障产生因素。
[0004]韩国专利注册第10-1042013号涉及一种超导转子，即，一种冷却结构，用于冷却超导马达或发电机中的可固定元件。冷却结构冷却超导转子中的可固定元件，在超导转子中，其可固定元件线圈被狭槽固定，且其可固定元件轭(yoke)形成在可固定线圈的外部。冷却结构的特征在于可固定元件线圈在朝向狭槽内的一轴向方向上具有空间单元，使得可固定元件线圈的一部分暴露出来，且在可固定元件线圈的暴露部分和可固定元件轭之间设置有冷却管，从而冷却结构同时冷却可固定元件线圈和可固定元件轭。因此，冷却管与可固定元件线圈和可固定元件轭两者接触以冷却可固定元件线圈和可固定元件轭两者，防止冷却管堵塞，因为冷却管成螺旋状盘绕可固定元件线圈，简化了对由具有低速高转矩的船舶推动马达和风力发电机产生的电磁力的生产和支持。
[0005]韩国专利公开第10-2010-0044393号涉及一种具有电枢线圈冷却单元的超导马达，该超导马达包括冷却超导励磁线圈的转子和形成固定住多个电枢线圈的电枢槽的可固定元件。在电枢线圈的一侧附着形成冷却通道，冷却通道吸收电枢线圈产生的热量。冷却通道可以由不锈钢或铜合金形成，即，比电枢线圈具有相对更大的非阻抗性并且比电枢线圈具有相对更高的导热率的材料。因此，具有电枢线圈冷却方法的超导马达在电枢线圈的一侧形成冷却通道，以直接吸收由电枢线圈中的涡流所产生的热量而无需经过周围的空气。另外，由于冷却通道可由相对于电枢线圈具有更大的非阻抗性和更高的导热率的不锈钢或铜合金构成，并且可不受电枢线圈中生成的涡流的影响，超导马达能将冷却通道中生成的热损耗减少到最低并能吸收电枢线圈产生的热量。
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]本发明的实施方式建议提供一种其中包括制冷机的传导冷却式超导转子，以通过制冷剂流道的简化来简化制冷剂流道和减少热损耗。
[0008]本发明的实施方式建议提供一种传导冷却式超导转子，其缩短制冷机和超导线之间的距离以实现传导冷却。
[0009]技术方案
[0010]在某些实施方式中，一种传导冷却式超导转子，包括:制冷机；转轴，所述转轴包括与所述制冷机间隔开以封闭所述制冷机的筒形腔，并且所述转轴配置为传递旋转功率；真空室，所述真空室包括:布置在所述转轴的两侧的筒形腔；第一热传递元件和第二热传递元件，所述第一热传递元件和所述第二热传递元件与所述制冷机连接；以及热传递单元，所述热传递单元通过所述第一热传递元件和所述第二热传递元件将热量传导至制冷机，其中，所述筒形腔的内表面和所述转轴的外表面相连接地旋转；以及第一冷却单元和第二冷却单元，所述第一冷却单元和所述第二冷却单元配置为连接所述第一热传递元件和所述第二热传递元件以及所述制冷机。
[0011 ] 在一种实施方式中，所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个可以在所述真空室中朝向第一方向和第二方向弯曲地形成，可以主要包括铜作为导体并可以冷却所述真空室。
[0012]在一种实施方式中，所述真空室还可以包括:旋转功率传递元件、多个径向轮单元、和轭单元，所述旋转功率传递元件与所述转轴相连，所述多个径向轮单元与所述旋转功率传递元件相连，所述轭单元与所述多个径向轮单元连接；所述真空室还可以包括超导线材，所述超导线材被布置为朝向所述真空室中的所述轭单元的外部，并且与所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个的一侧水平地间隔开，所述超导线材通过所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个被传导冷却，并且可以在所述第一冷却单元和所述第二冷却单元中被连续地冷却，所述第一冷却单元和所述第二冷却单元与所述第一热传递元件和所述第二热传递元件以及所述制冷机相连。
[0013]技术效果
[0014]根据本发明的示例性实施方式的传导冷却式超导转子可以在其中包括制冷机，以通过制冷剂流道的简化来简化制冷剂流道并且减少热损耗。
[0015]根据本发明的示例性实施方式的传导冷却式超导转子可缩短制冷机和超导线之间的距离以使得能够实现传导冷却。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是例示了根据本发明的示例性实施方式的传导冷却式超导转子的截面图。
[0017]图2是例示了图1中的传导冷却式超导转子的立体图。
[0018]图3是例示了根据所描述的技术的示例性实施方式的制冷机的图。
[0019]110制冷机111蓄热器
[0020]112压缩机113可移动马达
[0021]114进气阀115排出阀
[0022]116气缸 120转轴
[0023]130真空室131第一热传递元件
[0024]132第二热传递元件133旋转功率传递元件
[0025]134多个径向轮单元135轭单元
[0026]136超导线材140热传递单元
[0027]141第一冷却单元 142第二冷却单元
【具体实施方式】
[0028]附图中所描述的实施方式和配置只是为了说明目的而不代表本发明的全部技术范围，因此，应理解为在提交本申请时存在各种等同物和改进。尽管为了说明目的描述了本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神的条件下，各种改进、增加和替换都是可能的。
[0029]在发明人合适地定义术语的概念以最好的解释本发明的基础上，说明书和权利要求书中的条款及用语应被理解为与本发明的技术范围相关。
[0030]措辞“第一”和“第二”可用于指代多种组件，但组件并不局限于上述术语。这些术语将被用于将一个组件与其他组件区别开来。例如，在不违背本发明的权利的情况下，第一组件也可以被称为第二组件，反之亦然。
[0031]当一组件被称为被“连接至”或“链接至”另一个组件时，该组件可直接连接或链接至另一个组件，或可以在二者之间存在一个中间组件。相反地，如果一组件被称为被“直接连接至”或“直接链接至”另一组件，则在二者之间不存在中间组件。
[0032]说明书中所使用的术语目的在于解释具体的实施方式，而不在于对本公开进行限制。除非上下文中另有指示，否则单数表达也可包括复数表达。在以下说明中，措辞“包括”或“具有”将用于指代特征、数字、步骤、操作、组件、部分或者其组合，而不排除存在或增加一个或多个特征、数字、步骤、操作、组件、部分或其组合。
[0033]除非另有定义，否则本说明书中所使用的包括技术术语和科学术语的术语都具有本领域技术人员通常所理解的意思。这些术语(如常用的字典中所定义的术语)，必须基于相关技术背景来理解，且一定不能理想化地或过度地理解。
[0034]图1是例示了根据本发明的一个示例性实施方式的传导冷却式超导转子的截面图，并且图2是例示了图1中的传导冷却式超导转子的立体图。
[0035]参考图1，传导冷却式超导转子100包括制冷机110、转轴120、真空室130和热传递单元140。
[0036]制冷机110包括圆柱形蓄热器111，圆柱形蓄热器111具有三个级和布置在外部的一压缩机112。从第一级经过第二级到第三级，蓄热器111的周长减少。在一种实施方式中，压缩机112可以使用高压来压缩制冷剂，且被压缩的制冷剂可以流进蓄热器111并在低压下膨胀，从而，膨胀的制冷剂吸收周围的热量以实现极低温度。
[0037]转轴120包括筒形腔，筒形腔与制冷机110相间隔，以封闭制冷机110。在一种实施方式中，转轴120的内部突出部可与制冷机110的外部突出部进行组合。另外，转轴120传输由外部马达(未示出)所生成的旋转功率。转轴120可通过组合来旋转制冷机110。
[0038]真空室130包括布置在两边的筒形腔，并且筒形腔的内表面和转轴120的外表面相结合。在一种实施方式中，真空室130通过与转轴120的组合与转轴120 —起旋转。另夕卜，真空室130的内部可以形成为真空。在一种实施方式中，真空室130包括与制冷机110相连接的第一热传递元件131和第二热传递元件132、以及通过第一热传递元件131和第二热传递元件132将热量传导至制冷机110的热传递单元140。第一热传递元件131和第二热传递元件132和制冷机110可在第一冷却单元141和第二冷却单元142中被连续地冷却。在一种实施方式中，可以朝向第一方向弯曲地形成第一热传递单元131，并且可以朝向第二方向弯曲地形成第二热传递元件132。另外，第一热传递元件131和第二热传递元件132主要包括作为导体的铜并传导热量以冷却真空室130。在一种实施方式中,第一热传递元件131和第二热传递元件132可由铜形成(在多种纯金属中，铜具有高于铁或锰的热导率且在高温下不变形)，也可以使用在室温下容易加工的无氧铜。
[0039]真空室130还包括与转轴120连接的旋转功率传递元件133、与旋转功率传递元件133连接的多个径向轮单元134以及与多个径向轮134相连的轭单元135。在一种实施方式中，真空室130还可包括被布置在朝向真空室130中的轭单元135的外部的超导线，水平地与第一热传递元件131和第二热传递元件132各自的一侧间隔开，并且通过第一热传递兀件131和第二热传递兀件132中的每一个被传导冷却。在一种实施方式中，旋转功率传递元件133可以在真空室130中与转轴120的外表面结合。多个径向轮单元134被形成为从旋转功率传递元件133放射状。轭单元135可以是与多个径向轮单元134相结合的边缘，并且可以对应于真空室130的金属针。在一种实施方式中，多个径向轮单元134与旋转功率传递元件133的两侧相结合，并且可从旋转功率传递元件133向外部传递旋转功率，以旋转真空室130的内部元件。
[0040]热传递单元140包括第一冷却单元141和第二冷却单元142。第一冷却单元141和第二冷却单元142分别与第一热传递元件131和第二热传递元件132的一侧以及转轴120中的制冷机的两侧中的一侧相连接。热传递单元140通过待冷却的第一冷却单元141和第二冷却单元142将热量传导至制冷机110。
[0041]超导线136被布置在真空室130内朝向轭单元135的外部。在合适的条件下(如，在本发明中，如低于或等于20K的极低温度)，超导线136成为一种没有电阻的具有最高导电性的材料。总的来说，当电流在特定材料中流动时，特定材料产生的热量值为电流值的平方乘以特定的材料的电阻值，以造成能量损失，但是超导线136没有电阻，以传递更大量的电流达一距离而没有能量损失。超导线136在传导冷却式超导转子100的效率改进中起到重要作用。在一种实施方式中，超导材料136可以与第一热传递元件131和第二热传递元件132中的每一个的一侧水平地间隔开，并可以通过第一热传递元件131和第二热传递元件132中的每一个被传导冷却。
[0042]图3是例示了根据所描述的技术的示例性实施方式的制冷机的图。
[0043]参考图3，制冷机110对应于GM(吉福徳-麦克马洪)冷却器并且包括蓄热器111、压缩机112、可移动马达113、进气阀114、排出阀115和气缸116，并且总体上使用氦气作为制冷剂。制冷机110的操作程序包括定容压缩过程、等效压缩过程、等压转换过程、等效膨胀过程和等压转换过程，并被用于重新冷凝氦气或冷却隔热表面，如用于制造半导体的真空泵、MRI，SMES或超导发电机。在本发明中，制冷机110采用GM(吉福徳-麦克马洪)冷却器，但是也可以根据转子的结构和作用而使用JT (焦耳-汤普森)冷却器、布雷登冷却器、斯特林冷却器或脉管制冷机。
[0044]尽管实施方式通过参考其许多示例性实施方式被描述，应该理解，本领域技术人员能够设计出落入本公开的原理的精神和范围内的大量其他的改进和实施方式。
【权利要求】
1.一种传导冷却式超导转子，包括: 制冷机； 转轴，所述转轴包括与所述制冷机间隔开以封闭所述制冷机的筒形腔，并且所述转轴配置为传递旋转功率； 真空室，所述真空室包括:布置在所述转轴的两侧的筒形腔；第一热传递元件和第二热传递元件，所述第一热传递元件和所述第二热传递元件与所述制冷机连接；以及热传递单元，所述热传递单元通过所述第一热传递元件和所述第二热传递元件将热量传导至制冷机，其中，所述筒形腔的内表面和所述转轴的外表面相连接地旋转；以及 第一冷却单元和第二冷却单元，所述第一冷却单元和所述第二冷却单元配置为连接所述第一热传递元件和所述第二热传递元件以及所述制冷机。
2.根据权利要求1所述的传导冷却式超导转子，其中，所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个在所述真空室中朝向第一方向和第二方向弯曲地形成。
3.根据权利要求1所述的传导冷却式超导转子，其中，所述第一热传递元件和所述第二热传递元件主要包括铜作为导体并冷却所述真空室。
4.根据权利要求1所述的传导冷却式超导转子，其中，所述真空室还包括:旋转功率传递元件、多个径向轮单元、和轭单元，所述旋转功率传递元件与所述转轴相连，所述多个径向轮单元与所述旋转功率传递元件相连，所述轭单元与所述多个径向轮单元连接。
5.根据权利要求4所述的传导冷却式超导转子，其中，所述真空室还包括超导线，所述超导线被布置为朝向所述真空室中的所述轭单元的外部，并且与所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个的一侧水平地间隔开，所述超导线通过所述第一热传递元件和所述第二热传递元件中的每一个被传导冷却。
6.根据权利要求1所述的传导冷却式超导转子，其中，所述真空室在所述第一冷却单元和所述第二冷却单元中被连续地冷却，所述第一冷却单元和所述第二冷却单元与所述第一热传递元件和所述第二热传递元件以及所述制冷机相连。
【文档编号】H02K55/00GK104137403SQ201280070355
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】申铉长, 金斤雄, 裵在男 申请人:现代重工业株式会社