專(zhuān)利名稱(chēng)：用于超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩傳動(dòng)組件的制作方法
用于超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的扭矩傳動(dòng)組件
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
本申請(qǐng)要求2006年9月20日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.11/533,595的優(yōu)先
權(quán)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合在此作為參考。
作為參考的結(jié)合
這里，本申請(qǐng)結(jié)合下列申請(qǐng)作為參考1999年10月12日提交的美國(guó)申 i青序列No.09/415,626， 2000年1月11日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/480,430， 2000年1月11日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/480,397; 2000年1月11日提交 的美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/481,483; 2000年1月11日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列 No.09/481,480; 2000年1月11日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/481,484; 2000 年1月11日提交的美國(guó)申請(qǐng)序列No.09/480，396;以及2001年7月19日提交 的美申請(qǐng)序列No.09/909，412。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造和操作，并且尤其涉及超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的 扭矩傳動(dòng)組件。
從20世紀(jì)60年代早期以來(lái)，超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)已經(jīng)發(fā)展。這些電機(jī)中超導(dǎo)線 圈的使用使得這些線圈產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)顯著增加，并且使得電機(jī)中的磁通密度增 加。然而，超導(dǎo)線圈要求低溫溫度以便正確運(yùn)行。因此，超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī) 已經(jīng)發(fā)展為包括這樣的一些機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)用于在限制傳送到電機(jī)低溫區(qū)的熱 量的同時(shí)在轉(zhuǎn)子組件和輸出軸之間傳遞扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子組件，以及具有這種轉(zhuǎn)子組件的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(例如電動(dòng)機(jī)或 發(fā)電機(jī))。該轉(zhuǎn)子組件是構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組件內(nèi)旋轉(zhuǎn)并且軸設(shè)置在轉(zhuǎn) 子組件非低溫區(qū)內(nèi)的那種類(lèi)型。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，該轉(zhuǎn)子組件包括位于轉(zhuǎn)子組件低溫區(qū)內(nèi)的超導(dǎo)線 圈組件。該超導(dǎo)線圈組件在運(yùn)行中產(chǎn)生與定子組件關(guān)聯(lián)的磁通。該轉(zhuǎn)子組件還 包括扭矩傳遞組件，該扭矩傳遞組件包括位于超導(dǎo)線圈組件外部的徑向空間中 并沿著轉(zhuǎn)子組件的縱向軸延伸的兩個(gè)管。
本發(fā)明這個(gè)方面的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)下面的特征。該扭矩傳遞組 件可機(jī)械接合到超導(dǎo)線圈組件上并且可以在轉(zhuǎn)子組件的非低溫區(qū)和低溫區(qū)之 間延伸。該轉(zhuǎn)子組件可包括凸緣，其中該扭矩傳遞組件從該凸緣軸向延伸并軸 向延伸到超導(dǎo)線圈組件的一部分上。兩個(gè)管的長(zhǎng)度可足以向超導(dǎo)線圈組件提供 熱絕緣。該扭矩傳遞組件可包括機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的環(huán)。例如，第 一環(huán)可將第一管機(jī)械接合到超導(dǎo)線圈組件上，第二環(huán)可將第二管機(jī)械接合到超 導(dǎo)線圈組件上。凸緣還可機(jī)械接合到這些管上。例如， 一個(gè)管可機(jī)械接合到一 個(gè)凸緣上并延伸到超導(dǎo)線圈組件的一部分上，另一管可機(jī)械接合到另一凸緣上 并延伸到超導(dǎo)線圈組件的另一部分上。這些管的長(zhǎng)度可以相同或不同。這些管 之間的間隔足以向超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。該間隔還可足以向超導(dǎo)線 圈組件提供支撐。這些管可由諸如導(dǎo)熱材料(例如因科鎳合金)之類(lèi)的各種材 料形成。該轉(zhuǎn)子組件還可包括輻條，其中每個(gè)輻條可將超導(dǎo)線圈組件機(jī)械固定 到軸上。這些管中的一個(gè)可用焊接點(diǎn)機(jī)械接合到該環(huán)上。超導(dǎo)線圈組件可包括 高溫超導(dǎo)體。該超導(dǎo)線圈組件還可包括支撐管。該轉(zhuǎn)子組件可使用在相對(duì)高速
的應(yīng)用中。例如，可采用至少為3000rpm的轉(zhuǎn)速。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的非低溫區(qū) 內(nèi)的軸以及定子組件。該旋轉(zhuǎn)電機(jī)還包括由該定子組件圍繞的轉(zhuǎn)子組件。該轉(zhuǎn) 子組件包括位于該轉(zhuǎn)子組件低溫區(qū)內(nèi)的超導(dǎo)線圈組件。該超導(dǎo)線圈組件在運(yùn)行 中產(chǎn)生與定子組件關(guān)聯(lián)的磁通。該轉(zhuǎn)子組件還包括扭矩傳遞組件，該扭矩傳遞 組件包括兩個(gè)管，這兩個(gè)管位于超導(dǎo)線圈組件外部的徑向空間中并且沿著轉(zhuǎn)子 組件的縱向軸延伸。
本發(fā)明這一方面的實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)下面的特征。該轉(zhuǎn)子組件可 包括凸緣，使得該扭矩傳遞組件從該凸緣軸向延伸，并軸向延伸到超導(dǎo)線圈組 件的一部分上。這些管的長(zhǎng)度可足以向超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。這些 管之間的間隔也可足以向超導(dǎo)線圈組件提供熱絕緣。這些管之間的間隔還可足 以向超導(dǎo)線圈組件提供支撐。該扭矩傳遞組件可包括將第一管機(jī)械接合到超導(dǎo)線圈組件上的一個(gè)環(huán)以及將第二管機(jī)械接合到超導(dǎo)線圈組件上的另一個(gè)環(huán)。該 第一管可機(jī)械接合到第一凸緣上并軸向延伸到超導(dǎo)線圈組件的一部分上，第二 管可機(jī)械接合到第二凸緣上并軸向延伸到超導(dǎo)線圈組件的另一部分上。這些管 可包括一種或多種類(lèi)型的導(dǎo)熱材料(例如因科鎳合金)和合成材料。
本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的細(xì)節(jié)將在附圖以及下面的說(shuō)明中闡述。本發(fā) 明的其他特點(diǎn)，目的和優(yōu)點(diǎn)將從說(shuō)明書(shū)，附圖以及權(quán)利要求書(shū)中更加清楚。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1是轉(zhuǎn)子組件的剖面透視圖。
圖1A是圖1的一部分的放大剖面圖。 圖2是轉(zhuǎn)子組件的一個(gè)實(shí)施方式的二維剖面圖。 圖3是轉(zhuǎn)子組件的另一實(shí)施方式的二維剖面圖。 圖3A示出了圖3的轉(zhuǎn)子組件的輻條的一種布置。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)Di禾niA，示出了超導(dǎo)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件io。在該透視圖中，切
掉電磁屏蔽件12的一部分以露出轉(zhuǎn)子組件10的內(nèi)部部件。例如，示出了沿著 轉(zhuǎn)子組件10的縱向軸16延伸的軸14。在運(yùn)行中，超導(dǎo)線圈18產(chǎn)生與定子組 件(未示出)關(guān)聯(lián)的磁通。在某些實(shí)例中，超導(dǎo)線圈可設(shè)置成用于產(chǎn)生電極的 一個(gè)或多個(gè)拓?fù)?例如，六極拓?fù)?。超導(dǎo)線圈18可成形為(例如，跑道形 狀)有效產(chǎn)生如美國(guó)序列No.09/359，497所提供(連同其他一些構(gòu)造細(xì)節(jié))的 那樣的磁通，其中該美國(guó)序列結(jié)合在此作為參考。轉(zhuǎn)子組件10還包括激勵(lì)器 (未示出)，其實(shí)例在美國(guó)序列No.09/480,430中更詳細(xì)描述，其也結(jié)合在此 作為參考。
轉(zhuǎn)子組件10包括線圈支撐管20，該線圈支撐管20維持為低溫并且由高 強(qiáng)度并且可延伸的材料(例如，不銹鋼，因科鎳合金(Inconel) ， 9鎳鋼，12 鎳鋼，等等)制成。用9鎳鋼或者12鎳鋼構(gòu)造線圈支撐管20是非常有利的， 這是因?yàn)樗麄兊蔫F磁特性可增加與定子組件關(guān)聯(lián)的磁通路徑中的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子組 件10外部的低溫冷卻機(jī)(未示出)提供了諸如氦之類(lèi)的冷卻劑給轉(zhuǎn)子組件。 如下面更詳細(xì)描述的，轉(zhuǎn)子組件IO及其部件具有這樣的特點(diǎn)增加了發(fā)電機(jī)的整體性能，尤其是在具有高或較低的扭矩條件而速度相對(duì)高(例如超過(guò)
3000rpm的速度)的情況下。然而，轉(zhuǎn)子組件10的技術(shù)和特點(diǎn)也可結(jié)合到扭 矩條件高或較低而速度較低的實(shí)現(xiàn)方式中。
具體地，轉(zhuǎn)子組件10包括兩個(gè)扭矩管22， 24，用于將轉(zhuǎn)子組件產(chǎn)生的旋 轉(zhuǎn)力傳遞到軸14上。在這種布置中，各凸緣26， 28接合到扭矩管22， 24上， 用于將來(lái)自轉(zhuǎn)子組件10的力傳遞到軸14上。然后軸14將旋轉(zhuǎn)能傳遞到例如 螺旋槳，傳動(dòng)系統(tǒng)或者其他類(lèi)似設(shè)備或系統(tǒng)上。軸14典型地由鋼形成并且不 被冷卻(即，它維持在周?chē)h(huán)境溫度上)。在某些實(shí)例中，軸14單獨(dú)或者與 周?chē)囊r套(未示出)相結(jié)合可由諸如磁鋼或者鐵之類(lèi)的鐵磁材料制造成較低 磁阻，由此增加通過(guò)與定子組件關(guān)聯(lián)的磁通路徑的磁通量。
線圈支撐管20為超導(dǎo)線圈18提供支撐，這樣線圈保持它們盤(pán)繞的形狀(例 如，跑道形狀)。對(duì)于相對(duì)高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用，超導(dǎo)線圈18安裝到線圈支撐管20 的內(nèi)部。這樣，線圈支撐管20位于比超導(dǎo)線圈18更遠(yuǎn)離縱向軸16的徑向位 置上。在這種轉(zhuǎn)速時(shí)，向心力可將線圈徑向向外推。通過(guò)用支撐管20覆蓋超 導(dǎo)線圈18，線圈基本保持在合適的位置，以保持它們的形狀。
對(duì)于轉(zhuǎn)子組件10相對(duì)高轉(zhuǎn)速的應(yīng)用，扭矩管22和24徑向定位于線圈支 撐管20的外部。如圖1高亮顯示，轉(zhuǎn)子組件10的一部分在圖1A中放大。如 圖1A更清楚顯示，扭矩管22位于線圈支撐管20和電磁屏蔽件12之間，并 沿著轉(zhuǎn)子組件10的縱向軸16延伸。盡管未示出，扭矩管24位于線圈支撐管 20和電磁屏蔽件12之間類(lèi)似的徑向位置上。
為了在使得熱冷部件之間的熱傳遞最小化的同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)子組件10的旋轉(zhuǎn) 力，將扭矩管22的一端繞著其圓周機(jī)械接合(例如焯接)到凸緣26上，該凸 緣26從軸14徑向延伸。類(lèi)似地，位于轉(zhuǎn)子組件10相對(duì)端上的凸緣28 (如圖 1所示)接合到扭矩管24上。扭矩管22和24沿著縱向軸16延伸并覆蓋線圈 支撐管20和超導(dǎo)線圈18的端部。
隨著傳遞扭矩和機(jī)械支撐超導(dǎo)線圈18，扭矩管22， 24還提供了線圈的低 溫溫度和諸如軸14之類(lèi)的轉(zhuǎn)子組件10的周?chē)h(huán)境溫度部分之間的熱絕緣。為 了提供機(jī)械支撐以及熱絕緣，扭矩管22， 24中的一個(gè)或兩個(gè)由高強(qiáng)度低導(dǎo)熱 材料形成，該高強(qiáng)度低導(dǎo)熱材料例如因科鎳合金(例如，因科鎳合金718)， 鈦合金(例如，Ti6A14V，等等)或者其他類(lèi)似的金屬材料。扭矩管22， 24還可由合成材料或者金屬和合成材料的組合制成，以提供結(jié)構(gòu)和熱特性。
因?yàn)榕ぞ毓?2， 24由高強(qiáng)度材料形成，因此即使對(duì)于轉(zhuǎn)子組件IO相對(duì)高 速的運(yùn)行條件下，扭矩管沿著縱向軸16的長(zhǎng)度可相對(duì)較長(zhǎng)。扭矩管22和24 的長(zhǎng)度與它們的低導(dǎo)熱率的結(jié)合減小了從熱部件傳遞到冷部件(例如，超導(dǎo)線 圈18，線圈支撐管20)的熱，同時(shí)將扭矩有效地從線圈傳遞到軸14上。如下
所述，扭矩管的長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)成提供合適的支撐和熱絕緣。
由于線圈支撐管20維持在低溫溫度上，因此可縮短尺寸。例如，線圈支 撐管20可由于溫度較冷而長(zhǎng)度縮短。扭矩管22， 24典型地比線圈支撐管20 硬。例如，扭矩管22， 24的彈性常數(shù)可比線圈支撐管20的彈性常數(shù)小得多。 因?yàn)榕ぞ毓?2， 24的彈性小得多，扭矩管承受的應(yīng)力就很小。此外，扭矩管 的低導(dǎo)熱率在轉(zhuǎn)子組件10的低溫和周?chē)h(huán)境溫度區(qū)之間提供了低的熱傳導(dǎo)。
參照?qǐng)D2，轉(zhuǎn)子組件10的二維剖面示出了超導(dǎo)線圈組件30，該超導(dǎo)線圈 組件30維持為低溫溫度，并包括諸如超導(dǎo)線圈18和線圈支撐管20之類(lèi)的部 件。由于轉(zhuǎn)子組件10的徑向?qū)ΨQ(chēng)，這里僅描述組件的上部。然而，這些描述 同樣符合該組件的下部。轉(zhuǎn)子組件10還包括扭矩傳遞組件32，該扭矩傳遞組 件32包括諸如兩個(gè)扭矩管22， 24之類(lèi)的部件，其中兩個(gè)扭矩管22， 24分別 通過(guò)兩個(gè)凸緣26， 28傳遞扭矩給軸14。扭矩傳遞組件32將超導(dǎo)線圈組件30 與轉(zhuǎn)子組件10的周?chē)h(huán)境溫度部分進(jìn)行熱絕緣。
在這種布置中，每個(gè)扭矩管22， 24的各自端部附著到環(huán)34， 36上，環(huán) 34， 36位于線圈支撐管20的徑向外部。例如，扭矩管22的一端機(jī)械接合(例 如，焊接)到環(huán)34上，并且扭矩管24的一端接合到環(huán)36上。扭矩管沿著轉(zhuǎn) 子組件10的縱向軸16分隔一段距離。如距離"X廣所示，扭矩管22， 24的分 隔取決于管的長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)子組件10的長(zhǎng)度以及環(huán)34， 36沿著縱向軸16的位置。
在本實(shí)例中，每個(gè)扭矩管22， 24延伸到線圈支撐管20的一部分上。例如， 扭矩管22延伸到其長(zhǎng)度為"X(^"的線圈支撐管20的部分上，扭矩管24延伸 到由長(zhǎng)度"XoL2"所示的線圈支撐管的相對(duì)部分上。通過(guò)與線圈支撐管20交疊，
扭矩管22， 24可延伸相當(dāng)大的長(zhǎng)度而不需要沿著縱向軸16延伸轉(zhuǎn)子組件10 的長(zhǎng)度。如果扭矩管22， 24被定位成與線圈支撐管20平行(在距離縱向軸相
同的徑向距離上)的話，這不會(huì)成為事實(shí)。
隨著扭矩管22， 24的長(zhǎng)度增加，因而減小了分隔距離"Xf，減小了在扭矩傳遞組件10上的應(yīng)力。此外，由于扭矩管材料的導(dǎo)熱率低，因此當(dāng)長(zhǎng)度增 加時(shí)，來(lái)自扭矩管傳導(dǎo)的熱負(fù)荷減小。例如，參照附件A，其對(duì)圖2所示的轉(zhuǎn)
子組件10提供扭矩分析。對(duì)于這個(gè)分析，將分隔距離"X1"指定為22.5英寸的 值。從計(jì)算(表示為由Mathsoft Corporation of Needham， MA生產(chǎn)的MathCad 編程語(yǔ)言)來(lái)看，呈現(xiàn)在扭矩管上的應(yīng)力約為53ksi，并且，來(lái)自扭矩管傳導(dǎo) 的熱負(fù)荷約為39瓦特。如下所述，通過(guò)減小分隔距離，可與熱負(fù)荷一起減小 應(yīng)力。通過(guò)朝著零值減小分隔距離，可使得應(yīng)力和熱負(fù)荷最小化。然而，如果 分隔值為零，兩個(gè)環(huán)34， 36可以相鄰定位，并且與線圈支撐管20形成單個(gè)接 觸點(diǎn)，這樣可降低機(jī)械穩(wěn)定性。因而，分隔距離典型地具有非零值。
在某些布置中，線圈支撐管20由不銹鋼之類(lèi)的金屬材料或合成材料之類(lèi) 的非金屬材料形成。類(lèi)似地，環(huán)34， 36中的一個(gè)或兩個(gè)可由金屬材料(例如， 因科鎳合金)或者合成材料，或者金屬和合成材料的組合制成。
參照?qǐng)D3，示出了轉(zhuǎn)子組件10的另一實(shí)施方式的二維剖面圖。在該實(shí)例 中，兩個(gè)扭矩管22和24與圖2所示的扭矩管相比長(zhǎng)度更長(zhǎng)。因此，兩個(gè)扭矩 管之間的分隔距離"X2"小于圖2的分隔距離"Xr。通過(guò)減小扭矩管22， 24之 間的分隔距離，扭矩管中的應(yīng)力可與來(lái)自扭矩管傳導(dǎo)的熱負(fù)荷一起減小。例如， 由于每個(gè)扭矩管22， 24的彈性常數(shù)小于線圈支撐管20的彈性常數(shù)，因此每個(gè) 扭矩管可縮短的長(zhǎng)度比線圈支撐管可縮短的長(zhǎng)度小得多。例如，扭矩管20可 縮短的長(zhǎng)度為線圈支撐管20縮短的長(zhǎng)度的一半。
參照附件B，其對(duì)等于7.5英寸的減小的分隔距離"X2"，呈現(xiàn)了扭矩管22， 24的扭矩分析。該分析示出應(yīng)力約為44ksi，其相比當(dāng)分隔距離"Xr'時(shí)分隔的 扭矩管上的應(yīng)力(即，53ksi)減小得相當(dāng)多。該分析還示出來(lái)自扭矩傳導(dǎo)的 熱負(fù)荷約為33瓦特，其小于分隔距離為"&"所承受的熱負(fù)荷(即39瓦特)。 因此，通過(guò)延伸扭矩管22， 24的長(zhǎng)度以及相應(yīng)地減小分隔距離，可以與熱負(fù) 荷一起減小扭矩管中的應(yīng)力。
在圖2和圖3所示的示范性轉(zhuǎn)子組件中，扭矩管22， 24具有相等的長(zhǎng)度， 然而，在某些布置中，這些扭矩管可具有不同的長(zhǎng)度。此外，在轉(zhuǎn)子組件10 中，扭矩管22， 24可定位成關(guān)于分隔距離(例如X,或X2)的中點(diǎn)對(duì)稱(chēng)。然 而，在某些布置中，扭矩管可定位成關(guān)于分隔距離的中點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)。
還可提供輔助支撐給線圈支撐管20，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件10包括在以相對(duì)高速的條件下運(yùn)行的發(fā)電機(jī)中時(shí)。例如，輻條38 (圖3所示)可結(jié)合到轉(zhuǎn)子
組件10中，從而在徑向方向上給線圈支撐管20提供輔助支撐。同樣參照?qǐng)D 3A，輻條38可等間隔(例如，以45度間隔)布置，然而，在某些布置中， 這些輻條38可以間隔不等。輻條38還可定位成，為轉(zhuǎn)子組件10的其他部件 提供支撐。例如，輻條38可定位在軸14和扭矩管22之間。與輻條間隔一起， 輻條數(shù)也可根據(jù)所需要的支撐來(lái)變化。此外，輻條38可用高強(qiáng)度以及低導(dǎo)熱 率材料制造，例如因科鎳718，鈦合金(例如，Ti6A14V)，或者合成材料， 以減小周?chē)h(huán)境溫度軸14和轉(zhuǎn)子組件10的冷部件之間的熱傳遞。
其他的實(shí)施方式也在權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。例如，盡管圖3示出的轉(zhuǎn)子組 件包括將軸14接合到線圈支撐管20的一組輻條38，但是也可定位一組或多 組其他的輻條來(lái)提供線圈支撐管相對(duì)端上的支撐。 附件A
Pl:=40.106-watt ww := 3600min_1 co:=2-7c'rpm Rtt:=14-in
Lcoil := 75 in
性質(zhì) psst := 0.28
psst::7817.與Esst:= 28.106.psidLdT625 := 0.0024 ^ 整體熱收縮
m3
m
m
300K-30K
來(lái)自旋轉(zhuǎn)力的環(huán)向應(yīng)力 velsst := co. Rtt osst := psst. velsst2
asst:= 2.038 xl04psi
扭矩管在兩端附著直到35%線圈組件的熱應(yīng)變
per :=35% ttL :=14-in + per.Lcoil ttL = 40.25inttTH := 0.125 .in
csTH :=0.5 in
總的熱收縮
dLtot := ~^--ttL 2 + dLdT625 Lcoil.(卜2. per) dLtot = 0.151 in
Ltot := ttL 2 + Lcoil (1 — 2 per) Ltot := 103in Lcs := Lcoil. (1 — 2 per)
Lcs = 22.5in
彈性常數(shù) Ktt:—2.u.Rtt.ttTH).^ "X"
ttLKerb := (2 兀 Rtt c;yTH).，
Lxs
Ktot:="j-J-^ Ktot = 3.575 xlO6^ Ften := Ktot dLtot
111 in
Ften :=5.384xl05lbf
由于收縮引起的扭矩管應(yīng)力
Ften +:h
astrain :=- ostrain = 48961.393psi 熱
2兀.Rtt-ttTH
扭矩分析Fault :=2 Gsst:=~^~ Jtt := 2兀'Rtt3. ttTH
2-(1 + —)
Tl:=Pl.(2-7i.rpm)_1 Tl = 9.391 x 105in lbf Tl = 1.061 x 105 J Tl,Rtt Fault
^肌:=Tmax = L22xK)4 i假定兩側(cè)都故障 Jtt
、mastrain + asst/, astrain— crsst、2 7 、,A/r 1A4 .
VM:=-+ J(-)2十Tmax' VM = 5.346xlO'psi
將在兩端彎曲并且存在由于旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的某些Piosons效應(yīng) 這些是運(yùn)行負(fù)載，這樣具有室溫特性2/3的Sy可采用。因禾4I臬625應(yīng)當(dāng)可以
ttL = 40.25in
kdT:=28.， Qtt:J德.2.兀魯戲 Qtt = 38 857W cm ttL
附件B
PI :=40 106 .watt rpm := 3600min_1co::2.兀'rpm Rtt :=14-in
Lcoil := 75 in
十4M — := 0.28
psst:=7817.^Esst:=28'106.psi dLdT625 := 0.0024. ^ M^熱收縮 m in
300K-30K
來(lái)自旋轉(zhuǎn)力的環(huán)向應(yīng)力 velsst:=co.Rtt osst := psst. velsst2
cjsst :=2.038xl04psi扭矩管在兩端附著直到35%線圈組件的熱應(yīng)變
per:=45% ttL:=14'in + per'Lcoil ttL = 47.75inttTH := 0.125 in
csTH := 0.5 ■ in
總的熱收縮
dLtot := d，625 . ttL.2 + dLdT625 ■ Lcoil' (1 -2 per) dLtot = 0.133in
Ltot:=ttL.2 + Lcoil-(l-2'per) Ltot:=103in Lcs:= Lcoil'(1-2.per)
Lcs = 7.5in
彈性常數(shù) Ktt:-(2.丌.Rtt.ttTH).^ "X"
ttL
Kerb := (2.兀，Rtt ■ c TH)--
Ixs
1 1V>f
Ktot := -^-^ Ktot = 3 162 x 106 — Ften := Ktot dLtot
111 in
Ften := 4.192xl05lbf
由于收縮引起的扭矩管應(yīng)力
( strain:=- crstrain = 38128.883psi 熱
2兀Rtt.ttTH
扭矩分析 Fault :=2 Gsst:=~~^~ Jtt := 2兀-Rtt3 ttTH
2-(l + nsst)
Tl:=Pl(2'7irpm)—1 Tl = 9.391 x 105in' lbf Tl = 1.061xl05 J Tl-Rtt .Fault .....,. 仰63p/冊(cè)ww+zwr在
t脂x :=Tmax = t .22 x 10 si假定兩側(cè)都故障 Jtt
，mostrain + crsst crstrain-asst、2 ^… 1rt4 .
VM:=-+ J(-)2 +Tmax2 VM = 4.434 xl04psi
2 V 2
將在兩端彎曲并且存在由于旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的某些Piosons效應(yīng)
這些是運(yùn)行負(fù)載，這樣具有室溫特性2/3的Sy可采用。因禾權(quán)625應(yīng)當(dāng)可以
ttL = 47.75in
kdT:=28.， Qtt::2.kdT.2兀.Rtt.戲 Qtt = 32.754W cm ttL
權(quán)利要求
1、一種轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件被構(gòu)造成在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組件內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有設(shè)置在該轉(zhuǎn)子組件的非低溫區(qū)內(nèi)的軸，該轉(zhuǎn)子組件包括超導(dǎo)線圈組件，該超導(dǎo)線圈組件位于該轉(zhuǎn)子組件的低溫區(qū)內(nèi)，該超導(dǎo)線圈組件在運(yùn)行中產(chǎn)生與該定子組件關(guān)聯(lián)的磁通；以及扭矩傳遞組件，該扭矩傳遞組件包括第一和第二管，該第一和第二管定位在該超導(dǎo)線圈組件外部的徑向空間內(nèi)，并且沿著該轉(zhuǎn)子組件的縱向軸延伸。
2、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該扭矩傳遞組件被機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上，并且在該轉(zhuǎn)子組件的非低溫區(qū)和低溫區(qū)之間延伸。
3、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，還包括凸緣，其中該扭矩傳遞組件從該凸緣軸向延伸，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的一部分上。
4、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其該中第一和第二管的長(zhǎng)度足以向該超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。
5、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該扭矩傳遞組件包括機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的環(huán)。
6、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該扭矩傳遞組件包括將該第一管機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的第一環(huán)以及將該第二管機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的第二環(huán)。
7、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該第一管機(jī)械接合到第一凸緣上，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的一部分上；該第二管機(jī)械接合到第二凸緣上，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的另一部分上。
8、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該第一管的長(zhǎng)度和該第二管的長(zhǎng)度不同。
9、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該第一管和第二管之間的間隔足以向該超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。
10、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該第一管和第二管的長(zhǎng)度足以向該超導(dǎo)線圈組件提供支撐。
11、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該第一管包括導(dǎo)熱材料。
12、 如權(quán)利要求ll所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該導(dǎo)熱材料包括因科鎳合金。
13、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，還包括多個(gè)輻條，每個(gè)輻條將該超導(dǎo)線圈組件機(jī)械地徑向固定到該軸上。
14、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中利用焊接點(diǎn)將該第一管機(jī)械接合到環(huán)上。
15、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該超導(dǎo)線圈組件包括高溫超導(dǎo)體。
16、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中該超導(dǎo)線圈組件包括支撐管。
17、 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件被構(gòu)造成以至少3000rpm的速度旋轉(zhuǎn)。
18、 一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的非低溫區(qū)內(nèi)的軸；定子組件；由該定子組件圍繞的轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括超導(dǎo)線圈組件，該超導(dǎo)線圈組件位于該轉(zhuǎn)子組件的低溫區(qū)內(nèi)，該超導(dǎo)線圈組件在運(yùn)行中產(chǎn)生與該定子組件關(guān)聯(lián)的磁通；以及扭矩傳遞組件，該扭矩傳遞組件包括第一和第二管，該第一和第二管定位在該超導(dǎo)線圈組件外部的徑向空間內(nèi)，并且沿著該轉(zhuǎn)子組件的縱向軸延伸
19、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該轉(zhuǎn)子組件包括凸緣，該扭矩傳遞組件從該凸緣軸向延伸，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的一部分上。
20、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該第一管和第二管的長(zhǎng)度足以向該超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。
21、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該第一管和第二管之間的間隔足以向該超導(dǎo)線圈組件提供基本的熱絕緣。
22、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該第一管和第二管之間的間隔足以向該超導(dǎo)線圈組件提供支撐。
23、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該扭矩傳遞組件包括將該第一管機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的第一環(huán)以及將該第二管機(jī)械接合到該超導(dǎo)線圈組件上的第二環(huán)。
24、 如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該第一管機(jī)械接合到第一凸緣上，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的一部分上；該第二管機(jī)械接合到第二凸緣上，并且軸向延伸到該超導(dǎo)線圈組件的另一部分上。
25、如權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其中該第一管包括因科鎳合金。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)子組件，包括位于該轉(zhuǎn)子組件的低溫區(qū)內(nèi)的超導(dǎo)線圈組件。該超導(dǎo)線圈組件在運(yùn)行中產(chǎn)生與定子組件關(guān)聯(lián)的磁通。該轉(zhuǎn)子組件還包括扭矩傳遞組件，該扭矩傳遞組件包括第一管和第二管，該第一管和第二管位于超導(dǎo)線圈組件外部的徑向空間中，并且沿著轉(zhuǎn)子組件的縱向軸延伸。
文檔編號(hào)H02K3/47GK101517868SQ200780034812
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者彼得·M·溫 申請(qǐng)人:美國(guó)超導(dǎo)體公司