[发明专利]具有超导转子绕组的电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括一转子的电机，所述转子包括一在运行中被冷却至 低温温度的超导转子绕组。

背景技术

电机、发电机或电动机(例如同步电机)如今可配备超导组件(例如转 子绕组)。为了将转子绕组冷却至工作温度，需要使用一冷却系统。这样的 冷却系统通常采用(例如)所谓的温差环流系统，并通过两相冷却介质(例 如氦、氢、氖、氮或氩)进行工作。一相应的转子通常具有一布置在转子绕 组区域内的冷却室，液态冷却介质被导入该冷却室，并在此蒸发从而实现冷 却功能，然后所述冷却介质被送回一冷头进行重新液化。

当电机启动运行时，电机和冷却系统的所有组件均处于室温下。冷却系 统接通后，首先是对所谓的冷头进行冷却，当温度足够低时开始工作气体的 液化。

由于工作气体的密度随着温度的下降而增大，尤其是会在液化过程中增 大，因此已知的方法是于室温下在一安装在冷却系统上的外部储存容器内储 存相应大小的气体体积，以便为电机工作提供足量的液化工作气体(也就是 液态冷却剂)。补偿压力容器中的冷却介质无论 在电机工作还是停机时通常都在环境温度下处于气体状态。借助这样的缓冲 系统至少可实现一种“按下按钮即可”的系统，也就是说使用者不必关注冷 却介质的补充或排放。使用者仅需在最初加满冷却介质后接通包括冷却系统 在内的电机即可。

为了减小死体积，也就是冷却回路中在系统工作时实际不需要的体积， 须在室温下力求达到尽可能高的初始压力。因此，补偿容器通常实施为压力 容器。补偿压力容器布置在电机外部，并通过一相应的连接管道与通向电机 的旋转转子的冷却系统相连。

一种已知的替代方案是当电机启动运行时从一储存器中补充工作气体。 这样设备操作员就必须承担补充工作气体的任务。

在此情况下，电机停机时就须将正在蒸发的工作气体重新存回所述储存 容器(例如贮气瓶或压力罐)，或者将其排放掉。尤其在补充和排放工作气 体时，使用者须留意工作气体的储存情况。此外工作气体通常价格昂贵，因 而须避免采用排放措施。由此产生的已知方法是将被排放的工作气体重新送 回一贮气瓶，然而这样做就要使用一外部压缩机。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种经改进的具有一超导转子绕组的电机。

这个目的通过一种包括一转子的电机而达成，其中，所述转子包括一运 行时处于环境温度下的轴。此外，所述电机包括一固定布置于所述轴上并在 运行时被冷却至低温温度的超导转子绕组。所述电机还包括一用以冷却所述 转子绕组的冷却系统，其中，所述冷却系统包括一用于冷却介质的补偿压力 容器。根据本发明，所述补偿压力容器布置在所述电机的所述转子的所述轴 上。

所述轴是在电机运行时须供以冷却介质的电机部件。将补偿压力容器直 接布置在这个轴上，就不必再设置通向补偿压力容器的外部连接管道。在此 情况下，布置在所述轴上的压力容器尽可能靠近在电机接通和运行时需要工 作气体的地方来储存工作气体。

所述补偿压力容器可通过(例如)法兰连接安装在所述轴上，例如布置 在通常不使用的电机B侧。

所述轴可至少在一分区段内设计为空心轴，并在该分区段的空心区域内 具有一用于所述补偿压力容器的空隙。本发明的这种设计方案所基于的认识 是，增大电机中原已存在的轴的直径，并将其实施为空心轴，或者扩大原已 存在的空心轴内的空腔或利用该空腔来布置补偿压力容器。这样就无需再为 外部压力容器设置必要的附加容积。所述轴的壁厚仅需达到足以实现其支承 功能的程度即可。

如果所述补偿压力容器由上述空隙构成，就可达到进一步节省材料的目 的。在此情况下，所述空心轴内不再安装分离式补偿压力容器，而是将所述 空心轴自身用作补偿压力容器。

所述空隙可呈圆柱形，并与所述转子的中央纵轴同心，这就允许所述空 心轴采用特别简单且有利于所述电机的设计。

由于所述补偿压力容器须借助一管道与冷却系统相连，使得工作气体的 交换成为可能，因此所述补偿压力容器也可借助一通道与冷却系统相连，其 中，所述通道是转子中的一空隙。借此也可省去需要为所述通道或连接管道 设置的分离式组件。

所述通道可与所述转子的中央纵轴同心。所述通道的这种同心布置方式 也可极大地简化制造，并使旋转轴获得有利的机械特性。