專利名稱：具有超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組以及包圍轉(zhuǎn)子繞組的整體式殼體的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電機，尤其同步電機的轉(zhuǎn)子-其中所述轉(zhuǎn)子具有定義了轉(zhuǎn)子軸線的轉(zhuǎn)子軸，-其中所述轉(zhuǎn)子具有繞組支架，所述繞組支架被抗扭地布設(shè)于轉(zhuǎn)子軸上，它因而能 在相對于轉(zhuǎn)子軸線而言的中間部段，包圍轉(zhuǎn)子軸，-其中繞組支架承載著超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組，-其中所述轉(zhuǎn)子具有殼體，所述殼體相對于轉(zhuǎn)子軸線而言，至少沿徑向包圍繞組支 架和轉(zhuǎn)子繞組。此外，本發(fā)明還涉及一種電機，尤其同步電機，-其中所述電機具有電機機殼，-其中這種轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地支承在所述電機機殼中，-其中定子被抗扭地布設(shè)在所述電機機殼中，所述定子相對于轉(zhuǎn)子軸線而言，沿徑 向包圍轉(zhuǎn)子，-其中定子承載著定子繞組，所述定子繞組可與電源連接。
背景技術(shù)：
這種轉(zhuǎn)子以及這種電機例如從DE10300269A1中公知。為了能夠充分冷卻超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組并且保護它免受外界的熱影響，不管在現(xiàn)有技 術(shù)中，還是在本發(fā)明中，殼體都是必需的。殼體必須具有較高的機械強度，以便能夠承受運 行時出現(xiàn)的機械載荷。此外，殼體必須具有較高的電導(dǎo)率，以便吸收不可避免的電磁諧波。在DE10300269A1中，殼體被設(shè)計成雙層的。它至少在沿徑向包圍繞組支架和超導(dǎo) 的轉(zhuǎn)子繞組的區(qū)域中，由沿徑向處于內(nèi)層的鋼和沿徑向處于外層的銅組成。在DE10300269A1中，轉(zhuǎn)子的設(shè)計結(jié)構(gòu)是費事的。要么必須以高配合精度制造鋼管 和銅管，要么把由銅和鋼組成的兩塊板互相連接并且隨后彎成管子，其中對對接棱邊進行 焊接。兩種處理方式都是費事的而且成本高昂的。此外，焊縫是設(shè)計結(jié)構(gòu)上的一個薄弱環(huán) 節(jié)。從US4465106A中同樣公知一種用于電機的轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子中，繞組支架被一種 多層的殼體包圍。所述多層的殼體具有由銅-鉻合金或者銅-鋯合金組成的中間層。所述 轉(zhuǎn)子在沿徑向方向的兩端，被含鐵的殼層包圍。從US3194655A中公知一種具有相對較高材料強度的銅鉻鋯合金。所述合金由 0. 6%至0. 9%重量百分比的鉻、0. 4%至0. 6%重量百分比的鋯以及除此以外的銅組成。
發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，對本文開頭所述類型的轉(zhuǎn)子進行改進設(shè)計， 使得殼體至少在其沿徑向包圍繞組支架以及繞組的區(qū)域，在制造工藝上更便于制造。
該技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求1所述特征的轉(zhuǎn)子加以解決。按照本發(fā)明，殼體至 少在其沿徑向包圍繞組支架和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組的區(qū)域，(殼體的圓筒面)整體式地由銅合 金組成，在所述銅合金中，銅中被攙入了少量的鉻(小于等于2%重量百分比)和鋯(0. 1% 至0.3%重量百分比)。此外，該技術(shù)問題還通過一種電機，尤其同步電機加以解決，在所述電機中，轉(zhuǎn)子 按照上述的改進方案進行設(shè)計。如果鉻的份額至少占0.5%重量百分比，則產(chǎn)生尤其好的結(jié)果。最佳方案在于鉻占 0. 8%至1. 2%重量百分比以及鋯占0. 2%至0. 3%重量百分比的范圍中。除了使用上述銅合金外，所述銅合金可以是一種強化的銅合金。在此，尤其可以考 慮沉淀硬化的銅合金以及氧化物彌散強化的銅合金作為所述強化的銅合金。作為備選或者 補充方案，所述銅合金可以是冷作硬化的和/或固溶強化的。由于殼體的圓筒面被設(shè)計成整體式的這種狀況，尤其可以將所述圓筒面設(shè)計成無 縫管。這樣，就不存在沿軸向延伸的焊縫了。
本發(fā)明其它的優(yōu)點和詳情，由對結(jié)合附圖的實施例所作的下列說明中得出。附圖 中以原理圖表示圖1示出經(jīng)過電機剖開示出的剖視圖，圖2示出經(jīng)過按照本發(fā)明的殼體的圓筒面剖開示出的剖視圖，以及圖3示出經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)的殼體的圓筒面剖開示出的剖視圖。
具體實施例方式按照圖1，電機1具有電機機殼2。轉(zhuǎn)子3被支承在所述電機機殼2中。所述轉(zhuǎn)子 3具有被支承在電機1的軸承5中的轉(zhuǎn)子軸4。所述軸承5在此通常被設(shè)計成滾動軸承。在 圖1中，它被表示成滾動軸承特有的結(jié)構(gòu)型式球軸承。但是作為備選方案，也可以將軸承5 設(shè)計成其它形式的滾動軸承，例如圓柱軸承。設(shè)置滑動軸承或者不接觸軸承(磁性軸承之 類)，也是可以的。轉(zhuǎn)子軸4定義了了轉(zhuǎn)子軸線6。轉(zhuǎn)子3可圍繞所述轉(zhuǎn)子軸線6轉(zhuǎn)動。接下來只要使用概念“軸向”、“徑向”以及“切向”，始終是相對于轉(zhuǎn)子軸線6而言。 概念“軸向，，在此表示平行于轉(zhuǎn)子軸線6的方向。“徑向”和“切向”方向，在與轉(zhuǎn)子軸線6 正交的平面中延伸?！皬较颉痹诖吮硎境蜣D(zhuǎn)子軸線6的方向或者離開轉(zhuǎn)子軸線6的方向。 “切向”是圍繞轉(zhuǎn)子軸線6的方向。轉(zhuǎn)子3具有繞組支架7。所述繞組支架7被抗扭地布設(shè)于轉(zhuǎn)子軸4上。繞組支架 7在中間部段8包圍轉(zhuǎn)子軸4。繞組支架7因此以一定的徑向間距沿切向環(huán)繞轉(zhuǎn)子軸4。
繞組支架7承載著轉(zhuǎn)子繞組9。所述轉(zhuǎn)子繞組9在此是超導(dǎo)的。 轉(zhuǎn)子3此外還具有殼體10。所述殼體10，按照圖1，不僅沿徑向而且沿軸向包圍繞 組支架7和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組9。殼體10沿徑向包圍繞組支架7和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組9的區(qū)域 10’，在下面被稱作殼體10的圓筒面10’。殼體10沿軸向包圍繞組支架7和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞 組9的區(qū)域10 “，在下面被稱作殼體10的端面10”。
按照圖1的結(jié)構(gòu)型式，不僅存在圓筒面10’，而且存在端面10”。但是也可以是其 他的結(jié)構(gòu)型式。但是至少圓筒面10’是始終存在的。定子11被抗扭地布設(shè)在電機機殼2中。所述定子11沿徑向包圍轉(zhuǎn)子3。定子11 承載著定子繞組12。所述定子繞組12可與電源13連接。所述電源13按照圖1的所示，通 常被設(shè)計成三相交流電源。電機1與之相應(yīng)地因而通常是三相交流電機。例如可以將所述 電機設(shè)計成同步電機。圓筒面10’，按照圖1，被沿徑向布設(shè)在定子11 一方與繞組支架7和轉(zhuǎn)子繞組9另 一方之間。尤其圓筒面10’，一方面必須是機械上牢固的，另一方面必須具有較高的電導(dǎo)率。 按照本發(fā)明的設(shè)想，圓筒面10’，也可參見圖2，整體式地由一種金屬合金組成。這種結(jié)構(gòu)型 式與現(xiàn)有技術(shù)的相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，參見圖3，圓筒面10’被設(shè)計成至少兩層的，例如按照 DE10300269A1的理論，圓筒面10，具有由鋼組成的內(nèi)層14以及由銅組成的外層15。由于 圓筒面10’整體式的結(jié)構(gòu)型式，此外可以將圓筒面10’按照圖2，尤其設(shè)計成無縫管(參見 圖2)。這種設(shè)計結(jié)構(gòu)也與現(xiàn)有技術(shù)不同，在現(xiàn)有技術(shù)中通常存在焊縫。將組成圓筒面10’的金屬合金(而且也優(yōu)選組成端面10”)選取為，使得它具有下 列材料特性-它是非磁性的，也就是說，它是抗磁性的或者順磁性的，但是不是鐵磁性的。-它(在20°時)具有的電導(dǎo)率，至少為銅(同樣在20°時)的電導(dǎo)率的60%。 在此優(yōu)選使所述電導(dǎo)率為銅的電導(dǎo)率的70%至90%。所述金屬合金，通常指銅合金。-金屬合金(在200°時)具有至少250N/mm2的機械抗拉強度。優(yōu)選具有甚至至 少^ON/mm2的機械抗拉強度。-金屬合金(同樣在200°時)具有至少200N/mm2的0.2%屈服極限。金屬合金 優(yōu)選具有甚至至少220N/mm2的0. 2%屈服極限。為了達到上述機械強度(即所需要的抗拉強度和必需的屈服極限)，必須適當(dāng)?shù)?選取金屬合金。尤其可以考慮銅中被攙入鉻和鋯的銅合金。所述銅合金在此可以含有最多 2. 0%重量百分比的鉻以及最多0. 3%重量百分比的鋯。下限為0. 0%重量百分比的鉻和 0.1%重量百分比的鋯。此外，所述金屬合金可以是一種被強化的金屬合金。尤其可以考慮沉淀硬化和氧 化物彌散強化對所述金屬合金進行強化。也可以將兩種措施相結(jié)合使用。另外，在采用單 種措施的情況下，也可以考慮冷作硬化和固溶強化作為備選方案。如果銅合金含有鉻，則它優(yōu)選含有至少0.5%重量百分比，尤其介于0.8%重量百 分比和1. 2%重量百分比之間的鉻。它優(yōu)選含有介于0. 2%重量百分比和0. 3%重量百分比 之間的鋯。尤其有利的是，銅合金不僅含有鉻，而且含有鋯，而且具有上面所述的優(yōu)選的量。 借助于這種銅合金，可以在溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過200°C時，達到至少300N/mm2的機械抗拉強度以及 至少230N/mm2的0. 2%屈服極限。這種合金的電導(dǎo)率高達銅的電導(dǎo)率的85%。上面的描述僅僅被用于說明本發(fā)明。本發(fā)明的保護范圍，反之則只能通過所附的 權(quán)利要求書來確定。
權(quán)利要求
1.一種用于電機(1)，尤其同步電機⑴的轉(zhuǎn)子，-其中所述轉(zhuǎn)子具有定義了轉(zhuǎn)子軸線(6)的轉(zhuǎn)子軸G)，-其中所述轉(zhuǎn)子具有繞組支架(7)，所述繞組支架(7)被抗扭地布設(shè)于轉(zhuǎn)子軸(4)上， 它因而能在相對于轉(zhuǎn)子軸線(6)而言的中間部段(8)，包圍轉(zhuǎn)子軸0)， -其中繞組支架(7)承載著超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組(9)，-其中所述轉(zhuǎn)子具有殼體(10)，所述殼體(10)相對于轉(zhuǎn)子軸線(6)而言，至少沿徑向 包圍繞組支架(7)和轉(zhuǎn)子繞組(9)，-其中殼體(10)至少在其沿徑向包圍繞組支架(7)和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組的區(qū)域(10’ ) (殼體10的圓筒面10’)，整體式地由銅合金組成，所述銅合金含有最多2. 0%重量百分比 的鉻，最少0. 以及最多0. 5%重量百分比的鋯以及除此以外的銅。
2.按照權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述銅合金含有至少0.5%重量百分比的鉻。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述銅合金是一種強化的金屬合金。
4.按照權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述被強化的銅合金是一種沉淀硬化的 銅合金。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述強化的銅合金是一種氧化物彌散 強化的銅合金。
6.按照上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，將上述圓筒面(10’)設(shè)計成 無縫管。
7.一種電機，尤其同步電機，-其中所述電機具有電機機殼0)，-其中在所述電機機殼O)中，可轉(zhuǎn)動地承載著按照上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn) 子⑶，-其中定子(11)被抗扭地布設(shè)在電機機殼O)中，所述定子(11)相對于轉(zhuǎn)子軸線(6) 而言，沿徑向包圍轉(zhuǎn)子(3)，-其中定子(11)承載著定子繞組(12)，所述定子繞組(1 可與電源(1 連接。
全文摘要
一種用于電機(1)、尤其同步電機(1)的轉(zhuǎn)子(3)，具有定義了轉(zhuǎn)子軸(4)的轉(zhuǎn)子軸線(6)。所述轉(zhuǎn)子(3)具有繞組支架(7)，所述繞組支架(7)被抗扭地布設(shè)于轉(zhuǎn)子軸(4)上，它因而能在相對于轉(zhuǎn)子軸線(6)而言的中間部段(8)，包圍轉(zhuǎn)子軸(4)。繞組支架(7)承載著超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組(9)。轉(zhuǎn)子(3)具有殼體(10)，所述殼體(10)相對于轉(zhuǎn)子軸線(6)而言，至少沿徑向包圍繞組支架(7)和轉(zhuǎn)子繞組(9)。殼體(10)至少在其沿徑向包圍繞組支架(7)和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)子繞組(9)的區(qū)域，整體式地由非磁性的金屬合金組成，所述非磁性的金屬合金在20°時具有至少60％的銅的電導(dǎo)率，在200°時具有至少250N/mm2的機械抗拉強度，以及在200°時具有至少200N/mm2的0.2％屈服極限。
文檔編號C22C9/00GK102113198SQ200980129651
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者彼得.范哈塞爾特, 斯文.加特爾曼, 邁克爾.弗蘭克 申請人:西門子公司