用于灌封線圈的設備和方法
【專利說明】用于灌封線圈的設備和方法
[0001]本發明涉及用于灌封導電線圈、尤其是超導性線圈的設備和一種用于所述設備的運行方法。
[0002]為了應用在電機尤其是電動機和發電機中，制造包括一個或多個卷繞的線圈導體并且用灌封材料灌封的導電線圈。尤其是超導性線圈通常由多層卷繞的線圈導體(由超導性材料構成)制造，其嵌入基于環氧化物/胺或者環氧化物/酸酐的硬化的灌封材料中。
[0003]為了使用在發電站的發電機中，需要這樣的線圈，它們能夠承受在每分鐘3600轉范圍內的高轉速并且具有在Im乘4m范圍內的較大側面尺寸。由于所出現的較大離心力，線圈必須在機械上是非常穩定的。此外，線圈必須是非常精確匹配的并且具有幾何非常穩定的外輪廓，其中，所要求的公差在10ym的范圍內。通過迄今已知的灌封方法，所述公差值只能通過對灌封的線圈進行事后加工實現。然而，這種再加工不適合于制造超導性線圈，因為超導性材料、尤其是陶瓷高溫超導體對機械負荷非常敏感。另一困難在于將灌封的線圈從灌封模中分離出，因為通過已知的灌封方法同樣對線圈造成機械負荷，這可能容易導致超導性材料損壞。考慮到超導性線圈的較高成本，必須避免這種機械損壞。
[0004]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于灌封線圈、尤其是超導性線圈的設備，其能夠避免所述缺點。本發明的另一技術問題在于，提供一種用于輸送設備的運行方法。
[0005]該技術問題按本發明通過權利要求1所述的設備和權利要求9所述的方法解決。
[0006]按照本發明的用于灌封線圈的設備包括外部的灌封容器、用于容納至少一個待灌封的線圈的灌封室和用于填充灌封材料的裝置。所述外部的灌封容器用內部的灌封容器加襯，所述內部的灌封容器的材料具有低于500的維氏硬度并且其材料具有45攝氏度至200攝氏度之間的熔點。
[0007]所述設備的外部灌封容器可以比迄今設備中的灌封容器更簡單而成本低廉地制造，因為灌封的線圈的表面質量和精度只通過內部灌封容器的特性決定。內部灌封容器的制造例如可以成本低廉地通過填充內部灌封容器的熔化的材料并且接著掏空而實現。內部灌封容器的材料的維氏硬度優選低于200，特別優選低于50。內部灌封容器的材料的熔點優選低于120攝氏度。
[0008]在按照本發明的用于按本發明設備的運行方法中，通過機械的或者熱學的加工實現所述內部的灌封容器的成型。此外，將至少一個待灌封的線圈定位在灌封室內，將灌封材料填充到灌封室內剩余的空腔中，并且使灌封材料硬化。最后將被灌封的線圈從所述設備中分離出。按照本發明的運行方法有利地實現了以相比已知方法更準確的制造公差制造線圈，尤其是超導性線圈。這通過對內部灌封容器的材料的簡單加工實現，從而可以避免對被灌封的線圈的事后加工。由于內部灌封容器的材料的較小硬度，其能夠以簡單的方式例如通過用銑床進行刨花或銑削而加工。被灌封的線圈在尺寸要求上的小修改可以有利地通過內部灌封容器加工中的修改實現，而不需要修改外部灌封容器。此外，在將灌封的線圈分離出的過程中的機械應力相比已知的灌封方法明顯減小，因為針對內部灌封容器使用了軟且可輕易融化的材料。由此能夠以精確的公差和較高的過程產出制造尺寸為幾米的線圈。在形成灌封的線圈時，不需要在較容易的機械脫離方面進行妥協(例如使用在之后的應用中并不期望適用于線圈的壁)。
[0009]按照本發明的設備的有利的設計方案和擴展設計由權利要求1的從屬權利要求得出。相應地，所述設備可以附加地具有以下特征:
[0010]-所述內部的灌封容器的材料可以是由脂肪類的碳氫化合物組成的固體混合物。所述材料尤其可以是石蠟或者微晶蠟。使用這些材料允許特別成本低廉地制造內部灌封容器。此外，石蠟和微晶蠟是環境中性的并且可以多次重復使用。通過石蠟和微晶蠟的疏水和絕緣的性能，可能存在于灌封線圈表面上的殘渣不會產生不利影響。
[0011]-灌封模可以包括蓋子。因此可以在將線圈放置在灌封室中之后借助蓋子封閉灌封模。所述外部的灌封容器與所述蓋子能夠通過密封件相互連接。
[0012]-所述蓋子可以用脫模劑、尤其是PTFE(聚四氟乙烯)材料涂層。這使得蓋子可以更容易從灌封線圈上脫離下來并且在灌封之后打開蓋子。
[0013]-所述設備可以包括加熱裝置、溫度傳感器和用于根據所述溫度傳感器的測量值調節溫度的調節裝置。
[0014]-所述設備可以包括用于對灌封室進行抽真空和/或通風的裝置。這允許實現在真空狀態下進行灌封和灌封材料的硬化以及在打開蓋子之前對灌封室進行通風。
[0015]-所述設備可以包括用于排出所述內部的灌封容器的材料的排出裝置。
[0016]-所述設備的灌封室可以具有套圈的形狀，也就是具有雙重關聯的拓樸結構，因此灌封室特別適用于容納一個或多個線圈。在這種情況下，所述內部的灌封容器和所述外部的灌封容器分別具有內壁和外壁。
[0017]按照本發明的運行方法的有利的設計方案和擴展設計由權利要求9的從屬權利要求得出。相應地，所述方法可以附加地具有以下特征:
[0018]-在灌封材料硬化之后，為了分離出被灌封的線圈，可以通過加熱到45攝氏度至225攝氏度之間的溫度而使所述內部的灌封容器液化或者軟化。這允許灌封線圈特別受保護地從設備中分離出，從而在很大程度上避免了分離時線圈的機械負荷。
[0019]-在這種情況下，液化的或者軟化的灌封材料可以通過排出裝置排出。
[0020]-所述外部的灌封容器可以用所述內部灌封容器的材料多次地加襯，并且將每個由此制造的內部灌封容器用于進行灌封。外部灌封容器的這種原則上可任意地經常重復使用的性質允許特別成本低廉地實施所述方法，因為外部灌封容器的成本通常明顯高于內部灌封容器的成本。
[0021]-所述待灌封的線圈可以在所述設備的灌封室中定位在至少一個第一間隔墊片上。這允許了在很大程度上用灌封材料包圍線圈，從而在很大程度上保護卷繞的線圈導體不受外部的機械、化學和電力因素的影響。
[0022]-可以將多個單獨的線圈定位在所述設備的灌封室內，并且共同地灌封為一個線圈體。在此可以將至少一個間隔墊片定位在所述多個線圈之間。
[0023]-在填充灌封材料之前或者之后可以對所述設備的灌封室進行抽真空。
[0024]以下參照示意性附圖根據優選實施例描述本發明。在附圖中:
[0025]圖1以示意性俯視圖示出用于灌封超導性線圈的灌封模并且
[0026]圖2示出按照圖1的剖切平面II剖切得到的橫剖面，其更詳細地顯示了灌封模的結構。
[0027]圖1示例性地示出用于灌封超導性矩形線圈的灌封模I的俯視圖。在該視圖中，出于直觀性原因只顯示了最容易看到的組成部分，即外部的灌封容器3和灌封室5，其形狀與待灌封的賽道線圈匹配。在這個實施例中，外部灌封容器3具有外壁7和內壁8，因此在中間形成自由的空腔。也可以考慮灌封模的其它實施例，在這些實施例中不存在內壁并且灌封室5由簡單相連的容積構成。作為對倒圓的矩形的所示形狀的備選，灌封室的形狀例如也可以是環形或者橢圓形的。在優選的實施例中，外部的灌封容器3由鋁制成，其作為實心的形狀穩定的材料適用于制造這種形狀。
[0028]圖2示出按照圖1中的剖切平面II剖切得到的灌封模I的一部分的橫剖面，其中可以更詳細地看到灌封模I的結構并且在灌封室5中布置有線圈9