具有初级部分和次级部分的线性机器制造技术

本发明专利技术涉及一种线性机器，该线性机器具有一个初级部分（２０），该初级部分形成一个环绕轴线Ａ的接受体（１１）并且具有多个环形的初级线圈（２１），这些初级线圈关于该轴线Ａ被同心地安排、可以对它们提供交流电、并且被多个中间元件（２２）分离开，以便在该接受体（１１）中产生一个磁场；并且具有一个次级部分（３０），该次级部分能够被接受体（１１）中的磁场沿该轴线Ａ相对于该初级部分（２０）移动、并且配备了具有多个超导体绕组的多个次级线圈（３１）。为了产生允许高力密度的一种线性电动机，这些中间元件（２２）由不可磁化的材料制成，并且这些初级线圈（２１）和次级线圈（３１）被安排为带有一个气隙绕组，其中这些次级线圈（３１）是由一种高温超导体制成并且对它们可施加或者已施加了直流电流。通过这些线性电动机，在该接受体（１１）中实现了大于１８Ｎ／ｃｍ↑［２］的力密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种线性机器，该线性机器具有一个初级部分，该初级部分具有多个环形的初级线圈，这些初级线圈相对于一条轴线^:同心 地安排并且被多个中间元件彼此分离；并且具有一个次级部分，该次 级部分具有多个次级线圏，在这些次级线圈上可以施加直流电并且这 些次级线團在轴向上以交互的极性彼此并列安排并且具有多个超导体 绕组，使得一个部分平行于该轴线相对于另一部分可前后移动。DE 195 42 551 Al披露了一种线性电动才几，该电动机具有一个空 心圆柱形的初级部分，该初级部分具有多个环形初级线團，这些初级 线圏相对于一个次级部分的一条运动轴线同心地安排并且能够通过多 相电流来运作。由软磁材料构成的多个环形叠层板被安排在这些初级 线圏之间、被用作分离邻近的初级线圏的中间元件、并且形成多个可 磁化的齿，以便放大磁性通量并且将其传送给安排有该次级部分的接 受体。这些初级线圈和这些环形叠层板被容纳在一个由可磁化的材料 构成的空心圆柱形的辄中，该扼形成一个磁回路。该次级部分被安排 为使它能够在由该初级部分形成的接受体内轴向地移动。次级部分具 有由多个超导体绕组构成的多个场磁铁，这些场磁4失在轴向方向上以 交替的极性彼此前后安排。在DE 195 42 551中，这些次级绕组的磁 场与次级部分的轴线成直角。为了利用缠绕的线圈产生这个场方向， 电流从中流过的每个单独线圏的轴线必须与该线性电动机的运动轴线 成直角。只有在使用永久磁铁或超导实心体磁铁时这些磁铁才能够以 它们的内部圆周表面停留在由可磁化的材料构成的一个圆柱形的辄 中。虽然它们于是具有一种环形的形状，然而它们是径向磁化的。相 比之下，在缠绕的次级线圈的情况下，必须选择一种安排，其中多个 缠绕的线圏在该支撑体的壳体表面上、在圆周方向上并且在轴向方向 上彼此并列地偏移。当电流施加到这些初级和次级线圏上时产生的磁 性力在初级部分与次级部分之间产生一种相对运动。EP 1 465 328 Al披露了 一种线性电动机，在该电动机中初级部分 和次级部分被反向安排，这样次级部分在外部并且环绕初级部分。使这些軟磁的齿磁化的能力是受约束的，因为在该软磁材料中发生 磁饱和。为了在初级部分与次级部分之间通过初级部分的这些线圏中 的高电流密度获得更高的力密度，已经提出增加这些初级线圈匝数或 者增加可磁化材料的数量。这些措施已允许在试验阶段中对于圆形的 和多螺线管线性电动机实现了约8 N/cm2的力密度。然而，这些线性 电动机的物理尺寸和重量必须显著地增加以做到这一点。本专利技术的目的是提供一种线性机器，其中通过在初级部分和/或次 级部分上的设计措施，甚至对于小物理尺寸的线性机器也使得相当程 度地更高的力密度成为可能的。根据本专利技术，这个目的的实现是在于在初级部分中这些初级线圏的 安排是由不可磁化的材料构成的多个中间元件的一种气隙绕组的形 式，并且这些次级线圏是由一种高温超导体绕组构成，其结果是可以 实现大于18N/cm2的力密度。该线性机器优选地是一种线性电动机的 形式，其中通过将电流施加给初级线和次级线圏、经过以此方式产生 的磁场、在该初级部分与次级部分之间产生了平行于该轴线的相对运 动，并且本专利技术将在下文中主要参考这一情况进行说明。然而，该线 性机器也可以是一种发电机的形式，其中通过在初级部分与次级部分 之间的相对运动在这些初级线圏中所感应的电流被转换以便获得能 量。当该线性机器是一种线性电动机的形式时，通过将交流电流施加 到这些初级线圏上以及将直流电流施加到这些次级线圏上而能够实现 高的力密度。因为这些初级线圏的安排以及优选地同样这些次级线圏 的安排是一种气隙绕组的形式，就是说在这些初级线圏之间或者安排 在这些次级线圈之间都没有安排用于通量引导的可磁化的材料，在根 据本专利技术的线性机器情况下的力密度不受饱和磁化强度的限制。该初级部分中的电流水平(即在该初级部分的每个轴向长度的圆周方向中的电流)与已知线性电动机相比较可以被增大而无需放大线性 电动机的物理尺寸，其结果是与该电流水平成比例的力密度上升了而 没有饱和效应。优选地在这些初级线圏之间不安排用于集中磁通量的 铁或可磁化的任何材料。在次级部分中使用由高温超导材料(它具有高于77K的临界温度)构成的次级线圏允许将大的直流电流施加到这 些次级线圏上，以便使之有可能在该接受体中产生极强的磁场。根据 本专利技术的线性电动机的另一个优点是实现了在轴向方向上几乎是平滑 的一种力分布特征，因为该气隙绕组意味着实际上大体上没有磁阻力， 并且因此几乎没有发生齿槽力。此外，因为在初级部分与次级部分中 不存在永磁铁和可磁化的材料，因此当所提供的电流被切断时不发生 磁力，该线性电动机能够相对容易地进行维修和清理。特别是通过为该初级部分选择一个高的填充因数，在该初级部分中 能够实现一个高的电流水平。该填充因数被定义为电流所流过的这些 初级线圏的体积与这些中间元件以及可能处于这些初级线圏之间4壬4可 中间空间的体积的体积比。该初级部分的填充因数优选地大于70%并 且特别是大于85%。在轴向方向上相邻的初级线圏优选地有一个交流 电被施加给它们，该带有交流电120。的相位偏移，其结果是该线性电 动才几形成一个三相电动才几。在一个两相电动才几或者大于三相的一个多 相电动机的情况下，对该相位移动可以进行不同的适配或者选择。在优选的改进中，这些初级线圏可以具有由一个常规的导体(特别 是例如由铝或铜构成的一个导体)构成的多个绕组，其结果是这些初 级线圏可能(例如)以一种有成本效益的方式进4亍液体冷却或气体冷 却。例如，用水或油冷却是特别有利的。特别地，该常规导体也可以 由一个空心导体形成，其内部管被用于冷却。可替代地，这些初级线 圏的这些绕组能够由一种超导性导体(特别是是一种高温超导性导体) 所构成或由其制造。于是所施加的电流应该使用小于100Hz(特别是 小于50Hz)频率的交流电来施加，以便在这些超导电初级线圏中保持 低交流电损失，否则必须通过额外的冷却剂来补偿。在根据本专利技术的 线性电动机中能够获得大于18 N/cm2的力密度，并且当在这些次级线團以及在这些初级线圏中均使用超导体时，甚至有可能获得大于25 N/cm2的力密度。在这些线圏之间也可以形成多条冷却线路(冷却剂 可在其中流过)，或者可以使气隙在这些初级线圈之间(并且如果适 当在这些中间元件之间)开放，以便冷却这些初级线圈。这些中间元 件可以是环形段的形式，因此允许冷却剂被通过而到达这些初级线圏 的端面，这些端面未被这些环形段覆盖。这些中间元件可以在整个区 域上部分延伸或者在这些初级线圏的径向高度上带有中间空间。这些 中间元件还可以包括多个格栅结构、空心体或格栅体，它们在机械上 充分地坚固耐用并且同时允许冷却剂穿过它们而流动。此外，这些初级线圏和这些中间元件优选地;陂一个辄包覆，该扼优 选地由不可磁化的材料(特别是是一种没有任何铁的轻型材料)构成。 可替代地，该轭可以由不含铁和/或能被磁化的材料构成，用于磁场屏 蔽。特别地，该扼和这些中间元件可以形成用于这些初级线圏的一种 机械支持结构。为了将这些中间元件固定在轴向方向上，该轭在其内 部圓周上可以具有多个槽，在这些槽中这些中间元件以 一种互锁方式 接合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性机器，具有一个初级部分（２０），该初级部分具有多个环形初级线圈（２１），这些线圈关于一条轴线（Ａ）被同心地安排并且被多个中间元件（２２）彼此分离开；并且具有一个次级部分（３０），该次级部分具有多个次级线圈（３１），其上能够施加直流电并且这些次级线圈在轴向上彼此以交替的极性并列安排并且具有多个超导体绕组，使得一部分平行于该轴线相对于另一部分可移动，其特征在于，在该初级部分（２０）中这些初级线圈（２１）的安排是由不可磁化的材料构成的多个中间元件（２２）的一个气隙绕组的形式，并且这些次级线圈（３１）是由一种高温超导体的绕组构成的，其结果是可以实现大于１８Ｎ／ｃｍ２的力密度，其中这些次级线圈（３１）是环形的并且环绕该支撑体（３３）彼此相对地同心地安排，并且在这些次级线圈（３１）之间安排多个间隔元件，而这些次级线圈（３１）上在该轴向方向上被支撑在这些间隔元件上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J威佐瑞克，I哈恩，C比赫尔，J福尔科斯基，
申请(专利权)人：泽奈基电力公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]