专利名称：具有初级部分和次级部分的线性机器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种线性机器，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。
本发明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。
根据本发明，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，并且本发明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 据本发明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 本发明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。在根据本发明的 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。将这些中间元件固定在该轭上允许这些初级线圏在轴向方向上 支撑在这些中间元件上，这意味着该轭在轴向方向上能够吸收作用于 这些初级线圏上的这些磁场力。特别有利的是不用铁来形成该初级部 分以便获得用于该初级部分(并且由此用于该线性机器)的特别轻型 的设计，而同时避免饱和效应。可替代地，该辄可以具有一种可磁化 的材料，以便形成用于该磁通量的一个回路。
这些初级线圏可以封装在塑料中，优选地在合成树脂中，特别是在 环氧树脂中。在本发明的一个有利改进中的这些中间元件同样是由塑 胶(优选地由合成树脂，特别是由环氧树脂)制造并且可以用纤维增 强物来增强，例如，通过插入玻璃纤维材料。
这些超导电次级线圏能够运送高电流密度，优选地大于50 A/mm2 的电流密度，另外优选地大于70 A/mm2并且特别是大于100 A/mm2， 因此使之有可能通过这些次级线圏产生一个极强的磁场。能够由该气隙中的这些次级部分产生的这些磁通密度可能达到大于0. 5泰斯拉， 优选地大于1泰斯拉，并且可能等于2泰斯拉。该次级部分优选地具 有一个圆柱形的支撑体，该支撑体被安排为邻近或者处在其壳体表面 上。该次级部分的支撑体优选地由一种非磁化材料生产，例如由纤维 增强的塑胶。该支撑体还可以由一种磁性材料(特别是铁)生产或构 成。在一个改进中，这些次级线圈具有一种环形的形状并且关于该轴 线彼此相对地同心地安排并安装在该次级部分的相关联的支撑体上。 在轴向方向上邻近的次级线圈在运行过程中通过相反的极性连接使直 流电以反相施加到其上。再一次，为了产生气隙绕组，在这些次级线 圏之间可以安排多个环形的间隔元件。在这个改进中，邻近的次级线 圏优选地彼此相距一定距离，该距离是对应的次级线圏在轴向方向上 的宽度的至少两倍，并且优选地大于该倍数。还可以将多个线圏组合 形成一个组，全都具有相同的电流流动方向(串联或并联连接)。于 是，在每一情况下仅有一个相反的电流方向被施加到邻近的线圏组上。
本发明的进一步的优点和特征将参考作为线性机器的一台线性电 动机的多个示例性实施方案(它们在附图中被示意性展示)进行说明。 在这些附图中
图1示出了根据一个第一示例性实施方案并且处于一个纵向截面
的形式的根据本发明的带有个初级部分和次级部分的一台线性电动 机；并且
图2示出了图1的次级部分的一个透视图。
图l展示了总体上注释为IO的一台线性电动机，它带有一个初级 部分20和一个次级部分30。初级部分20围绕一个圆柱形的接受体11， 次级部分30可以在该接受体中沿一条中心轴线A前后移动。在所展示 的示例性实施方案中，初级部分20具有五个初级线圏21，这些初级 线圏相对于轴线A同心地安排。该图仅示出一台完整的电动机一个电 动机段，因为(例如)线團或线圏组的数目必须被三整除(例如，用 于三相运行)。这些初级线圈21包括可以施加相移的交流电或者三相 电流的多个环形盘式线圏，(例如)在外部圆周上经由多个触点(未展示)的经过120。相移，以便通过接受体11中的这些初级线圏21产 生一个移动的磁场。这些初级线圈21的这些绕组(它们由铜导体构成) 被环氧树脂封装，以提供机械牢固性。在这些初级线圏21之间同样安 排了多个环形的中间元件22，这些初级线圈21的端面在轴向方向上 ,皮支撑在这些中间元件22上。这些中间元件22在轴向方向上从这些 初级线圈21的内圆周延伸到这些初级线圏21的外圆周。 一个空心圆 柱形的轭23 (这些中间元件22被锚固在其上(未展示))停靠在这 些中间元件22和这些初级线圏21的外圆周上。辄23和这些中间元件 22因此形成一个机械支持结构，用于在其中容纳这些初级线圈21。
环绕初级部分20的辄23可以由不可磁化的材料构成，或者为了屏 蔽的目的还可以由可磁化的材料构成。在后者情况下，它甚至有可能 使力密度增加。如果轭23由导电的材料构成，则它可以优选地通过叠 层的或者有缝隙的材料形成，以便减少交流电损失。
通过举例的方式，根据本发明，这些中间元件22可以由玻璃纤维 增强的塑料构成，因此不能被磁化，其结果是，当电流施加到这些初 级线圏21上时在接受体11中产生的磁场不受这些中间元件22的饱和 磁化强度的限制。实质上在这些初级线圈21之间没有用于通量引导的 可磁化的材料。这些初级线圏21在轴向方向上彼此并列定位的安排因 此是^L称为气隙绕组的形式。在这些初级线圏21之间的这些"气隙" 被这些中间元件22填充，这些中间元件可能是部分空心的和/或被专 门用于绝缘。在初级部分20中因此能够使用轴向长度的每个单元带有 大匝数的非常宽的初级线圈21。因为这些中间元件22的体积仅占这 些初级线圏21的体积的一小部分，带有运送电流并且还产生磁场(移 动磁场)的多个线匝的初级部分的填充因数远大于50%。因此，可将 一个更高的电流引入初级部分20的这些初级线圏21中。
图1和图2中展示的次级部分30具有多个环形次级线圏31,这些 次级线圏相对于轴线A同心地安排并且由一种高温超导体构成。这些 次级线圏31 (它们在大于20 K的低温下是超导的)上施加了直流电，
ii在轴向方向上邻近的次级线圏31是反相连接的。次级部分30中的这 些高温超导体绕组和多个次级线圏31可以是扁平线圏的形式、双扁平 线圏的形式、由这些扁平线圏或者短的螺线管线圈构成的组。多个环 形的间隔元件32同样被安排在这些次级线團31之间，并且相对于轴 线A被同心地安排。这些间隔元件32是由玻璃纤维增强的环氧树脂构 成并且与这些次级线圈31—起安排在一个空心圆柱形的支撑管33上。 空心圆柱形支撑管33可以由软磁的可磁化的材料(例如软磁铁)制造， 或者可以同样地(例如)由玻璃纤维增强的塑胶构成。为了允许(例 如)用液体氮冷却这些次级线圏31，低温恒温器34配备有一个双壁 管36。在管36的"温暖的"外部管壁与"寒冷的"内部管壁之间的 中间空间(未展示)被抽空，以便防止热从外部引入低温恒温器34或 者抑制它。如果有要求的话，围绕该冷却管壁还可以安装由可商购的 表面绝缘片构成的一个绝缘层。力是通过示意表示的传输元件35a和 35b从次级部分30传输到低温恒温器34的。这些传输元件35a、 35b 是由一种低热传导率以及高机械强度的材料构成，例如，玻璃纤维增 强的塑胶。这些次级线圏31可以通过等于100 A/mi^的电流密度来运 行。线性电动机10 (带有根据本发明设计的一个初级部分20以及带 有根据本发明设计的这些初级线圏的一种气隙绕组和一个次级部分 30)允许在该初级部分与该次级部分之间的接受体11中获得大于18 N/cnP的力密度，以便平行于该轴线A使次级部分30移动。
从以上说明和从属权利要求中，许多改变对于本领域普通技术人员 将是明显的。初级和次级线圏在轴向方向上的数目仅是一个实例，并 且特别是可以随这些线圏的宽度以及该线性电动机的总体长度来改 变。这些次级线圏还能以螺旋形状安排。该轭和用于次级部分的支撑 管也可以由包含铁的材料构成。如果这些次级线圏已经与这些间隔件 一起被坚固地彼此连接(例如，通过真空浸渍)，用于次级部分的支 撑管也是可以被省略。可替代地，用于次级部分的支撑管可以由叠层 的和有缝隙的可磁化的材料构成，或者同样地(例如)由玻璃纤维增 强的塑胶构成。在该次级部分中硬磁材料也可以被用作流经直流电的 支撑管。特别地，当使用一般的传导性初级线圈时，它们能够间接地或者优选直接地进行冷却，例如通过水、油、气体或氮气(N2)。可 替代地，还有可能使用适当的气体或者干冷却，它允许在77K以下的 一个工作温度，例如20 K或者30 K。为了进一步减少该初级部分中 的涡流损耗，这些初级线圏可以配备有多个导线编织的绕组。如果需 要， 一个第二初级部分还可以安排在该次级部分内，以《更进一步增加 力密度。除了次级部分，初级部分也可以通过施加电流时产生的磁场 而平行于该轴线移动。该初级部分可以安排在内部而该次级部分可以 安排在外部。在作为发电机的线性机器的一个改进中，施加直流电的 次级部分可以机械地移动，例如通过波浪驱动的发电站的一个上升和 下降的浮标。通过次级部分的这种运动在初级部分的这些初级绕组中 感应的电流是可以被用于获得能量，使得该线性机器于是充当一台发 电才几。除了次级部分，该初级部分也可以平4亍于该轴线进4亍向后和向 前的运动而使次级部分保持静止，而没有离开所附权利要求的保护范 围。
权利要求
1.一种线性机器，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。
2. 如权利要求1所述的线性机器，其特征在于，在该次级部分(20 ) 中这些次级线圏(31)的安排是处于一种气隙绕组的形式。
3. 如权利要求1或2所述的线性机器，其特征在于，用于集中磁 通量的不可磁化的(特别是非铁的)材料被安排该初级部分(20)的 这些初级线圏(21 )之间< 并且在该次级部分(30)的这些次级线圏(31 ) 之间。
4. 如权利要求l、 2或3所述的线性机器，其特征在于，由这些初 级线圏(21)与这些中间元件(22)和/或空气中间空间的体积比定义 的该初级部分(20)的填充因数大于70%,并且特别是大于85。/。。
5. 如权利要求1至4所述的线性机器，其特征在于，这些初级线 圈(21)是由一种常规导体的绕组构成，特别是是由铝或铜构成的一 种导体绕组或空心导体绕组构成。
6. 如权利要求1至4之一所述的线性机器，其特征在于，这些初 级线圏是由一种超导体绕组制造的，优选是一种高温超导体。
7. 如权利要求1至6之一所述的线性机器，其特征为一个轭(32 ), 该轭包覆这些初级线團(21)和这些中间元件(22)并且该轭优选地 由非磁性材料或者不可磁化的材料构成，特别是轻型材料构成。
8. 如权利要求7所述的线性机器，其特征在于，该轭在其内部圆 周上具有多个槽，在这些槽上锚固了这些中间元件(22)。
9. 如权利要求1至8之一所述的线性机器，其特征在于，这些初 级线圏(21 )和/或这些次级线圏(31 )被封装在塑料中，优选在合成 树脂中，特别是在环氧树脂中，其中这些中间元件部分地或者全部地 包括该塑胶护套。
10. 如权利要求1至9之一所述的线性机器，其特征在于，在这 些次级线圏(31 )上可以施加或者施加了大于50 A/mm2、优选大于70 A/mm2、并且特别是大于100 A/mm2的电流密度，和/或其特征在于这 些次级线圏的磁场平行于该轴线是对齐的。
11. 如权利要求1至10之一所述的线性机器，其特征在于，该 次级部分具有一个圆柱形的支撑体(33)，这些次级线圏(32)安排 在该支撑体的壳体表面上。
12. 如权利要求11所述的线性机器，其特征在于，该支撑体(33) 是不可磁化的或者是由不可磁化的材料构成。
13. 如权利要求1至12之一所述的线性机器，其特征在于，这 些间隔元件(32)是不可磁化的或者是由不可磁化的材料构成。
14. 如权利要求13所述的线性机器，其特征在于这些次级线圏具有一个宽度，并且在邻近的次级线圈(31 )之间的距离对应于这些 次级线圈(31)的宽度的至少两倍。
15. 如权利要求1至14之一所述的线性机器，其特征在于，在 这些初级线圈上可以施加或者施加了交流电，通过给这些初级和次级 部分(21, 31)施加电流该初级部分和次级部分(20; 30)能够彼此 相对移动，并且该线性机器形成一台线性电动机(10)。
16. 如权利要求15所述的线性机器，其特征在于，这些初级线 圏是由一种超导体绕组制造的，优选地是一种高温超导体、使所施加 的的交流电在低于100 Hz的频率上，特别地是小于50 Hz的频率上振 荡。
17. 如权利要求1至16之一所述的线性机器，其特征在于，在 一种外部运行的基础上能够^f吏该初级部分或该次级部分平行于该轴线 移动，其中由该初级部分与该次级部分之间的轴向运动在这些初级线 圏中感应出的电流可以^皮引出并且该线性才几器形成一台发电才几。
18. 特别是如权利要求1至9、 16或17之一所述的一种线性机 器的一个初级部分，该初级部分具有多个环形初级线圏(21)，这些 初级线圏相对于一条轴线(A )被同心地安排并且被多个中间元件(22 ) 分离，其特征在于，在该初级部分(20)中这些初级线圏(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，并且交流电流能够以一个相位偏移而施加到多个初级线圏上， 这些初级线圏是彼此并列定位的。
19. 特别是如权利要求1或9至18之一所述的一种线性机器的 一个次级部分，该次级部分具有多个次级线團(31),这些次级线圈 被轴向彼此并列地安排并且具有多个超导体绕组，其特征在于这些次 级线圏(31)的安排是处于一种气隙绕组的形式，其中这些次级线圏(31 )是由一种高温超导体制造并且在多个次级线圏上可以施加或者施加了相反极性的直流电，这些次级线圏是彼此并列定位的。
全文摘要
本发明涉及一种线性机器，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<sup>2</sup>的力密度。
文档编号H02K55/04GK101663809SQ200880009843
公开日2010年3月3日 申请日期2008年3月25日 优先权日2007年3月27日
发明者C·比赫尔, I·哈恩, J·威佐瑞克, J·福尔科斯基 申请人:泽奈基电力公司