一種超導(dǎo)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超導(dǎo)電機，由定子、轉(zhuǎn)子和低溫冷卻系統(tǒng)組成，所述的定子由機座、定子背鐵以及定子繞組組成，所述的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸以及設(shè)于轉(zhuǎn)軸上的常溫密封筒和轉(zhuǎn)子繞組，常溫密封筒端部設(shè)有密封端板，常溫密封筒和密封端板形成真空夾層，真空夾層內(nèi)設(shè)有磁體骨架以及固定在磁體骨架上的超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體線圈，多個超導(dǎo)磁體線圈由電流引線連接，通過一套勵磁裝置來提供勵磁電流，與現(xiàn)有的超導(dǎo)電機相比具有大扭矩、低漏熱、功率密度高等特點，適于用作并聯(lián)可調(diào)電抗器、串聯(lián)可調(diào)電抗器，還適合在電力傳動大容量高溫超導(dǎo)電動機和直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電用大容量高溫超導(dǎo)發(fā)電機等要求大扭矩的場合中運用。
【專利說明】一種超導(dǎo)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)電機領(lǐng)域，具體涉及一種大容量高溫超導(dǎo)電機，特別適于作大功率、低轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、運行成本低等要求的電力傳動用大容量高溫超導(dǎo)電動機和高溫超導(dǎo)直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)電機是六十年代以來發(fā)展的技術(shù)，在電機中采用超導(dǎo)材料可以明顯提高電機的氣隙磁密，進而減小電機的體積和重量，同時由于超導(dǎo)線材不存在損耗，可以提高系統(tǒng)的效率及其穩(wěn)定性。
[0003]已有技術(shù)中有多種超導(dǎo)電機結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)相關(guān)電機的結(jié)構(gòu)為軸向串連結(jié)構(gòu)。即磁體及其固定結(jié)構(gòu)(低溫部分)與隔熱支撐結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)軸采用串連形式。
[0004]該結(jié)構(gòu)中采用常規(guī)圓筒形力矩管，該形式隔熱支撐裝置中，其材料受力為層間剪切，不利于發(fā)揮材料的拉壓方面的優(yōu)勢，限制功率的提高。
[0005]在串連結(jié)構(gòu)中，由于低溫部分的縮短，需要在結(jié)構(gòu)上對其進行補償，通常采用滑動和彈性兩種補償結(jié)構(gòu)形式，對于大型結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)的補償難度增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，從電機結(jié)構(gòu)形式入手，優(yōu)化電機結(jié)構(gòu)形式，提供一種能滿足實際工作需求的大功率、低轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高的超導(dǎo)電機結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種超導(dǎo)電機，由定子、轉(zhuǎn)子和低溫冷卻系統(tǒng)組成，所述的定子由機座、定子背鐵以及定子繞組組成，所述的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸以及設(shè)于轉(zhuǎn)軸上的常溫密封筒和轉(zhuǎn)子繞組，常溫密封筒端部設(shè)有密封端板，常溫密封筒和密封端板形成真空夾層，真空夾層內(nèi)設(shè)有磁體骨架以及固定在磁體骨架上的超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體線圈，多個超導(dǎo)磁體線圈由電流引線連接，通過一套勵磁裝置來提供勵磁電流。
[0008]所述的一種超導(dǎo)電機，其勵磁裝置的勵磁方式采用有刷或無刷勵磁方式，所述的定子繞組為單層/雙層的Robel線或Litz線結(jié)構(gòu)，定子采用有鐵齒的常規(guī)交流電機定子或氣隙電樞，定子的冷卻方式為水冷卻或空冷。
[0009]所述的一種超導(dǎo)電機，其磁體骨架上同時連接有冷媒輸入管和冷媒輸出管，冷媒輸入管和冷媒輸出管的另一端與低溫制冷系統(tǒng)連接，低溫冷卻系統(tǒng)與冷媒輸入管、冷媒輸出管之間連接有旋轉(zhuǎn)密封裝置，冷媒通過冷媒輸入管提供低溫冷媒，通過冷媒輸出管輸出較高溫度冷媒到低溫制冷系統(tǒng)，然后再通過冷媒輸入管輸入形成閉式循環(huán)，冷媒在外部采用低溫泵提供動力。
[0010]所述的一種超導(dǎo)電機，其磁體骨架底端設(shè)有低溫支撐連接部，常溫密封筒外緣設(shè)有常溫徑向連接扣，常溫徑向連接扣和低溫支撐連接部之間連接有徑向的隔熱支撐桿。
[0011 ] 所述的一種超導(dǎo)電機，其常溫密封筒和磁體骨架上還分別設(shè)置有常溫軸向連接扣和低溫軸向連接扣，常溫軸向連接扣和低溫軸向連接扣之間連接有軸向的隔熱支撐桿。
[0012]所述的一種超導(dǎo)電機，其磁體骨架上開設(shè)有傳輸孔，超導(dǎo)磁體內(nèi)部設(shè)置有冷媒傳輸管。
[0013]所述的一種超導(dǎo)電機，其旋轉(zhuǎn)密封裝置包括冷媒回流管以及與冷媒回流管同心、進入電機內(nèi)部的低溫管，冷媒回流管和低溫管之間設(shè)有真空隔層，冷媒回流管外設(shè)有管狀
真空層。
[0014]所述的一種超導(dǎo)電機，其隔熱支撐桿包括細(xì)長的桿體以及設(shè)于桿體兩端的球形連接頭，所述的連接扣上設(shè)有容連接頭置入的型腔以及與桿體適配的型槽，所述的型腔下方設(shè)有彈簧。
[0015]所述的一種超導(dǎo)電機，其轉(zhuǎn)子繞組固定在繞組支架上，采用浸泡式或傳導(dǎo)式冷卻，超導(dǎo)磁體線圈采用跑道形線圈或馬鞍型線圈，轉(zhuǎn)子外緣設(shè)有電磁屏蔽層。
[0016]所述的一種超導(dǎo)電機，其轉(zhuǎn)軸端部設(shè)有軸盤，所述的磁體骨架頂端部設(shè)有多層鍍鋁滌綸薄膜包扎層。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有的超導(dǎo)電機相比，具有大扭矩、低漏熱、功率密度高等特點，適于用作并聯(lián)可調(diào)電抗器、串聯(lián)可調(diào)電抗器，還適合在電力傳動大容量高溫超導(dǎo)電動機和直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電用大容量高溫超導(dǎo)發(fā)電機等要求大扭矩的場合中運用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明總裝圖；
圖2為本發(fā)明定子的裝配圖；
圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)子去掉電磁屏蔽層和密封端板的軸測圖；
圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子去掉電磁屏蔽層和密封端板的軸向視圖；
圖5為本發(fā)明轉(zhuǎn)子去掉電磁屏蔽層和密封端板的徑向視圖；
圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子的軸向剖視圖；
圖7為圖6中B-B方向的剖視圖；
圖8為圖6中C-C方向的剖視圖；
圖9為圖6中D方向的示意圖；
圖10為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖11為本發(fā)明隔熱支撐桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為本發(fā)明常溫連接部分的剖視圖；
圖13為本發(fā)明常溫連接部分的分解圖。
[0019]各標(biāo)記名稱為:100-定子，101 —機座，102 —定子背鐵，103 —定子繞組，200-轉(zhuǎn)子，201-轉(zhuǎn)軸，202-常溫密封筒，203 —真空夾層，204 —密封端板，205 —磁體骨架，206 —鍍鋁滌綸薄膜包扎層，207 —低溫支撐連接部，208 —冷媒傳輸管，209 —軸盤，211 —常溫軸向連接扣，212 —低溫軸向連接扣，213 —電磁屏蔽層，214 —冷媒輸入管，215 —冷媒輸出管，220 —超導(dǎo)磁體，221 —超導(dǎo)磁體線圈，222 —電流引線，230 —隔熱支撐桿，231 —連接頭，232 —桿體，240 —常溫徑向連接扣，242 —彈簧，300-低溫冷卻系統(tǒng)，311 —真空層，312 —冷媒回流管,313 —真空隔層,314 —低溫管?！揪唧w實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。
[0021]實施例1
如圖1所示，本發(fā)明公開了 一種超導(dǎo)電機，由定子100、轉(zhuǎn)子200和低溫冷卻系統(tǒng)300組成。
[0022]如圖2所示，所述的定子100由機座101、定子背鐵102以及定子繞組103組成，本電機采用氣隙電樞結(jié)構(gòu)，減少了鐵齒的存在，采用非導(dǎo)磁復(fù)合材料或不銹鋼等作為支撐，定子繞組103采用單層繞組，線材采用Litz線，采用水冷結(jié)構(gòu)來對定子冷卻。
[0023]如圖3至圖8所示，所述的轉(zhuǎn)子200包括轉(zhuǎn)軸201以及設(shè)于轉(zhuǎn)軸201上的常溫密封筒202和轉(zhuǎn)子繞組，常溫密封筒202端部設(shè)有密封端板204，常溫密封筒202和密封端板204形成真空夾層203，真空夾層203內(nèi)設(shè)有磁體骨架205以及固定在磁體骨架205上的超導(dǎo)磁體220和超導(dǎo)磁體線圈221，所有超導(dǎo)磁體220采用串連形式，多個超導(dǎo)磁體線圈221由電流引線222連接，通過一套勵磁裝置來提供勵磁電流，該勵磁方式采用有刷或無刷勵磁方式，磁繞組可以采用IG超導(dǎo)線Bi2223或二代超導(dǎo)線YBCO或MgPb2，其工作溫度低于相應(yīng)材料的超導(dǎo)溫度，可在20K與40K之間，以保證有較高的超導(dǎo)載流能力，在本方案中采用冷媒通過傳導(dǎo)方式對超導(dǎo)磁體220進行冷卻，此外也可以采用液體浸泡或者氣體對流換熱對超導(dǎo)磁體220進行冷卻，如采用冷氦氣或者液氖進行傳導(dǎo)、浸泡，所述的磁體骨架205上同時連接有冷媒輸入管214和冷媒輸出管215,冷媒輸入管214和冷媒輸出管215的另一端與低溫制冷系統(tǒng)300連接，處于靜態(tài)的低溫冷卻系統(tǒng)300與處于旋轉(zhuǎn)的冷媒輸入管214、冷媒輸出管215之間連接有同心管結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)密封裝置，冷媒通過冷媒輸入管214提供低溫冷媒，通過冷媒輸出管215輸出較高溫度冷媒到低溫制冷系統(tǒng)300，然后再通過冷媒輸入管214輸入形成閉式循環(huán)，冷媒在外部采用低溫泵提供動力。
[0024]磁體骨架205底端設(shè)有低溫支撐連接部207，常溫密封筒202外緣設(shè)有常溫徑向連接扣240，常溫徑向連接扣240和低溫支撐連接部207之間連接有徑向的隔熱支撐桿230，徑向支撐結(jié)構(gòu)在靜止時保證低溫超導(dǎo)磁體220與轉(zhuǎn)軸201的同軸度，在工作時，通過該支撐桿傳遞繞組產(chǎn)生的扭矩，所述的常溫密封筒202和磁體骨架205上還分別設(shè)置有常溫軸向連接扣211和低溫軸向連接扣212，常溫軸向連接扣211和低溫軸向連接扣212之間連接有軸向的隔熱支撐桿230，該軸向支撐桿保持轉(zhuǎn)子200低溫部分與常溫部分相應(yīng)的軸向位置。
[0025]進一步，還可以在磁體骨架205上開設(shè)一些傳輸孔，在超導(dǎo)磁體220內(nèi)部設(shè)置冷媒傳輸管208實現(xiàn)對磁體骨架205的冷卻。
[0026]圖10為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)密封裝置(冷媒傳輸耦合部分)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括溫度較高冷媒回流管312以及與冷媒回流管312同心、進入電機內(nèi)部的低溫管314，冷媒回流管312和低溫管314之間設(shè)有真空隔層313，用以避免低溫冷媒和高溫冷媒的熱交換，冷媒回流管312外設(shè)有管狀真空層311，避免冷媒與外界的熱交換。
[0027]圖11為隔熱支撐桿230的結(jié)構(gòu)示意圖，所述的隔熱支撐桿230包括細(xì)長的桿體232以及設(shè)于桿體232兩端的球形連接頭231，還可將連接頭231做成其他形狀，采取其它的連接形式，隔熱支撐桿230的材料采用玻璃纖維或碳纖維做成的玻璃鋼，以減少傳導(dǎo)漏熱。
[0028]如圖12、圖13所示，所述的連接扣上設(shè)有容連接頭231置入的型腔以及與桿體232適配的型槽，型腔內(nèi)徑大于球形連接頭231的外徑，型槽與型腔連通，所述的型腔下方設(shè)有彈簧242，以減小隔熱支撐桿230受到的壓力，連接扣上設(shè)有旋接在型腔上方的螺栓，可以通過旋動螺栓來調(diào)節(jié)隔熱支撐桿230的安裝長度。
[0029]在靜止?fàn)顟B(tài)時通過調(diào)節(jié)徑向的隔熱支撐桿230的長度及位置保證磁體220與轉(zhuǎn)軸201的同心，通過調(diào)節(jié)軸向的隔熱支撐桿230的長度保證轉(zhuǎn)軸201與磁體220的軸向位置的一致性，在工作時時超導(dǎo)磁體220產(chǎn)生的扭矩，傳遞到磁體骨架205上，磁體骨架205通過徑向的隔熱支撐桿230傳遞到轉(zhuǎn)軸201上，通過軸盤209向外傳遞扭矩，在力矩傳輸時，和旋轉(zhuǎn)方向同向的軸向隔熱支撐桿230受到拉力，可以發(fā)揮玻璃鋼在受拉方面的特長，和旋轉(zhuǎn)方向相反的軸向隔熱支撐桿230受到壓力，采用彈簧242結(jié)構(gòu)可避免軸向的隔熱支撐桿230受壓時的不穩(wěn)定。
[0030]超導(dǎo)磁體在從常溫300K降低到30K左右時，低溫部件產(chǎn)生一定的收縮，其徑向收縮可通過彈簧242進行補償；其軸向收縮時，徑向的隔熱支撐桿230會有一定的伸長，在該結(jié)構(gòu)中，低溫部件的收縮量遠(yuǎn)大于支撐桿的伸長量，因此，軸向收縮可以不予考慮。
[0031]所述的轉(zhuǎn)子繞組固定在繞組支架上，采用浸泡式或傳導(dǎo)式冷卻，超導(dǎo)磁體線圈221采用跑道形線圈或馬鞍型線圈，轉(zhuǎn)子200外緣設(shè)有電磁屏蔽層213，用于屏蔽定子100側(cè)產(chǎn)生的高次諧波，同時組成真空容器的一部分，常溫密封筒202、密封端板204、電磁屏蔽層213組成密封容器，用以維持真空夾層203內(nèi)的真空度，以降低氣體分子漏熱，該真空可設(shè)計為動態(tài)真空或靜態(tài)真空。
[0032]所述的轉(zhuǎn)軸201端部設(shè)有軸盤209，包括超導(dǎo)磁體220、磁體骨架205和磁體內(nèi)部冷媒傳輸管208在內(nèi)的低溫部件外部包扎有多層鍍鋁滌綸薄膜包扎層206，多層鍍鋁滌綸薄膜可減少其輻射漏熱，低溫與常溫部分之間的隔熱采用真空、熱屏蔽層或包扎多層鍍鋁滌綸薄膜、熱導(dǎo)率較低的復(fù)合材料或金屬等。
[0033]實施例2
與上述實施例不同的是，本電機定子100采用普通交流電機定子，采用鐵齒材料。
[0034]實施例3
與上述實施例不同的是，定子100采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，定子采用單層的Robel線圈、雙層的Robel線圈或雙層的Litz線圈。
[0035]實施例4
與上述實施例不同的是:轉(zhuǎn)子低溫部分(超導(dǎo)磁體等)外面不包扎多層鍍鋁滌綸薄膜，在低溫與常溫之間采用不銹鋼等較為光亮的金屬做的防輻射屏。
[0036]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)電機，由定子(100)、轉(zhuǎn)子(200)和低溫冷卻系統(tǒng)(300)組成，所述的定子(100)由機座(101)、定子背鐵(102)以及定子繞組(103)組成，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子(200)包括轉(zhuǎn)軸(201)以及設(shè)于轉(zhuǎn)軸(201)上的常溫密封筒(202)和轉(zhuǎn)子繞組，常溫密封筒(202)端部設(shè)有密封端板(204)，常溫密封筒(202)和密封端板(204)形成真空夾層(203)，真空夾層(203)內(nèi)設(shè)有磁體骨架(205)以及固定在磁體骨架(205)上的超導(dǎo)磁體(220)和超導(dǎo)磁體線圈(221)，多個超導(dǎo)磁體線圈(221)由電流引線(222)連接，通過一套勵磁裝置來提供勵磁電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述勵磁裝置的勵磁方式采用有刷或無刷勵磁方式，所述的定子繞組(103)為單層/雙層的Robel線或Litz線結(jié)構(gòu)，定子(100)采用有鐵齒的常規(guī)交流電機定子或氣隙電樞，定子(100)的冷卻方式為水冷卻或空冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的磁體骨架(205)上同時連接有冷媒輸入管(214)和冷媒輸出管(215)，冷媒輸入管(214)和冷媒輸出管(215)的另一端與低溫制冷系統(tǒng)(300)連接，低溫冷卻系統(tǒng)(300)與冷媒輸入管(214)、冷媒輸出管(215)之間連接有旋轉(zhuǎn)密封裝置，冷媒通過冷媒輸入管(214)提供低溫冷媒，通過冷媒輸出管(215)輸出較高溫度冷媒到低溫制冷系統(tǒng)(300)，然后再通過冷媒輸入管(214)輸入形成閉式循環(huán)，冷媒在外部采用低溫泵提供動力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的磁體骨架(205)底端設(shè)有低溫支撐連接部(207 )，常溫密封筒(202 )外緣設(shè)有常溫徑向連接扣(240 )，常溫徑向連接扣(240 )和低溫支撐連接部(207 )之間連接有徑向的隔熱支撐桿(230 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的常溫密封筒(202)和磁體骨架(205)上還分別設(shè)置有常溫軸向連接扣(211)和低溫軸向連接扣(212)，常溫軸向連接扣(211)和低溫軸向連接扣(212)之間連接有軸向的隔熱支撐桿(230)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超導(dǎo)電機,其特征在于,所述的磁體骨架(205)上開設(shè)有傳輸孔，超導(dǎo)磁體(220 )內(nèi)部設(shè)置有冷媒傳輸管(208 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)密封裝置包括冷媒回流管(312)以及與冷媒回流管(312)同心、進入電機內(nèi)部的低溫管(314)，冷媒回流管(312)和低溫管(314)之間設(shè)有真空隔層(313)，冷媒回流管(312)外設(shè)有管狀真空層(311)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的隔熱支撐桿(230)包括細(xì)長的桿體(232)以及設(shè)于桿體(232)兩端的球形連接頭(231)，所述的連接扣上設(shè)有容連接頭(231)置入的型腔以及與桿體(232)適配的型槽，所述的型腔下方設(shè)有彈簧(242)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)子繞組固定在繞組支架上，采用浸泡式或傳導(dǎo)式冷卻，超導(dǎo)磁體線圈(221)采用跑道形線圈或馬鞍型線圈，轉(zhuǎn)子(200)外緣設(shè)有電磁屏蔽層(213)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種超導(dǎo)電機，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)軸(201)端部設(shè)有軸盤(209 )，所述的磁體骨架(205 )頂端部設(shè)有多層鍍鋁滌綸薄膜包扎層(206 )。
【文檔編號】H02K55/00GK103501104SQ201310497250
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】謝峰, 蘇浩, 周勇, 董琦, 鈕小軍 申請人:中國船舶重工集團公司第七一二研究所