[實用新型]一種雙電樞繞組超導電機

有效

• 申請號: 201320543565.5
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN203482079U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 蔣煜東;楊燁;宋曉衛;張敏;張治宇;馮玲;任毅;況明偉;吳建東
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 張新

技術領域

本實用新型涉及超導電機技術，具體涉及的是一種雙電樞繞組超導電機。?

背景技術

目前的超導電機一般采用內轉子結構，即將超導線圈作為電機轉子的勵磁繞組，在超導轉子外圍套裝銅線電樞繞組。超導帶材的載流能力比普通銅線高100倍以上，因此在不加鐵芯的情況下都可產生高達2?T以上的磁場，從而極大提高電機的功率密度。?

例如，中國專利文獻公開號為CN102969873A，公開日為2013年3月13日的實用新型專利申請，公開了一種高溫超導電機，包括電磁系統、制冷系統和真空系統；其中，電磁系統采用內轉子方式，包括定子部分和轉子部分；制冷系統設置在定子鐵芯的外部，包括杜瓦，通過接觸傳導制冷的方式使高溫超導線圈冷卻；真空系統包括真空腔；該電機還包括軸承座和殼體，其該電機的定子電樞繞組為高溫超導線圈，采用高溫超導導線繞制而成，通過的電流具有交流分量；定子電樞繞組的分布采用集中式繞組形式，為交流繞組，交流分量的基頻低于50Hz；線圈采用跑道型線圈或圓角矩形線圈，線圈的端部不會出現空間相互干涉的情況；電磁系統和制冷系統一同置于真空腔內，通過真空的方式隔絕定子和轉子的熱交換。?

然而，在類似上述這種超導電機的結構中，超導帶材在外部磁場下會出現性能衰減的情況，所以一般情況下必須為超導勵磁繞組安裝鐵芯，使得這種結構的超導電機均只利用了超導勵磁繞組外圍的磁場，而超導勵磁繞組內部的磁場就無法加以應用。?

實用新型內容

本實用新型問題解決上述技術問題，提供了一種雙電樞繞組超導電機，通過分別在超導勵磁繞組內部與外部分別安裝銅線電樞繞組，充分利用了超導線圈產生的內外磁場，采用雙電樞繞組結構相對傳統結構針對同樣體積的超導電機功率將提高1.5-2倍。?

本實用新型的技術方案如下：?

一種雙電樞繞組超導電機，其特征在于：包括超導轉子系統、定子系統和制冷系統，超導轉子系統包括超導勵磁繞組、超導線圈支撐、轉子支承以及轉軸，制冷系統包括雙層杜瓦，定子系統包括外圍電樞繞組、外圍定子鐵軛、內部電樞繞組、內部定子鐵軛；

其中，轉軸外部套接轉子支撐，轉子支撐上安裝所述杜瓦，杜瓦外壁固定安裝于轉子支承上，超導線圈支撐固定于杜瓦內并穿過杜瓦的一端，超導勵磁繞組固定于杜瓦內的超導線圈支撐上；杜瓦外壁的外側和內側分別安裝外圍電樞繞組和內部電樞繞組，外圍電樞繞組的外側安裝外圍定子鐵軛，內部電樞繞組的內側安裝內部定子鐵軛。

所述外圍電樞繞組是在外圍電樞繞組的鐵芯上均開設有齒槽，將線圈根據每個齒槽的相位分布繞制在相應的齒槽上，再按照電機設計將線圈連接起來形成外圍電樞繞組。同理，內部電樞繞組是在內部電樞繞組的鐵芯上均開設有齒槽，將線圈根據每個齒槽的相位分布繞制在相應的齒槽上，再按照電機設計將線圈連接起來形成內部電樞繞組。這里的線圈均可以采用銅線圈，采用銅線傳輸電能，原因在于銅線電阻率低同時價錢便宜。所述的線圈也可以采用超導線代替，但超導線用于電樞繞組會有交流損耗的問題，這會使電機效率大大降低。因此一般情況下，超導線圈只用于電機的勵磁繞組。?

所述外圍電樞繞組、內部電樞繞組與杜瓦外壁之間均設置有電磁屏蔽層。?

所述超導勵磁繞組由超導帶材繞制而成。工作在約30?K的低溫環境下，超導帶材可通的電流在300?A以上，其電流密度高達150?A/mm²。通過電磁計算和有限元軟件分析可知，超導線圈在沒有加鐵芯的情況下就可為定子系統的電樞繞組提供超過2?T的旋轉磁場。?

所述超導線圈支撐采用導熱系數很低且結構強度高的非磁性材料，這樣既能減小室溫端向高溫超導線圈的導熱，又能承受電機在旋轉時所產生的高扭矩。由于采用了內外兩套電樞繞組，超導勵磁繞組所受的徑向應力相互抵消，因此超導線圈支撐可以采用懸臂的鼠籠結構，通過法蘭盤與轉子支承連接。?

所述制冷系統主要是對風機的轉子進行冷卻，保證高溫超導磁體運行在超導狀態。制冷系統還包括冷源、旋轉動密封組件、冷卻劑管路、冷頭，冷頭連接至杜瓦內，冷頭通過冷卻劑管路連接至旋轉動密封組件，旋轉動密封組件連接冷源；為了保證高溫超導磁體有效運行，產生足夠的磁場強度，要求冷源提供冷氦氣。由冷源所提供的冷氦氣，通過旋轉動密封組件以及冷卻劑管路，傳輸到冷頭，冷頭通過傳導冷卻的方式為超導繞圈制冷。?

為了減少高溫超導磁體所承受的熱負荷，超導磁體的外部空間為高真空環境，并且在高溫超導磁體的外部布置有多層絕熱層，用以隔絕外部傳至超導磁體的熱量。因此，超導勵磁繞組和杜瓦內壁之間設置有絕熱層，超導線圈支撐和杜瓦內壁之間也設置有絕熱層。?