[發(fā)明專利]一種定子勵磁型高溫超導(dǎo)場調(diào)制電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611007480.X
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106655548B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李祥林;劉圣煒;王玉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: H02K1/14
• 分類號: H02K1/14;H02K1/16;H02K1/24
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

一種定子勵磁型高溫超導(dǎo)場調(diào)制電機(jī)，包括相對設(shè)置定子、轉(zhuǎn)子、高溫超導(dǎo)勵磁繞組和電樞繞組；在定子的內(nèi)側(cè)上設(shè)置有等距排列的定子齒，相鄰的定子齒之間為定子槽；所述高溫超導(dǎo)勵磁繞組隔齒繞制在所述定子齒上；在轉(zhuǎn)子的外側(cè)上設(shè)置有等距排列的轉(zhuǎn)子凸極；所述電樞繞組為三相對稱繞組，以跨距為2的分布繞組形式嵌放在定子槽內(nèi)，所述定子與轉(zhuǎn)子之間設(shè)有氣隙。本發(fā)明有效解決了高溫超導(dǎo)勵磁繞組的靜密封冷卻問題，利用磁齒輪效應(yīng)能夠獲得較高的功率密度，非常適合諸如風(fēng)力發(fā)電等的低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)應(yīng)用場合。本發(fā)明所涉及電機(jī)在簡化制造工藝、提高電機(jī)機(jī)械可靠性和運行穩(wěn)定性、降低加工和運行成本、提高機(jī)電轉(zhuǎn)換能力方面具有明顯優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種定子勵磁型高溫超導(dǎo)場調(diào)制電機(jī)，屬于電機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，過去二十年里風(fēng)力發(fā)電成本下降了80％，成為發(fā)電成本最接近火電的新能源發(fā)電方式，這使得風(fēng)力發(fā)電具備了大規(guī)模商業(yè)化運作的基礎(chǔ)。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為世界各國政府的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和國內(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點之一。

與采用增速齒輪增速的高速永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，直驅(qū)型永磁風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，由于取消了增速齒輪，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、效率高、可靠性高、動態(tài)響應(yīng)快、維護(hù)費用低，在未來的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢S著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)容量的不斷提高，傳統(tǒng)的低速直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)，為保證其輸出電壓和頻率在正常的范圍內(nèi)，往往需要采用較大的定轉(zhuǎn)子直徑，電機(jī)本體體積大，質(zhì)量重，這給電機(jī)的設(shè)計、制造、運輸和安裝帶來了很大難度。場調(diào)制永磁電機(jī)作為一種新型電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用磁齒輪效應(yīng)，在保證轉(zhuǎn)子低速旋轉(zhuǎn)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)定子電樞繞組的高速磁場設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，功率密度高，非常適合諸如風(fēng)力發(fā)電等的低速直驅(qū)應(yīng)用場合。目前，場調(diào)制永磁電機(jī)作為一種低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)電機(jī)解決方案，已經(jīng)成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點之一，各種新型場調(diào)制電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也陸續(xù)被提出和研究。

另外，高溫超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得高溫超導(dǎo)材料在電機(jī)、飛輪儲能、磁懸浮等領(lǐng)域得到廣泛而深入的研究。已有數(shù)據(jù)研究表面，在液氮冷卻條件下，高溫超導(dǎo)塊材的俘獲磁場可達(dá)2.3T(77K)，遠(yuǎn)高于目前永磁體的磁場強(qiáng)度，而二代高溫超導(dǎo)釔系線材的臨界電流密度也已達(dá)到3×10⁶A/cm²(77K，0T)。這意味著采用高溫超導(dǎo)勵磁取代傳統(tǒng)電機(jī)中的永磁勵磁，能夠產(chǎn)生強(qiáng)勵磁磁場，可以顯著提高電機(jī)的功率密度，降低電機(jī)重量，減小電機(jī)體積，非常適合大功率風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的需求。對于超導(dǎo)勵磁電機(jī)而言，根據(jù)超導(dǎo)勵磁繞組安放的位置，可以將其分為轉(zhuǎn)子勵磁型和定子勵磁型兩大類。對于轉(zhuǎn)子勵磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)而言，高溫超導(dǎo)勵磁繞組布置在轉(zhuǎn)子上，這就需要將整個轉(zhuǎn)子進(jìn)行密封并通過低溫介質(zhì)維持低溫環(huán)境。因此，轉(zhuǎn)子勵磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)必須采用動態(tài)旋轉(zhuǎn)密封裝置來實現(xiàn)低溫冷卻介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與外部冷卻設(shè)備間的流通。這種動態(tài)旋轉(zhuǎn)密封裝置不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，而且為保證其密封性能還需要定期檢修維護(hù)，大大增加了高溫超導(dǎo)電機(jī)的運行成本。此外，轉(zhuǎn)子勵磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)需要通過滑環(huán)和電刷為超導(dǎo)勵磁繞組提供直流電，這更加增加了該類電機(jī)的設(shè)計和加工難度，且降低了電機(jī)整體可靠性。與之不同，定子勵磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)由于高溫超導(dǎo)勵磁繞組放置在靜止的定子側(cè)，不但省去了滑環(huán)和電刷等換相結(jié)構(gòu)，而且能夠采用靜密封實現(xiàn)超導(dǎo)勵磁繞組的冷卻，從而大大減小了電機(jī)設(shè)計難度，降低了加工成本，提高了可靠性。

綜上所述，從改善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可靠性，進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)容量及電機(jī)功率密度的角度出發(fā)，基于場調(diào)制電機(jī)適合低速直驅(qū)應(yīng)用的特點以及具有高功率密度的特性，并結(jié)合定子勵磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)易于實現(xiàn)靜密封冷卻且適合大功率應(yīng)用場合的優(yōu)勢，提出一種適合低速大轉(zhuǎn)矩直驅(qū)應(yīng)用的定子勵磁型高溫超導(dǎo)場調(diào)制電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有重要的理論意義和工程實用價值。