[發(fā)明專利]具有連續(xù)極配置的同步超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)機械

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680070752.2
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN108370211B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 卡斯滕·布赫爾;尤根·凱拉斯;揚·威佐瑞克
• 申請（專利權(quán)）人: 遠景能源（江蘇）有限公司;五源生態(tài)公司
• 主分類號: H02K55/04
• 分類號: H02K55/04;F03D80/80
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 李德魁

本發(fā)明涉及一種具有超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的同步勵磁旋轉(zhuǎn)機械，其包括多個凸出的磁性材料第一極單元和多個具有纏繞磁性材料芯元件的超導(dǎo)線圈的第二極單元。每個第二極單元位于兩個相鄰第一極單元之間。第二極單元通過多個隔熱支撐元件與護鐵和第一極單元分隔開，其中此間隔被抽真空，使得其作為磁性氣隙。在護鐵上設(shè)置有封閉殼體，其中設(shè)有第一極單元和第二極單元，其中第二極單元的超導(dǎo)線圈與冷卻系統(tǒng)流體連通。第一極單元和護鐵在環(huán)境溫度運行同時第二極單元在低溫工作溫度運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)機械，其包括相對定子可旋轉(zhuǎn)設(shè)置的轉(zhuǎn)子，其中該轉(zhuǎn)子至少包括護鐵和設(shè)置在護鐵上的多個第一極單元，其中，在兩個相鄰的第一極單元之間形成的間隙中設(shè)有至少一個第二極單元。該至少一個第二極單元包括至少一個超導(dǎo)轉(zhuǎn)子線圈，其中當(dāng)轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動時，該至少一個轉(zhuǎn)子線圈設(shè)置為與定子中設(shè)置的至少一個定子線圈經(jīng)由電磁場相互作用。

背景技術(shù)

近年來，所謂直接驅(qū)動機構(gòu)已被用于多種應(yīng)用，例如用于驅(qū)動電機、車輛、火車或船的電機，以及用于在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域或其他發(fā)電如水力發(fā)電領(lǐng)域產(chǎn)生電力的發(fā)電機。這些機械大多數(shù)是同步勵磁旋轉(zhuǎn)機械，大多數(shù)是在轉(zhuǎn)子上分布有大量極單元。這種旋轉(zhuǎn)機械的優(yōu)點在于相對低速的高扭矩和良好的控制。在大多數(shù)電機中，激勵元件是穿過由定子中繞組產(chǎn)生的移動磁場同步移動的轉(zhuǎn)子。在大多數(shù)發(fā)電機中，勵磁元件是在定子的繞組中產(chǎn)生電流的轉(zhuǎn)子，并且因此當(dāng)其相對于定子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電功率輸出。這些功能也可以反轉(zhuǎn)，使得銜鐵(定子)轉(zhuǎn)動而勵磁元件(轉(zhuǎn)子)靜止。

能夠使用永磁體或者使用通過其能夠傳導(dǎo)電流的一組電線圈來激勵這種轉(zhuǎn)子。在大部分定子-轉(zhuǎn)子配置中，多個極單元沿勵磁元件的內(nèi)表面或外表面分布，例如在由磁性材料制成的護鐵上。每個極單元可包括纏繞非磁性載體的導(dǎo)電線圈，即氣隙繞組，或者包括由導(dǎo)電線圈環(huán)繞的磁性材料的芯元件。在本文中，磁性材料通常是指鐵磁材料。直流電流通過這些轉(zhuǎn)子線圈傳導(dǎo)，使得兩個相鄰的極單元之間的磁場方向相反，即第一個為北極，下一個為南極。通過將相鄰極單元的轉(zhuǎn)子線圈繞組設(shè)置為相反方向，能夠?qū)崿F(xiàn)這個運行狀況。或者，如果這些繞組的方向是相同的且相鄰極單元的轉(zhuǎn)子線圈的電流方向是相反的，能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的效果。

轉(zhuǎn)子的極單元的總數(shù)量通常是偶數(shù)，并且由此相鄰極單元能夠成對設(shè)置。單獨的極單元能夠設(shè)置為庶極設(shè)置，其中每個極單元的電線圈具有一致的電流方向。這些電線圈中的電流必須增高或者各個線圈的繞組數(shù)量必須至少加倍以實現(xiàn)相同的輸出。以這種方式，相比更常見的每個單獨的極單元具有一組電線圈的極設(shè)置，能夠保持相同或大致相同的磁通密度。銅或鋁通常用作這些線圈的導(dǎo)電材料。

這種旋轉(zhuǎn)機械中也使用超導(dǎo)體。超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)機械能夠制造得更加緊湊，并且在某種意義上需要更少的資源。然而，這種超導(dǎo)線圈必須在低于他們臨界溫度的工作溫度下運行，例如在50K、30K或者甚至更低的低溫工作溫度。

US 2008/0197633描述了一種旋轉(zhuǎn)機械，其中超導(dǎo)線圈位于低溫恒溫器中，并且冷卻劑如液氦在線圈周圍流動以將線圈冷卻到其低溫工作溫度。提供另外的真空容器用于隔熱，可選地具有包含其他冷卻劑(例如液氮)的其他容器或熱屏蔽件。該方案具有由多個容器組成的復(fù)雜設(shè)計，這又增加了制造成本。

EP 2521252B1描述了一種配置，其中磁性護鐵設(shè)置有單獨的凸出磁極單元。每個單獨的極單元由一組超導(dǎo)線圈包圍，而超導(dǎo)線圈又設(shè)置在低溫恒溫器內(nèi)。在這種設(shè)計中，超導(dǎo)線圈在低溫工作溫度下運行，而位于低溫恒溫器外部的磁性材料在環(huán)境溫度下運行。此外，每個單獨的超導(dǎo)線圈必須支撐在低溫恒溫器的壁上。這種配置表明作用在低溫恒溫器壁上的力傳遞到相鄰的極單元，并且因此需要加固單獨的低溫恒溫器以防止它們失效。這反過來又提供了一個非常復(fù)雜且因此昂貴的設(shè)計。