[發明專利]一種采用跑道形超導片堆疊線圈的超導電機

在審

• 申請號: 201710378828.4
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN106972734A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 王銀順;侯言兵;皮偉;姜喆;李彥;闞常濤;薛濟萍
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00;H02K3/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于電機制作技術領域，特別涉及一種采用跑道形超導片堆疊線圈的超導電機。

背景技術

電機是進行機械能和電能相互轉換的裝置，已經成為電氣傳動的基礎設備，在軌道交通、軋鋼設備、風力發電、電梯、船舶推進等諸多領域應用廣泛。傳統電機的定子或轉子繞組由常規導體(銅、鋁)制作而成，隨著科學家們的深入研究，傳統電機的效率基本接近常規導體性能的極限，繼續提高電機的性能必然要引入新的導電材料。1911年超導電性的發現使人們想到了利用超導材料來研制電機，超導材料的發展經歷了低溫超導體和高溫超導體，實用的低溫超導體主要以NbTi和Nb3Sn為代表，但低溫超導材料的工作溫度(4.2K)非常低，受此條件的限制，低溫超導電機并沒有得到廣泛的發展。1986年高溫超導材料被發現，高溫超導材料的臨界溫度較高，實用的高溫超導材料如REBCO，其臨界溫度達到92K，這就使超導材料的臨界溫度達到了液氮溫區，再加上液氮的價格較液氦便宜的多，使人們看到了超導電機廣泛應用的曙光，開啟了超導電機發展的新篇章。

超導電機分為全超導電機和半超導電機，前者的轉子和定子的繞組均采用超導導線，后者只是勵磁線圈采用超導導線。目前用高溫超導材料REBCO制作的超導電機，其轉子和定子繞組多纏繞為跑道形，REBCO為多層復合形材料，跑道形線圈通電后，在彎曲部分受到的力較大，容易使材料分層，使線材受到損壞，這一現象也嚴重制約了繞組加工的成品率，從而使繞組加工的成本大大增加。基于此，提出了一種由跑道形的REBCO超導片堆疊的繞組組成的超導電機。

發明內容

本發明的目的是提供一種采用跑道形超導片堆疊線圈的超導電機，其特征在于，所述超導電機的基本結構由轉子、定子、傳感器、前后端蓋、螺釘、軸承和機殼組裝而成；其中，轉子的繞組由跑道形的REBCO超導片堆疊而成；定子為電樞，由多相對稱繞組繞制；將組裝好的轉子裝入杜瓦中，在杜瓦內填充液氮，用于給跑道形線圈提供低溫運行環境；對跑道形繞組進行勵磁，勵磁完成后，把轉子插入定子中，最后裝入機殼，再加裝前后端蓋固定；傳感器固定在后端蓋內，主要起把電機的轉速以及其它參數反饋給控制器的作用。

所述轉子主要由轉軸、導磁軛以及跑道線圈組成；把制作好的跑道形線圈固定在導磁軛的凸臺上，跑道形線圈與凸臺之間的空隙用環氧樹脂填充，跑道形線圈的個數根據所設計的電機的轉子極對數來確定；跑道形線圈與凸臺固定好后，在轉子的外徑上套一個0.3-0.8mm的緊圈，以防止電機在工作的時候離心力將永磁體甩出，緊圈的材料選用不導磁的不銹鋼或環氧無緯玻璃絲縛扎；在導磁軛的凸臺中間存在勵磁孔，用來放置磁通泵的螺線管線圈；

所述定子繞組主要由硅鋼沖壓片和分布在其槽中的繞組組成；

所述跑道形線圈為超導線圈；跑道形線圈由加工成跑道形的REBCO超導片堆疊而成；在堆疊過程中，在第一REBCO超導片和第二REBCO超導片之間放置環氧樹脂和玻璃絲的混合物，以此類推，每兩片超導片之間都放置環氧樹脂和玻璃絲的混合物，直到最后一片REBCO超導片，保證超導片之間疊加緊實。

所述跑道形超導片的加工方式：首先把第二代高溫超導體的襯底切割成跑道形，然后用離子束輔助沉積技術(IBAD)、傾斜基底沉積技術(ISD)、表面氧化外延(SOE)、脈沖激光沉積法(PLD)或濺射法(Sputtering)在襯底上制備出緩沖層，同上接下來利用化學氣相沉積(CVD)、金屬有機沉積(MOD)、化學溶液沉積(CSD)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、或噴涂分解法(Spray Pyrolysis)在緩沖層上鍍上REBCO薄膜；現有業內所做超導線的REBCO薄膜厚度為1μm,緩沖層厚度約為2μm，也有的緩沖層做成μm 0.05μm的，其緩沖層常用的材料有Y₂O₃、CeO₂、MgO、SrTiO₃、YSZ、Gd₂O₃或Eu₂O₃；然后再鍍銀、銅薄膜保護層，跑道形超導片制作完成。

本發明的有益效果本發明用REBCO超導片疊加成跑道形線圈經過充磁后，不需要外加能量就能產生很強的永久磁場，并且制作簡單，成品率高，還能解決用REBCO線材纏繞成跑道線圈所引起的受力不均勻問題。這種電機不僅效率高，而且結構簡單、重量輕、可靠性高；從而解決制約超導電機繞組加工困難的問題。

附圖說明

圖1為超導電機結構示意圖。