[發明專利]一種定子超導的混合超導盤式電機

在審

• 申請號: 202011077739.4
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112165236A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 裴瑞琳;高凌宇;張航;王彥琛;劉凡;華敘彬;凌成翔;岳巖
• 申請（專利權）人: 蘇州英磁新能源科技有限公司
• 主分類號: H02K55/04
• 分類號: H02K55/04;H02K9/20;H02K3/487;H02K1/16;H02K1/20;H02K1/27
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;王凱

本發明公開了一種定子超導的混合超導盤式電機，定子包括：定子鐵心、定子固定組件、定子殼體；轉子包括：轉子軸、轉子背鐵；定子殼體包括支架體，在支架體內圈上包括：用于嵌裝定子鐵芯的嵌槽、用于嵌裝楔子的楔槽；定子固定組件包括在其回轉周向上分布的楔槽；定子鐵芯包括取向型硅鋼層疊而成的楔形鐵芯體；在楔形鐵芯體兩端的極靴間卷套超導帶材；呈圓盤狀排列的定子鐵芯以同軸關系嵌裝于定子殼體與定子固定組件之間；相鄰的定子鐵芯之間包括：用于沿定子徑向拉緊定子殼體與定子固定組件并實現相鄰定子鐵心分隔的楔子；轉子背鐵位于定子殼體軸向的兩端側；兩側轉子背鐵上包括永磁鐵。

技術領域

本發明涉及盤式電機及超導技術等技術領域，尤其涉及一種超導盤式電機的定子超導結構。

背景技術

盤式電機，即軸向磁通電機，其內部主要磁路方向為電機軸向。盤式電機相比與傳統的徑向磁通的筒式電機而言，具有體積小，重量輕，扭矩密度大以及功率密度大等優點。

現有的軸向磁通盤式電機的結構主要有單定子單轉子、雙定子單轉子、雙轉子單定子以及多級電機等結構，其中定子部分由定子鐵芯加銅線繞組構成，轉子部分由轉子支架與永磁體磁鋼構成。

傳統的雙轉子單定子結構的電機可參見 CN107408875A/CN109478808A。其中CN109478808A中的電機為YASA型無軛軸向磁通電機，該專利主要為一種新型的定子鐵芯的結構與生產工藝。雖然該方案在YASA型電機基礎上優化了機械穩定性和/或良好或改進的冷卻能力，但其繞組仍采用的是銅線，故而雖然改良了散熱，但是隨著通入交流電，仍會以熱能的形勢產生銅線損耗，使得定子部分溫度升高。且轉子部分由于交流電感生出的渦旋電流，也會產生損耗，使得轉子部分溫度升高。

專利CN101262169A雖然名稱含有“軸向磁通”、與“高溫超導電機”字樣，但本質上是一種步進電機的拓撲結構優化。

專利 CN101599690B雖然標題中也含有“軸向磁通電機”“高溫超導電機”等字樣，但是其內容重點僅涉及軸向與切向的磁路優化，與YASA型軸向磁通電機的磁路形式具有本質上的區別。同時，對于超導材料的描述及使用工藝并沒有進行深入的創造性設計。

專利CN107769501B為YASA型盤式電機，但其方案主要涉及內容為轉子部分的磁路優化，通過在軸向額外設置永磁體達到增強電機磁鏈強度的目的。

綜上，在盤式電機中，采用銅線繞組時銅線中電流損耗會降低電機效率，并且發熱使得定子溫度升高；另外，轉子盤的上磁鋼的渦流損耗造成轉子溫升，若溫度過高可能會造成磁鋼退磁。

發明內容

本發明提供的一種技術方案是一種定子超導的混合超導盤式電機，其解決

1、定子銅線產生的損耗（熱能形式）將大幅度降低電機的運行效率，同時使得電機運行過程中出現溫升，電機銅損增加；

2、采用可以產生更強磁場的超導材料，可以進一步增強電機的氣隙磁場，但是由于結構冷卻方案的局限導致電機溫度過高。

本發明的技術方案是：本發明的技術方案是：對于盤式超導電機，定子部分的設計采用定子鐵芯、高溫超導帶材（YBCO）線圈以及高溫超導帶材保護套，而轉子仍采用永磁體（如釹鐵硼NdFeB材料）。

定子殼體，實施為一個盤狀的支架體，在其軸向上為一個貫穿的中心孔。支架體的內圈表面上則開設一系列的槽，其中包括：用于嵌裝定子鐵芯的嵌槽、用于嵌裝楔子的楔槽。嵌槽呈U型開口狀，多個嵌槽沿著支架體內圈的回轉方向均勻排列。在相鄰的嵌槽之間布置T字型的楔槽，楔槽與嵌槽的排列保持同一回轉中心。同時，在支架體上還布置了一系列的貫穿孔作為散熱道。