[發明專利]一種高溫超導電機轉子及其裝配方法

有效

• 申請號: 202011187594.3
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112436717B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 周勇;代義軍;鄭軍;田軍;熊琪
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00;H02K7/00;H02K1/32;H02K1/22;H02K15/02
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發明公開了一種高溫超導電機轉子，由轉軸、制冷機冷媒傳輸管路、多個冷頭和模塊化超導磁體組以及盤式滑環構成，還公開了其裝配方法，本發明在降低低溫制冷系統的設計難度，減少低溫制冷系統的數量，減少體積和重量，降低電機裝配的技術要求和難度、降低維修維護難度、提高整機可靠性、提高磁體系統剛度等方面均有較大程度的創新，特別適合在高溫超導電機中使用，尤其適合在大功率、低轉速、結構緊湊、運行成本低等要求的船舶推進用高溫超導電動機或高溫超導直驅風力發電機中運用。

技術領域

本發明屬于超導應用領域，具體涉及一種高溫超導電機轉子，以及其裝配方法。

背景技術

由于超導材料具有在低溫環境下電阻變為零的零電阻效應，轉子繞組采用超導材料研制成的超導磁體將無功率損耗，進而極大提高電機的效率。此外，與常規銅繞組相比，超導磁體能在強磁場下承載更高的電流，從而使超導電機具有體積小、重量輕、功率密度大以及轉矩密度大等優勢。近年來，許多研究人員都致力開發一種可行的，高可靠性的高溫超導電機。

美國于2008年完成了36.5MW高溫超導推進電機樣機的研制，基本具備工程化研制能力。德國西門子公司在2011年又成功研制4MW高溫超導電動機。韓國為超導技術的發展制定了DAPAS計劃，日本于2013年完成 3MW高溫超導推進電機的研制。國內中國船舶集團公司第七一二研究所分別于2007年、2012年以及2019年完成100kW高溫超導電機、1000kW高溫超導電動機以及2MW高溫超導直驅風力發電機研制的研制。清華大學、北京交通大學、哈爾濱工業大學，分別開展了定子超導電樞同步電機、定子超導感應電機和混合磁通超導電機等研制工作。

現有技術中，有多種高溫超導電機轉子結構。大部分高溫超導電機的超導磁體均安裝固定于一個低溫部件上，磁體與磁體之間通過電流引線串聯在一起，與外部磁體電流源形成一個電路回路。其中，為了提供低溫真空環境，所有超導磁體與低溫部件一起置于一個巨大的真空容器中。在運行工況下，如果其中一個高溫超導磁體發生故障而失效，另一個線圈就會通過多米諾骨牌效應也失效。此外，為了對發生故障的高溫超導磁體進行維修或更換，則需要打開該真空容器，但如此巨大的真空容器給超導磁體的維修維護帶來了很大的難度。

基于此，提出一種基于模塊化超導磁體組的高溫超導電機轉子，既能滿足超導磁體運行環境（低溫、真空與通流）的要求，又能滿足電機性能要求（剛強度以及漏熱）、還能滿足電機轉子維修簡單、高可靠性的要求，其中超導磁體組在結構上是相互獨立的。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的之一是從模塊化超導磁體及其支撐組件的結構入手，考慮低溫管路以及電流引線的連接，提供一種能滿足實際工作需求的高溫超導電機轉子。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高溫超導電機轉子，由轉軸、制冷機冷媒傳輸管路、M個（M≥2）個冷頭和M個模塊化超導磁體組、盤式滑環以及電流引線構成；所述的轉軸由法蘭軸以及通過加強筋與法蘭軸連接的轉軸筒體組成；所述的制冷機冷媒傳輸管路由與冷頭連接的冷媒總進管和冷媒總回管組成，冷媒總回管通過冷媒傳輸裝置連接壓縮機，冷媒總進管和冷媒總回管上分別設置有M個冷媒進管支管和冷媒回管支管，冷媒總進管和冷媒總回管分別通過冷媒傳輸裝置連接制冷機；所述的模塊化超導磁體組由均勻設置在轉軸筒體上的N+1個（N≥1）超導磁體盒以及連接超導磁體盒的N個電流引線連接管和N個冷媒連接管組成；所述的盤式滑環由徑向和軸向均帶螺紋孔的絕緣底板、呈同心式分布在絕緣底板上的多個局部帶凸臺的銅滑環和雙倍數量的一端帶螺紋一端為接線端的銅導電桿組成；所述的超導磁體盒由超導磁體、容器上蓋板、容器下底板以及框架組件組成，所述的容器上蓋板和容器下底板分別通過多個支撐組件與超導磁體連接，所述的容器上蓋板和容器下底板均由本體和本體左右側成對出現的連接塊組成，所述的框架組件內設置有換熱器和冷媒傳輸泵，換熱器由冷頭冷卻；所述的超導磁體通過電流引線和冷媒傳輸管分別連接銅導電桿和換熱器，各形成一個回路；