[發明專利]一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體

在審

• 申請號: 202210092806.2
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114400866A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 朱新凱;周曄;齊廣宇;黃吉偉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00;H02K11/02;H02K11/01;H02K9/19
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 任志艷

本發明提出了一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體。該超導磁體主要由超導線圈、超導屏蔽層和雙層杜瓦恒溫器組成。雙層杜瓦恒溫器由內、外兩層杜瓦構成，內外杜瓦之間保持高真空度，外杜瓦外側還焊接有冷卻液管道、電流引線管道和抽真空管道。超導線圈和超導屏蔽層則共同置于內杜瓦內部，超導屏蔽層位于超導線圈外側，兩者共同浸泡于低溫液氮中。該高溫超導磁體利用超導屏蔽層的完全抗磁性，屏蔽外部磁場對超導線圈的負面影響，能提高超導線圈的載流能力，減小交流損耗。

技術領域

本發明涉及超導技術領域，具體涉及一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體。

背景技術

隨著新能源風力發電的發展，為提高發電效率，降低單位容量的發電成本，電機的單機容量越來越大。要研制10MW及以上容量的風力發電機，傳統的電勵磁或者稀土永磁直驅式電機難以滿足10MW及以上功率等級直驅式風力發電機的高功率密度要求，因此，通過使用高溫超導線圈代替銅線圈，可以大幅度提高電機的電負荷或磁負荷，使電機具有高功率密度、高效率等特點。加快高溫超導電機的研究對能源的升級具有十分重要的戰略意義。

超導材料傳輸直流電流時無焦耳損耗，但處于外部交變磁場環境下傳輸電流時，便會產生交流損耗。因此將超導磁體置于磁場環境復雜的電機中，如果不采取電磁屏蔽措施，將會造成超導磁體內部嚴重的交流損耗，且超導磁體周圍的磁場達到其臨界磁場時會導致超導磁體的失超，影響電機性能。因此，對于超導電機而言，需要根據超導電機的拓撲結構設計相應的主動電磁屏蔽措施來抑制諧波磁場等對超導磁體的影響。

目前，對于超導勵磁同步電機，最常用的電磁屏蔽措施是在超導磁體外側加裝銅屏蔽層，根據銅屏蔽層加裝的位置又出現了一系列衍生的電磁屏蔽技術。但對于這些衍生的電磁屏蔽技術實際上都是應用在高導電材料中感生渦電流的原理。這種方法雖然可以達到電磁屏蔽的目的，但是屏蔽低頻諧波效果較差，對恒定磁場則無屏蔽效果，而且由感生電流產生的附加損耗會影響電機效率和綜合性能。

超導材料除具有無阻特性外，還具有完全抗磁性，也稱為“邁斯納效應”，即超導材料處于超導狀態時，外部磁場完全不能穿過超導體，超導體表現為性能極好的“絕磁”特性。利用超導材料的完全抗磁性，實現對超導線圈外圍磁場的屏蔽，可保證超導線圈工作于無磁環境中，從而提高超導線圈的載流特性。由此，本發明提出了一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體。

發明內容

發明目的：為了屏蔽超導電機中超導線圈周圍的諧波磁場，實現超導線圈工作環境的無磁化。本發明提出了一種具有主動磁屏蔽功能的高溫超導磁體，利用超導屏蔽層的完全抗磁性，實現超導線圈不受電機內部復雜磁場的干擾。

本發明的一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體，包括外杜瓦、內杜瓦、超導線圈、超導屏蔽層和冷卻液流管；

內杜瓦位于外杜瓦中組成雙層杜瓦恒溫器，為超導線圈和超導屏蔽層提供恒定的低溫環境，外杜瓦和內杜瓦中心均開設有通孔結構，外杜瓦和內杜瓦之間通過杜瓦支撐架固定；外杜瓦與內杜瓦之間為真空狀態；超導線圈和超導屏蔽層均位于內杜瓦中，且環繞通孔設置；冷卻液流管穿過外杜瓦與內杜瓦連通，用于冷卻液流入和流出內杜瓦、以及超導線圈中電流的引入和引出。本發明的超導磁體通過通孔結構嵌套在超導電機齒部或軛部。

進一步的，本發明的一種具有主動磁屏蔽功能的超導磁體還包括抽空管道；抽空管道與外杜瓦連接，用于將外杜瓦與內杜瓦之間的空氣抽出，使內外杜瓦之間具有高的真空度。進一步的，外杜瓦與內杜瓦之間還填充有多層絕熱材料，用于保障內杜瓦內部的恒溫性能。

進一步的，所述冷卻液流管是兩個，分別用于冷卻液流入和流出內杜瓦；在內杜瓦中還設置有冷卻液隔板，在冷卻液隔板的一側形成冷卻液流入通道、冷卻液隔板的另一側形成冷卻液流出通道，兩個冷卻液流管分別與冷卻液流入通道、以及冷卻液流出通道相連。

進一步的，超導屏蔽層為一端有開口的跑道形結構，冷卻液隔板從超導屏蔽層的開口中穿過。