旋转极靴式高温超导同步电机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109639103A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201910124581.2(22)申请日2019.02.19(71)申请人南京邮电大学地址210003江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号(72)发明人张文峰(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人柏尚春(51)Int.Cl.H02K55/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称旋转极靴式高温超导同步电机(57)摘要本发明公开了一种旋转极靴式高温超导同步电机，该电机将同步电机转子铁心极身与极靴分离，仅旋转极靴，励磁绕组采用高温超导带材；电机由外向内包括同轴安置的外定子、转子和内定子，外定子包括外定子铁心和电枢绕组；外定子铁心内侧沿圆周方向开槽形成外定子齿和外定子槽，外定子嵌有电枢绕组；转子包括转子铁心；内定子包括内定子铁心、杜瓦、设置于杜瓦内的超导线圈以及液氮入口；杜瓦系统呈回字形。本发明的旋转极靴式高温超导电机具有低温保障可靠、转子结构强度大且转动惯量小、功率密度高的特点，有望用于航空航天、装甲车等具有高功率密度、高转速、高振动电机需求的领域。CN109639103ACN109639103A权利要求书1/1页1.一种旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：包括由外向内同轴安置的外定子(1)、转子(2)和内定子(3)；所述外定子包括外定子铁心(11)和电枢绕组(12)；所述外定子铁心(11)内侧开槽形成外定子齿和外定子槽，外定子齿上绕有电枢绕组(12)；所述转子(2)包括转子铁心；所述内定子(3)包括杜瓦系统(34)、超导线圈(32)、内定子铁心(33)；超导线圈(32)设置于杜瓦系统(34)内；外定子(1)和转子(2)之间设有第一气隙，转子(2)和内定子(3)之间设有第二气隙。2.根据权利要求1所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：杜瓦系统(34)为双层薄壁结构，呈“回”字形，双层薄壁之间为真空层，其空腔内充液氮，杜瓦系统壁面上设置有电磁屏蔽层。3.根据权利要求1所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：所述电枢绕组(12)为分布绕组，按照ABC相依次均布，经第一气隙与转子侧磁场相交链；作电动机运行时，电枢绕组与经电机控制系统调制的三相电源连接；作发电机运行时，电枢绕组输出三相电至功率调整模块或负载。4.根据权利要求1所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：超导线圈(32)在内定子铁心(33)中产生轴向磁场，经第二气隙与转子铁心形成磁路，在转子铁心悬臂中产生N、S交叉出现的径向分布磁场；旋转的转子(2)与静止的内定子(3)共同组成了电机的励磁系统。5.根据权利要求1所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：外定子铁心(11)、转子铁心和内定子铁心(33)采用常温高磁导率材料制成。6.根据权利要求5所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：所述外定子铁心(11)、转子铁心和内定子铁心(33)采用冷轧硅钢材料或非晶合金制成。7.根据权利要求1所述的旋转极靴式高温超导同步电机，其特征在于：所述超导线圈为圆形，由高温超导线材或高温超导带材绕制而成。2CN109639103A说明书1/3页旋转极靴式高温超导同步电机技术领域[0001]本发明涉及特种电机领域，尤其是一种旋转极靴式高温超导同步电机。背景技术[0002]近年来，随着军民工业中动力、执行机构的多电、全电化改进，对高功率密度、高功率等级、高可靠性电机产品需求迫切，如航空发电机、起动发电机，装甲车载发电机等。此类电机还具备运转速度高、机械振动大、可靠性要求高等特点。由于现代常规电机中磁负荷、电负荷进一步提升的空间有限，导致电机的功率密度或电机效率的进一步提升困难，难以满足要求。超导电机采用无直流电阻、大通流能力的超导线(带)材，可以将同功率的电机质量和体积缩小至常规电机的1/2～1/3，以至更小。近年来，超导材料性能不断提升，价格也逐渐降低，带动了相关产业的巨大发展。超导电机作为最重要的一项超导应用技术被广泛关注。[0003]由于超导线圈通常需要工作于低温环境下(高温超导的工作温区为液氮温区，温度为77K)，并且，超导线圈通入交流，或工作于交变磁场环境下时会产生交流损耗，影响电机效率和制冷系统效率，严重时会导致线圈失超。因此，现有超导电机多被设计为采用超导线圈励磁、常规铜导线作电枢绕组的“半超导型”超导电机，主要用于船舶推进、风力发电等低转速领域。该类型电机需要使用为超导线圈提供励磁电流的滑环，使用带有低温旋转动密封的杜瓦系统等复杂结构。这为超导电机的研制带来巨大困难，也限制了超导电机的进一步实用化；有的超导电机将绕有超导绕组的定子结构全部置于低温