一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构.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CN109347302A(43)申请公布日2019.02.15(21)申请号201811475770.6(22)申请日2018.12.04(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市碑林区太白南路2号(72)发明人王胜龙杨勇李晓航(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人姚咏华(51)Int.Cl.H02K55/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构(57)摘要本发明公开了一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，包括左右两个结构相同相互对接固定在电机转轴上的圆筒，对接处通过密封圈密封；圆筒非对接端设有电机转轴通过的中心孔；两个圆筒为夹层结构，夹层侧面开有抽气口，夹层中加入有吸气剂；当杜瓦处于旋转状态时，在杜瓦端面上，随着两个圆筒半径增大，所述圆筒的筒壁的径向应力先增大后减小；环向应力从中心孔至圆筒外沿最大半径处之间呈递减分布，且任意一点的环向应力值始终大于径向应力值。本发明旋转杜瓦与轴一起旋转，保证了杜瓦中充入的液氮可以持续高效的冷却电机转子冲片上的超导块材且在电机转子旋转时阻尼很小，具有较高的能量转换效率。CN109347302ACN109347302A权利要求书1/2页1.一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，杜瓦包括左右两个结构相同的圆筒，所述左右两个圆筒相互对接固定在电机转轴上，对接处通过密封圈密封；圆筒非对接端设有电机转轴通过的中心孔；所述两个圆筒为夹层结构，夹层侧面开有抽气口，夹层中加入有吸气剂；当杜瓦处于旋转状态时，在杜瓦端面上，随着两个圆筒半径增大，所述圆筒的筒壁的径向应力先增大后减小；环向应力从中心孔至圆筒外沿最大半径处之间呈递减分布，且任意一点的环向应力值始终大于径向应力值。2.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，所述径向应力σr和环向应力σθ通过下式得到：式中，a为中心孔半径，b为外半径，ρ为材料密度，r为所求点半径，w为角速度，σr为径向应力，σθ为环向应力，u为泊松比。3.根据权利要求2所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，当时径向应力最大，值为当r＝a时环向应力最大，值为因为环向应力σθ始终大于径向应力σr，故根据第三强度理论，环向应力的最大值需满足下式：式中，[σ]为无磁性不锈钢的屈服强度。4.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，所述杜瓦侧面的周向应力，根据第三强度理论应满足下式：式中，P为杜瓦内压强，D为杜瓦内层直径，δ为无磁性不锈钢的厚度，[σ]为无磁性不锈钢的屈服强度。5.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，所述夹层中通过抽气口抽真空后加入吸气剂包括活性炭、分子筛或钛金属粉。6.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，所述左边圆筒通过内挡圈顶在电机转轴轴肩上固定，右边圆筒通过螺纹挡圈压紧。7.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，所述圆筒固定在电机转轴上，置于电机转子与定子之间的气隙中间，定子和转子之间的磁场穿过圆筒，并且圆筒随电机转子高速旋转；自电机转轴轴端充入至圆筒中的液氮用以持续冷却电机转子上的超导块材。8.根据权利要求1所述的一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构，其特征在于，2CN109347302A权利要求书2/2页所述圆筒材料为无磁性不锈钢或环氧树脂加强玻璃钢。3CN109347302A说明书1/4页一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构技术领域[0001]本发明涉及高温超导电机领域，特别是涉及一种块材型高温超导电机的低温旋转杜瓦结构。背景技术[0002]块材型高温超导电机的高效率制冷方案和保温结构是电机设计中的核心问题之一，在维持正常的工作状态、提高输出功率、减小整机体积等方面起到关键的作用，并且和电机的电磁设计密切相关。电机的制冷方案主要是指电机冷却回路的布置方式、冷却介质的形式，以及冷却介质的推动方法等。考虑到成本与加工可行性，在设计超导电机的时候必须尽早考虑制冷系统的设计，因其影响着电机整体大小以及后续的电磁方案细化。[0003]超导电机中不论采用超导线材还是超导块材，都需要制冷装置来保证超导材料所需要的低温环境。首先对普通电机的散热和超导电机的制冷作一个区别，传统电机需要将电机里热量散出去，这些热量的来源是定子及转子绕组上电流产生的焦耳热，还有电机里由于涡流损耗、磁滞损耗和摩擦所产生的热量。这些热量的聚集会使得电机里面的许多敏感元件和绝缘材料发生破坏，所以需要将这些