一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机.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CN108418396A(43)申请公布日2018.08.17(21)申请号201810261028.9(22)申请日2018.03.28(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市黄岛区长江西路66号(72)发明人李祥林申发文王玉彬(51)Int.Cl.H02K55/04(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机(57)摘要一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机，由电枢定子、励磁定子、转子、气隙和屏蔽环构成。电枢定子和励磁定子沿轴向依次排列，二者之间设有非导磁材料构成的屏蔽环；带有凸齿的转子放置在电枢定子内部，二者之间设有气隙。电枢定子由沿圆周方向等距间隔排列的U型铁心，以及绕制在相邻U型铁心齿上的三相对称电枢绕组构成；励磁定子为由在轴向设有凸极的外铁心环、在轴向设有Z型凸起的内铁心环以及单侧端环构成的环形空腔结构，空腔内放置圆环形高温超导励磁绕组。外铁心环的轴向凸极和内铁心环的轴向Z型凸起分别交替与电枢定子的U型铁心磁轭相对齐，实现一种轴-径向磁路相结合的单体励磁分极式结构，能够简化冷却杜瓦制作，降低成本。CN108418396ACN108418396A权利要求书1/1页1.一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机，该电机采用轴向两段式定子结构，包括电枢定子(1)、励磁定子(2)、转子(3)、气隙(4)和屏蔽环(5)；所述电枢定子(1)和励磁定子(2)沿轴向依次排列，二者之间设置有屏蔽环(5)，电枢定子(1)和励磁定子(2)的外径大小相同；所述转子(3)同轴放置在电枢定子(1)的内部，二者之间设置有气隙(4)，转子(3)的外缘表面等距间隔设有转子凸齿(31)；所述电枢定子(1)由沿圆周方向等距间隔排列的U型铁心(11)，以及绕制在相邻U型铁心齿(111)上的三相对称集中电枢绕组(12)构成，其中U型铁心(11)的开口方向为沿径向朝向圆心；所述励磁定子(2)为由在轴向设有凸极(211)的外铁心环(21)、在轴向设有Z型凸起(221)的内铁心环(22)以及单侧端环(23)构成的环形空腔结构，空腔内放置圆环形高温超导励磁绕组(24)；所述励磁定子外铁心环(21)的轴向凸极(211)、内铁心环(22)的轴向Z型凸起(221)分别沿各自圆周等距间隔设置，且二者在径向空间位置呈现交替排布形式，轴向凸极(211)分别与电枢定子(1)中具有同一极性(如N极)的相隔U型铁心磁轭(112)对齐，轴向Z型凸起(221)则分别与电枢定子(1)中具有另一极性(如S极)的相隔U型铁心磁轭(112)对齐；所述电枢定子U型铁心(11)的个数：Ns、转子凸齿(31)的个数：Nr，满足以下关系(I)(II)：Ns＝Nr±2(I)在式(II)中，LCM为最小公倍数，k为正整数。所述外铁心环轴向凸极(211)的个数：No、内铁心环轴向Z型凸起(221)的个数：Ni、电枢定子U型铁心(11)的个数：Ns，满足以下关系(III)：Ns＝2×No＝2×Ni(III)。2.根据权利要求1所述的一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机，其特征在于，所述屏蔽环(5)由非导磁材料构成，能够实现一定的隔磁作用，消除电枢磁场对高温超导励磁绕组的影响。3.根据权利要求1所述的一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机，其特征在于，所述励磁定子(2)的外铁心环(21)、内铁心环(22)、端环(23)，电枢定子U型铁心(11)，以及转子(3)由铁磁性材料构成，优选硅钢片叠压而成。4.根据权利要求1所述的一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机，其特征在于，所述高温超导励磁绕组(24)由铋系高温超导线材或钇系高温超导线材绕制而成，采用单个圆环形励磁线圈，形成单体励磁结构形式。2CN108418396A说明书1/3页一种定子分段单体励磁分极式高温超导电机技术领域[0001]本发明涉及一种钻井顶驱用电机，尤其涉及一种采用分段式定子结构且仅使用一个高温超导励磁线圈的定子分段单体励磁分极式高温超导电机。背景技术[0002]顶驱钻井装置是20世纪80年代以来钻井设备发展的四大新技术之一，代表着钻井工艺技术、机电液一体化油气开采专用设备的最高水平和21世纪钻井设备的发展方向，它对钻井技术的进步有着巨大的影响，已成为深井钻井、复杂井钻井以及出国钻井作业的必配设备之一。[0003]现有钻井顶驱系统所用驱动电机主要包括交流感应电动机和永磁同步电动机两类。然而，交流感应电动机功率因数低，高性能控制算法复杂，常规控制系统的低速性能较差，电机在低速情况下的输出扭矩和转速不平稳，因此增加了顶驱系统的控制难度；永磁同步电动机则制造成本较高、现场维护困难，且控制时需要精确检测