高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统.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(10)申请公布号CNCN103825387103825387A(43)申请公布日2014.05.28(21)申请号201310467839.1(22)申请日2013.10.09(71)申请人中国石油大学（华东）地址266580山东省青岛市青岛经济技术开发区长江西路66号(72)发明人王玉彬孙建鑫(51)Int.Cl.H02K3/24(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图2页附图2页(54)发明名称高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统(57)摘要高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统是一种可以去除常规转子励磁型高温超导电机所必需的动态旋转密封装置的新型静态密封低温冷却系统，其关键部件异形杜瓦低温冷却单元1包含外层杜瓦1.1、内层杜瓦1.2、高温超导线圈1.3、冷却介质入口1.4、冷却介质出口1.5以及超导线圈引线端1.6；气液分离器4经液氮泵3与GM制冷机2联接；GM制冷机2联接异形杜瓦低温冷却单元1的冷却介质入口1.4；气液分离器4与冷却介质出口1.5相联接；补液罐5与气液分离器4相联接。本发明不仅去除了常规转子励磁型高温超导电机所必需的动态旋转密封装置，而且低温冷却单元安装在定子齿上的结构可以方便控制定、转子间气隙大小。CN103825387ACN1038257ACN103825387A权利要求书1/1页1.一种高温超导励磁磁通切换电机高温超导励磁绕组低温冷却系统，其特征在于该冷却系统包括异形杜瓦低温冷却单元（1）、GM制冷机（2）、液氮泵（3）、气液分离器（4）、补液罐（5）五个部分；其中异形杜瓦低温冷却单元（1）包含外层杜瓦（1.1）、内层杜瓦（1.2）、高温超导线圈（1.3）、冷却介质入口（1.4）、冷却介质出口（1.5）以及超导线圈引线端（1.6）；气液分离器（4）经液氮泵（3）与GM制冷机（2）联接；GM制冷机（2）联接异形杜瓦低温冷却单元（1）的冷却介质入口（1.4）；气液分离器（4）与冷却介质出口（1.5）相联接；补液罐（5）与气液分离器（4）相联接。2.根据权利要求1所述的低温冷却系统，其特征在于异形杜瓦低温冷却单元数目和高温超导励磁磁通切换电机定子槽数相等或为定子槽数的一半。3.根据权利要求1所述的异形杜瓦低温冷却单元，其特征在于其中流动的低温介质可以是液态氮、液氖或冷氦气等冷却介质。2CN103825387A说明书1/3页高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统技术领域[0001]本发明是一种高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统，属于高温超导电机领域。背景技术[0002]随着高温超导技术的日渐成熟，已商业化生产的高温超导线材临界电流密度大大提高，这意味着用高温超导线材励磁绕组取代传统电机中的常规电励磁绕组或永磁体，能够显著提高电机的功率密度，降低电机重量，减小电机体积。因此，高温超导电机在航空航天、船舶推进及风力发电等领域得到国内外学者广泛而深入的研究，并取得了一系列的研究成果。通常，要保证超导线材的高临界电流密度特性，高温超导材料必须运行在77.3K以下的温区，因而要对高温超导励磁绕组的运行环境进行低温冷却处理。由于常规高温超导电机的高温超导励磁绕组固定在转子侧，随转子一起进行旋转运动，因此，其低温冷却系统普遍采用将整个电机转子密封绝热进行冷却的方法，即电机转子通过多层屏蔽结构（杜瓦）与外界环境绝热隔离，而低温介质则经由电机轴端的传输耦合器输入和输出转子进行冷却。这种低温冷却系统虽然能够保障高温超导材料正常运行所必需的低温环境，但由于转子的连续旋转运动，需采用专门的旋转密封装置才能够将低温制冷介质输入和输出电机转子，这种动态旋转密封装置不仅结构复杂、价格不菲，而且需要定期维护。因此，研发一种将高温超导励磁绕组及其冷却杜瓦置于静止的定子之上，无需考虑动态旋转密封问题，结构简单，并且能够保障高温超导电机持续高效运行的新型低温冷却系统，成为目前高温超导电机低温冷却系统领域的研究热点之一。发明内容[0003]本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是提出一种高温超导励磁磁通切换电机低温冷却系统，从而消除常规高温超导旋转电机所必须的动态旋转密封装置，实现低温制冷机与旋转电机之间的静态密封，保障高温超导电机持续、稳定安全运行。[0004]本发明的技术方案是：本发明的高温超导励磁磁通切换电机模块化低温冷却系统组成包括多个异形杜瓦低温冷却单元、GM制冷机、液氮泵、气液分离器、补液罐五个部分；其中异形杜瓦单元包含外层杜瓦、内层杜瓦、高温超导线圈、冷却介质入口、冷却介质出口以及超导线圈引线端；气液分离器经液氮泵与GM制冷机联接；GM制冷机联接异形杜瓦低温冷却单元的冷却介质入口；气液分离器与冷却介质出口相联接；补液罐与气液分离