一種超低損耗的超導(dǎo)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，包括機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子為無鐵芯結(jié)構(gòu)，主要是由極靴、轉(zhuǎn)子支架以及空心轉(zhuǎn)軸構(gòu)成；在極靴上繞制有勵(lì)磁繞組，所述勵(lì)磁繞組為超導(dǎo)線圈；定子是在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在每一個(gè)定子槽內(nèi)設(shè)置有一根冷卻管；所述機(jī)殼包括殼體，在殼體的外側(cè)繞制有一層螺旋線管，所述定子齒表面設(shè)置有一層防熱輻射層；所述螺旋線管、冷卻管、匯流管以及空心轉(zhuǎn)軸內(nèi)通入冷卻媒質(zhì)。本發(fā)明提供的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，電機(jī)損耗極低，效率可以達(dá)到99%以上；氣隙內(nèi)無杜瓦，小氣隙成為可能；低漏熱；電機(jī)功率密度大；制冷成本低。
【專利說明】一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫傳動(dòng)和電機(jī)技術(shù)，尤其涉及一種超低損耗且制冷成本低廉的超導(dǎo)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫超導(dǎo)材料在1986年被發(fā)現(xiàn)以來，科研人員就構(gòu)想利用高溫超導(dǎo)材料來制造高性能電機(jī)?，F(xiàn)所研究的高溫超導(dǎo)電機(jī)有三種:第一種全超導(dǎo)，定轉(zhuǎn)子中都采用高溫超導(dǎo)材料，轉(zhuǎn)子中通直流無損耗，但定子中超導(dǎo)材料處于交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生較大的交流損耗；第二種，定子中采用高溫超導(dǎo)，轉(zhuǎn)子采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，它和第一種存在同樣的問題；第三種是定子常規(guī)，轉(zhuǎn)子采用高溫超導(dǎo)材料，現(xiàn)有的技術(shù)中都是在定轉(zhuǎn)子之間設(shè)置絕熱層，只是冷卻轉(zhuǎn)子，定子還是處于室溫，這樣雖然轉(zhuǎn)子無損耗，但是定子損耗與常規(guī)電機(jī)一樣，銅耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，采用無鐵芯結(jié)構(gòu)，并以超導(dǎo)導(dǎo)線替代常規(guī)的銅導(dǎo)線繞制電機(jī)的勵(lì)磁繞組，結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子幾乎無損耗，而且使得定子部分的損耗降到了最低，電機(jī)的效率可以達(dá)到99%。
[0004]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，包括機(jī)殼、定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子為無鐵芯結(jié)構(gòu)，包括極靴、轉(zhuǎn)子支架和空心轉(zhuǎn)軸，在極靴上繞制有勵(lì)磁繞組，無需跑道，所述定子包括電樞繞組和定子鐵芯；所述勵(lì)磁繞組為超導(dǎo)線圈；所述定子在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在每一個(gè)定子槽內(nèi)設(shè)置有一根冷卻管，所述冷卻管的兩端各設(shè)置有一個(gè)隔離套管，避免產(chǎn)生渦流，所有冷卻管相同的一端連通至一個(gè)匯流管，所有冷卻管相同的另一端連通至另一個(gè)匯流管；所述機(jī)殼包括殼體，在殼體的外側(cè)繞制有一層螺旋線管，所述定子的齒部表面設(shè)置有一層防熱福射層；所述螺旋線管、冷卻管、匯流管以及空心轉(zhuǎn)軸內(nèi)通入冷卻媒質(zhì)。
[0006]本案基于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子無鐵芯結(jié)構(gòu)，使用超導(dǎo)線圈替代了常規(guī)的銅線圈作為勵(lì)磁繞組，同時(shí)增設(shè)了冷卻機(jī)構(gòu)，相比較現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)電機(jī)具有體積小、重量輕、同步電抗小、效率高、無諧波、維護(hù)方便、無周期熱負(fù)責(zé)等優(yōu)點(diǎn)。
[0007]由于轉(zhuǎn)子無鐵芯，所以無磁飽和的限制，使得勵(lì)磁電流可以達(dá)到超導(dǎo)線圈的最大限度，從而有效提高電機(jī)的功率密度。
[0008]使用超導(dǎo)線圈能夠設(shè)計(jì)出更緊湊、更輕的電機(jī)是由于他們有非常高的電流密度，并且?guī)缀鯚o直流損耗。此外，由于高溫超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分溫區(qū)肯定低于定子部分溫區(qū)，因此需要防止熱輻射?，F(xiàn)有的方法通常是在超導(dǎo)電機(jī)中設(shè)置絕熱層，而該絕熱層是由中間抽真空的兩層金屬薄板制成，這種絕熱層結(jié)構(gòu)要占有一定的空間，會(huì)對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能和效率產(chǎn)生很大的影響，比如:設(shè)置在在超導(dǎo)電機(jī)的氣隙中的絕熱層，會(huì)增加氣隙距離；絕熱層的固定問題等；這些問題都會(huì)影響電機(jī)的性能。本案在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有設(shè)置絕熱層，因此不需要考慮絕熱層的固定問題和空間問題；只設(shè)置了防熱輻射層，無需增加氣隙距離，不會(huì)影響電機(jī)的性能和效率，這同時(shí)使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)更為緊湊、體積更小、重量更輕。
[0009]所述防熱輻射層能防熱輻射，但是不一定必須防漏熱；優(yōu)選的，所述防熱輻射層為聚四氟乙烯薄膜層。
[0010]如現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子主要包括極靴、轉(zhuǎn)子支架和空心轉(zhuǎn)軸，本案要求所述極靴和轉(zhuǎn)子支架為導(dǎo)熱但非導(dǎo)磁材質(zhì)，優(yōu)選的，所述極靴和轉(zhuǎn)子支架的材質(zhì)為鋁合金或鈦合金。
[0011]優(yōu)選的，所述冷卻管為導(dǎo)熱但非導(dǎo)電材質(zhì)，所述螺旋線管為導(dǎo)熱材質(zhì)。
[0012]優(yōu)選的，所述冷卻媒質(zhì)為液氮、液氦、液氫或液氖中的一種。
[0013]優(yōu)選的，所述超導(dǎo)線圈由二硼化鎂超導(dǎo)線材、B1-2223/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、B1-2212/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、Y-Ba-Cu-O涂層導(dǎo)體中的一種材質(zhì)繞制而成。
[0014]優(yōu)選的，所述機(jī)殼的外部覆罩有一層隔熱層；更為優(yōu)選的，所述隔熱層為抽真空的隔熱杜瓦、室溫下導(dǎo)熱率不大于IOOw/(m*K)的材料(比如超級(jí)隔熱材料)中的一種材料或兩種材料組合的結(jié)構(gòu)。
[0015]有益效果:本發(fā)明提供的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，轉(zhuǎn)子幾乎無損耗且定子部分的損耗降到了最低，電機(jī)的效率可達(dá)到99% ;采用無鐵芯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，無磁飽和的限制，使得勵(lì)磁電流可以達(dá)到超導(dǎo)線材的最大限度，從而有效提高電機(jī)的功率密度；轉(zhuǎn)子和定子之間沒有設(shè)置絕熱層，不需要考慮絕熱層的固定問題和空間問題，只設(shè)置了防熱輻射層，無需增加氣隙距離，不會(huì)影響電機(jī)的性能和效率，且電機(jī)的結(jié)構(gòu)更為緊湊，電機(jī)的體積更小，重量更輕；由于電機(jī)的損耗低，因此對(duì)使用環(huán)境中的制冷機(jī)的冷量要求就低，降低了使用成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明沿定子齒剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為沿定子槽剖面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為一個(gè)6極72槽超導(dǎo)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為超導(dǎo)電機(jī)的總成爆炸圖；
[0020]圖5為極靴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6為機(jī)殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7為冷卻管相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中標(biāo)號(hào):1_隔熱層；2-機(jī)殼；2.1-殼體；2.2_螺旋線管；3_冷卻機(jī)構(gòu)；3.1-冷卻管；3.2-隔離套管；3.3匯流管；4_冷卻媒質(zhì)；5_極靴；6_超導(dǎo)線圈；7_轉(zhuǎn)子支架；8_空心轉(zhuǎn)軸；9-定子；10-防熱輻射層；11_轉(zhuǎn)子；12_電樞繞組；13-定子鐵芯；。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1、2、3、4、5、6、7所示，為一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，包括機(jī)殼2、定子9和轉(zhuǎn)子11，所述轉(zhuǎn)子11為無鐵芯結(jié)構(gòu)，主要由極靴5、轉(zhuǎn)子支架7和空心轉(zhuǎn)軸8構(gòu)成，在極靴5上繞制有勵(lì)磁繞組6，所述勵(lì)磁繞組6為超導(dǎo)線圈；定子9主要由電樞繞組12和定子鐵芯13構(gòu)成，在定子9的每一個(gè)定子槽底部設(shè)置有一根冷卻管3.1，所述冷卻管3.1的兩端各設(shè)置有一個(gè)隔離套管3.2，所有冷卻管3.1相同的一端連通至一個(gè)匯流管3.3，所有冷卻管3.1相同的另一端連通至另一個(gè)匯流管3.3 ;所述機(jī)殼2包括殼體2.1，在殼體2.1的外側(cè)繞制有一層螺旋線管2.2，所述機(jī)殼2覆罩在隔熱層I內(nèi)；所述定子9的齒部表面設(shè)置有一層防熱輻射層10 ;所述螺旋線管2.2、冷卻管3.1、匯流管3.3以及空心轉(zhuǎn)軸8內(nèi)通入冷卻媒質(zhì)4。
[0026]所述防熱輻射層10為聚四氟乙烯薄膜層；所述極靴5和轉(zhuǎn)子支架7為鋁合金或鈦合金材質(zhì)，所述冷卻管3.1為銅管,所述螺旋線管2.2為導(dǎo)熱材質(zhì)；所述冷卻媒質(zhì)4為液氮、液氦、液氫或液氖中的一種；所述超導(dǎo)線圈由二硼化鎂超導(dǎo)線材、B1-2223/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、B1-2212/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、Y-Ba-Cu-O涂層導(dǎo)體中的一種材質(zhì)繞制而成；所述隔熱層I為抽真空的隔熱杜瓦、室溫下導(dǎo)熱率不大于IOOw/(m*K)的材料中的一種材料或兩種材料組合的結(jié)構(gòu)。
[0027]定子9和勵(lì)磁繞組6中的熱量通過冷卻管3.1傳遞到冷卻媒質(zhì)4中，從而使定子9冷卻，大大減少了損耗；勵(lì)磁繞組6纏繞在極靴5上，超導(dǎo)線材都會(huì)有彎曲半徑，常規(guī)是繞制在跑道型骨架上，但本案中極靴5的下端類似于矩形柱子且兩端有圓弧過渡，因此不會(huì)出現(xiàn)過小的彎曲半徑，如圖5所示；在定子9與轉(zhuǎn)子11之間沒有設(shè)置絕熱層，但為了避免定子9溫區(qū)的溫度熱輻射到轉(zhuǎn)子11，以至于影響超導(dǎo)勵(lì)磁繞組6的冷卻，在定子9的齒部表面貼了一層防止熱輻射的聚四氟乙烯薄膜10。轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)軸8傳送，轉(zhuǎn)軸8與外部空氣接觸的部分為普通的金屬構(gòu)件，在電機(jī)內(nèi)部與低溫環(huán)境接觸的部分由玻璃鋼制成，金屬構(gòu)件和玻璃鋼件通過低溫粘合劑連接。
[0028]總的來說，本案的超導(dǎo)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要包括定子、轉(zhuǎn)子以及冷卻機(jī)構(gòu)三部分。定子是在傳統(tǒng)定子的基礎(chǔ)上，在定子槽底部安放冷卻管，并電機(jī)機(jī)殼背部纏繞一圈螺線管，幫助定子的制冷，以降低定子部分的損耗；轉(zhuǎn)子采用無鐵芯結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁繞組纏繞在極靴上；同時(shí)可以在轉(zhuǎn)軸中通入冷卻媒質(zhì)，用于轉(zhuǎn)子的制冷；轉(zhuǎn)子與定子之間不設(shè)置絕熱層而設(shè)置防熱輻射層；電機(jī)外部設(shè)置隔熱層。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，包括機(jī)殼(2)、定子(9)和轉(zhuǎn)子(11)，所述轉(zhuǎn)子(11)為無鐵芯結(jié)構(gòu)，包括極靴(5)、轉(zhuǎn)子支架(7)和空心轉(zhuǎn)軸(8)，在極靴(5)上繞制有勵(lì)磁繞組(6)，所述定子(9)包括電樞繞組(12)和定子鐵芯(13);其特征在于:所述勵(lì)磁繞組(6)為超導(dǎo)線圈；在定子(9)的每一個(gè)定子槽內(nèi)設(shè)置有一根冷卻管(3.1)，所述冷卻管(3.1)的兩端各設(shè)置有一個(gè)隔離套管(3.2)，所有冷卻管(3.1)相同的一端連通至一個(gè)匯流管(3.3)，所有冷卻管(3.1)相同的另一端連通至另一個(gè)匯流管(3.3);所述機(jī)殼(2)包括殼體(2.1)，在殼體(2.1)的外側(cè)繞制有一層螺旋線管(2.2)，所述定子(9)的齒部表面設(shè)置有一層防熱輻射層(10);所述螺旋線管(2.2)、冷卻管(3.1)、匯流管(3.3)以及空心轉(zhuǎn)軸(8)內(nèi)通入冷卻媒質(zhì)⑷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述防熱輻射層(10)為聚四氟乙烯薄膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述極靴(5)和轉(zhuǎn)子支架(7)為導(dǎo)熱但非導(dǎo)磁材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述極靴(5)和轉(zhuǎn)子支架(7)的材質(zhì)為招合金或鈦合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述冷卻管(3.1)為導(dǎo)熱但非導(dǎo)電材質(zhì)，所述螺旋線管為導(dǎo)熱材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述冷卻媒質(zhì)(4)為液氮、液氦、液氫或液氖中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述超導(dǎo)線圈由二硼化鎂超導(dǎo)線材、B1-2223/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、B1-2212/Ag高溫超導(dǎo)帶材/線材、Y-Ba-Cu-O涂層導(dǎo)體中的一種材質(zhì)繞制而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述機(jī)殼(2)的外部覆罩有一層隔熱層(I)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低損耗的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述隔熱層(I)為抽真空的隔熱杜瓦、室溫下導(dǎo)熱率不大于IOOw/(m*K)的材料中的一種材料或兩種材料組合的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H02K55/00GK103532345SQ201310503312
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】胡敏強(qiáng), 聞程, 余海濤, 洪天琪, 梁文清, 黃磊, 陳中顯, 仲偉波, 封寧君 申請(qǐng)人:東南大學(xué)