一種單低溫保持器全超直線電的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，適用于軌道交通及電磁彈射系統(tǒng)。該全超電機(jī)是一種雙凸極結(jié)構(gòu)，包含凸極的短動(dòng)子和長定子，繞組只分布在短動(dòng)子上或者只分布在長定子。該繞組由高溫超導(dǎo)材料制成，包含電樞繞組和勵(lì)磁繞組，電樞繞組由三相組成，勵(lì)磁繞組中通入恒定的勵(lì)磁電流。由于高溫超導(dǎo)繞組為跑道型，為了實(shí)現(xiàn)電樞和勵(lì)磁繞組的安裝，短動(dòng)子或者長定子的齒設(shè)計(jì)成“凹”字型。為了使電樞繞組中的磁通發(fā)生切換，每個(gè)“凹”字型的齒中安裝兩套勵(lì)磁繞組。本實(shí)用新型的全超電機(jī)只需單一低溫保持器，大大降低了全超電機(jī)的制造成本，為高溫超導(dǎo)繞組在軌道交通及彈射系統(tǒng)中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。
【專利說明】一種單低溫保持器全超直線電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電工、電機(jī)、軌道交通、彈射等【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種單低溫保持器的全超直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，直線電機(jī)在軌道交通、電磁彈射等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的直線電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和超導(dǎo)直線電機(jī)。由于超導(dǎo)電機(jī)的繞組由超導(dǎo)材料組成，使得該類電機(jī)的電流密度大大高于以銅為材料的傳統(tǒng)電機(jī)，且高溫超導(dǎo)材料的零電阻特性使得繞組的銅耗大大降低，提高了電機(jī)的功率密度。同時(shí)，隨著超導(dǎo)材料的臨界溫度穩(wěn)步提高，高溫超導(dǎo)電機(jī)的成本也在下降，使得制造高溫超導(dǎo)電機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。
[0003]在現(xiàn)有的高溫超導(dǎo)電機(jī)中，主要應(yīng)用超導(dǎo)材料的兩大特性，分別為邁斯納效應(yīng)和零電阻效應(yīng)。其中超導(dǎo)的邁斯納效應(yīng)使得由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)塊能夠提供高的磁能密度。但高磁能密度的超導(dǎo)塊的充磁必須采用超導(dǎo)線圈來實(shí)現(xiàn)。相比于超導(dǎo)塊在電機(jī)中的應(yīng)用，超導(dǎo)繞組更具有廣泛性。在文獻(xiàn)“Development of a 15 kff motor with a fixedYBCO superco nducting field winding，，中(公開發(fā)表于 2007 年/5221 Transactions onApplied Superconductivity 17卷,2期，1607-1610頁)，制造了一種利用跑道型高溫超導(dǎo)繞組為直流勵(lì)磁繞組的超導(dǎo)電機(jī)。為了進(jìn)一步提升電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度，在文獻(xiàn)“Feasibility study on a 400 kff-3600 rpm REBCO fully superconducting motor，，(公開發(fā)表于 2012 年/￡221 Transactions on Applied Superconductivity 22 卷，3 期，5201204-1-4頁)中提出了全超電機(jī)，即定轉(zhuǎn)子上的繞組均為高溫超導(dǎo)材料制成，但轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)高溫超導(dǎo)繞組的低溫保持器增加了電機(jī)的制造成本。在文獻(xiàn)“Electricalproperties analysis and test result of windings for a fully superconducting10 HP homopolar motor”(公開發(fā)表于 2012 年 IEEE Transactions on AppliedSuperconductivity 22卷,3期,5201405-1-4頁)中提出了一種全超電機(jī)。該電機(jī)中采用同極轉(zhuǎn)子，使得勵(lì)磁的高溫超導(dǎo)繞組不旋轉(zhuǎn)，降低了制造成本。但該全超電機(jī)的超導(dǎo)繞組分別分布在定子和轉(zhuǎn)子上，必需采用兩套冷卻設(shè)備對(duì)交流電樞和直流勵(lì)磁超導(dǎo)繞組進(jìn)行冷卻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中全超電機(jī)的不足，提出一種只需單一低溫保持器的全超直線電機(jī)。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，包括凸極的短動(dòng)子和長定子、繞組以及一個(gè)低溫保持器，繞組只分布在短動(dòng)子上或者只分布在長定子上；所述繞組包括電樞繞組和勵(lì)磁繞組，均采用高溫超導(dǎo)材料；所述電樞繞組由三相組成，所述勵(lì)磁繞組中通入恒定的勵(lì)磁電流；所述低溫保持器只包裹著短動(dòng)子并隨之運(yùn)動(dòng)，或者只包裹著長定子。
[0007]所述的繞組為跑道型，且使用的材料為釔鋇銅氧化合物、B1-2223或其它高溫超導(dǎo)材料。
[0008]進(jìn)一步地，為了使交流電樞繞組和直流勵(lì)磁繞組都能夠安裝在短動(dòng)子或者長定子 上，該全超直線電機(jī)中的短動(dòng)子或者長定子的齒被加工成“凹”字型。“凹”字型的齒上安裝 雙層的高溫超導(dǎo)勵(lì)磁繞組；相鄰槽內(nèi)安裝一套電樞繞組，即電樞繞組采用集中式結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步地，“凹”字型的齒上的直流勵(lì)磁繞組通入電流方向一致。在該方式的勵(lì)磁 電流下，交流電樞繞組中的磁通能夠進(jìn)行正負(fù)切換。
[0010]本實(shí)用新型具有以下效果:
[0011]1、本實(shí)用新型的動(dòng)子結(jié)構(gòu)和定子結(jié)構(gòu)均為雙凸極結(jié)構(gòu)，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單易于加工。
[0012]2、本實(shí)用新型充分利用了跑道型高溫超導(dǎo)繞組的結(jié)構(gòu)特征，放在動(dòng)子或定子槽里 面的交流電樞繞組和放在“凹”字型的齒上雙層直流勵(lì)磁繞組形成了三層繞組結(jié)構(gòu)，充分利 用了動(dòng)子的槽空間。
[0013]3、“凹”字型的齒上的直流勵(lì)磁繞組通入正確的勵(lì)磁電流后，交流電樞繞組中的磁 通會(huì)產(chǎn)生正負(fù)交換，易于實(shí)現(xiàn)該類全超電機(jī)的反電勢正弦化，降低諧波，抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0014]4、交流電樞繞組和直流勵(lì)磁超導(dǎo)繞組都安裝在動(dòng)子或者定子上，這樣只要一個(gè)低 溫保持器就能實(shí)現(xiàn)該全超直線電機(jī)的超導(dǎo)材料的低溫特性。如在軌道交通中，短動(dòng)子結(jié)構(gòu) 可以安裝在客車上，這樣能夠保證該低溫保持器與行駛中的客車是相對(duì)靜止的，這樣就避 免了低溫保持器的運(yùn)動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡圖，圖中:1.短動(dòng)子；2.長定子；3.交流電樞繞組；4.直 流電樞繞組；5.低溫保持器；
[0016]圖2是含“凹”字型齒的動(dòng)子；
[0017]圖3是超導(dǎo)繞組疊放方式；
[0018]圖4是直流勵(lì)磁繞組勵(lì)磁方向；
[0019]圖5是交流電樞繞組的磁通切換原理；
[0020]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
[0022]如附圖1所示，本實(shí)用新型為一種全超直線電機(jī)，該電機(jī)包含雙凸極的短動(dòng)子I和 長定子2 ;短動(dòng)子I和長定子2的鐵芯均采用國內(nèi)常用的D23材料沖片疊壓而成。繞組包 括三相交流電樞繞組3和雙層直流勵(lì)磁繞組4 ;所述的繞組均由B1-2223高溫超導(dǎo)材料制 成；一個(gè)低溫保持器5采用杜瓦，且低溫保持器5可以包裹著動(dòng)子并隨之運(yùn)動(dòng)。
[0023]為了使超導(dǎo)交流電樞繞組3和直流勵(lì)磁繞組4能夠同時(shí)安裝在短定子I上，在短 定子I上開槽，短定子I芯片的剖面圖如圖2所示。在圖2的虛線框中，短定子的齒被加工 成倒“凹”字型。這樣在短定子的凹口處就能安裝直流勵(lì)磁繞組4。
[0024]超導(dǎo)交流電樞繞組3和直流勵(lì)磁繞組4的安裝方式如圖3所示，在圖3中，超導(dǎo)交 流電樞繞組3安裝于短動(dòng)子I的槽內(nèi)，為單層集中繞組；直流勵(lì)磁繞組4安裝在短定子I的 凹口處，為雙層集中繞組。無論超導(dǎo)交流電樞繞組3還是直流勵(lì)磁繞組4都采用跑道型的方式，跑道型高溫超導(dǎo)材料繞組，外層包裹了絕緣和散熱材料，且具有剛性支架。這樣既能防止超導(dǎo)線材破損還能使不同繞組之間不存在接觸，增強(qiáng)了電機(jī)的可靠性。
[0025]由于交流電樞繞組3和直流勵(lì)磁繞組4安裝在短動(dòng)子I上，為了使交流電樞繞組3中的磁通能夠切換，必需正確的激勵(lì)直流勵(lì)磁繞組4。圖4給出了該類全超電機(jī)的直流勵(lì)磁繞組4激勵(lì)方式，在此激勵(lì)方式下，該全超直線電機(jī)的短動(dòng)子I的齒部在凹口的左右兩邊分成了兩極，一邊磁通向上，一邊磁通向下。同時(shí)相鄰兩齒的磁通方向相反。當(dāng)該全超直線電機(jī)運(yùn)行與圖5 (a)位置時(shí)，交流電樞繞組3繞組中的磁通方向向上，當(dāng)該全超直線電機(jī)運(yùn)行與圖5 (b)位置時(shí)，交流電樞繞組3繞組中的磁通方向向下，這樣交流電樞繞組3中的磁通就發(fā)生了正負(fù)切換。該實(shí)施方式能夠適合軌道交通領(lǐng)域。
[0026]實(shí)施例2
[0027]在圖6中給出了該類全超直線電機(jī)的實(shí)施方式二。從圖中可以看出，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同。不同之處在于此時(shí)的超導(dǎo)交流電樞繞組3和直流勵(lì)磁繞組4安裝于長定子上2。此時(shí)該全超電機(jī)發(fā)生運(yùn)動(dòng)的為只有凸極結(jié)構(gòu)的短動(dòng)子1，該實(shí)施方案適用于彈射
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【權(quán)利要求】
1.一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，其特征在于，包括雙凸極的短動(dòng)子(I)和長定子(2)、繞組以及一個(gè)低溫保持器(5)，繞組只分布在短動(dòng)子(I)上或者只分布在長定子(2) 上；所述繞組包括電樞繞組(3)和勵(lì)磁繞組(4)，均采用高溫超導(dǎo)材料；所述電樞繞組(3)由 三相組成，所述勵(lì)磁繞組(4)中通入恒定的勵(lì)磁電流；所述低溫保持器(5)只包裹著短動(dòng)子(I)并隨之運(yùn)動(dòng)，或者只包裹長定子(2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，其特征在于，所述的繞組 為跑道型，且使用的材料為釔鋇銅氧化合物或B1-2223。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，其特征在于，所述凸極 的短動(dòng)子(I)或者長定子(2)的每個(gè)齒為“凹”字型，“凹”字型的齒上安裝雙層的勵(lì)磁繞組(4)，同一“凹”字型的齒上的勵(lì)磁繞組(4)通入電流方向一致；相鄰的凹槽內(nèi)安裝一套電樞 繞組(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單低溫保持器全超直線電機(jī)，其特征在于，所述低溫保 持器(5)采用杜瓦。
【文檔編號(hào)】H02K41/02GK203434840SQ201320253875
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】劉國海, 陳前, 趙文祥, 孫龍綱, 蔣一誠, 楊俊勤 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)