專利名稱:扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機的制作方法
本發(fā)明屬于利用超導技術(shù)的一種交流發(fā)電機。
二十多年來，為突破交流發(fā)電機單機極限功率，并對中小型發(fā)電機進一步提高其效率，縮小體積，減輕重量，工業(yè)發(fā)達國家研制了多種形式的超導交流發(fā)電機。這些超導交流發(fā)電機都采用傳統(tǒng)電機的結(jié)構(gòu)形式，即旋轉(zhuǎn)的激磁繞組和固定的電樞繞組，沒有鐵芯，激磁繞組選用超導線材。由于現(xiàn)有的超導線材不耐交變磁通，所以要用轉(zhuǎn)子屏蔽來隔絕交變磁通。由于不用鐵芯，激磁繞組和電樞繞組的耦合很弱，時間常數(shù)也大，激磁安匝數(shù)很大，而使超導線的用量增加，電機參數(shù)也較難選擇。同時，現(xiàn)有的超導交流發(fā)電機都存在較多難點，它們是旋轉(zhuǎn)的超導激磁繞組制造技術(shù)復雜，難度大；維護運行技術(shù)難度也大。要求超導激磁繞組在低溫恒溫器內(nèi)一同高速旋轉(zhuǎn)(如為50赫發(fā)電機，則同步轉(zhuǎn)速每分鐘應旋轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn))；要求低溫恒溫器在4.2K下保持高真空，并不斷輸入液氦，輸出氦氣，送入激磁電流使繞組不斷產(chǎn)生磁場。正是由于這些難點而降低了這種超導交流發(fā)電機的可靠性而阻礙了它的快速發(fā)展和影響了企業(yè)家們對超導發(fā)電機的興趣。
本發(fā)明的特點是盡可能采用傳統(tǒng)的發(fā)電機制造工藝和現(xiàn)有的技術(shù)概念(見IEE PROCEEDINGS，VOL 130，PT.B.NO.6，NOV，1983)，和利用超導新技術(shù)的優(yōu)點，使發(fā)電機成為具有高效、小而輕，技術(shù)難點少，盡快實現(xiàn)中小型超導交流發(fā)電機實用化而提出一種扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機。
這種扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機的電樞鐵芯及其繞組和用超導線制作的激磁繞組都是靜止的，轉(zhuǎn)動部件是由轉(zhuǎn)子磁軛(2)和在其兩端的扇形磁極(1)組成的轉(zhuǎn)軸。軸向激磁，由扇形磁極(1)將主磁通導向外周，經(jīng)過氣隙，從端面進入圓筒狀的電樞鐵芯(5)，主磁通在電樞鐵芯中沿圓周方向流過180°電角，經(jīng)過另一端的氣隙進入該端的扇形磁極(1)，并經(jīng)轉(zhuǎn)子磁軛(2)沿軸向穿過超導激磁線圈(6)而閉合。
圖1是扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機示意圖。
圖2是扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機的電樞鐵芯磁路圖。
圖3是扇形轉(zhuǎn)子超導電流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子磁軛示意圖。
圖中(1)是扇形磁極，(2)是轉(zhuǎn)子磁軛，(3)是主軸動力端，(4)是主軸支承端，(5)是電樞鐵芯，(6)是超導激磁繞組，(7)是低溫恒溫器，(8)是電樞繞組，(9)是主磁通的走向，(10)是激磁電流和液氦，氣氦引入引出口。
本發(fā)明的電樞繞組(8)和傳統(tǒng)的環(huán)形鐵芯上的銅線繞組相似，可以是單相，三相半四相或其它相數(shù)要降低電機短路比時，也可以采用有槽電樞鐵芯。用無槽繞組即氣隙繞組時，絕緣層可以加厚，按現(xiàn)有工藝技術(shù)水平，其線電壓可達11萬伏級。氣隙繞組線棒的換位和冷卻方法，可選用現(xiàn)行規(guī)范。超導激磁繞組(6)放置在電樞鐵芯(5)與轉(zhuǎn)子磁軛(2)之間的一個靜止的低溫恒溫器(7)中。發(fā)電機正常運行時，激磁繞組(6)基本上不受力。低溫恒溫器(7)內(nèi)的超導激磁繞組(6)用超臨界氦或二相流氦冷卻。激磁電流和液氦、氣氦引入引出口(10)可安排在電樞鐵芯(5)端面的槽中或筒體中部的孔中。轉(zhuǎn)子由主軸動力端(3)，主軸支承端(4)，扇形磁極(1)和轉(zhuǎn)子磁軛(2)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子磁軛(2)，主軸動力端(3)和扇形磁極(1)應用導磁材料制成。主軸支承端(4)用非導磁的材料制成。 轉(zhuǎn)子磁軛(2)兩端的扇形磁極(1)形成南北磁極。扇形磁極(1)的每端有兩個扇面，即為四極電機；如每端有一個扇面另加平衡重物，則為兩極電機。當然，根據(jù)每端扇面的多少也可以是六極或以上的。本發(fā)明是以四極為例陳述的，其轉(zhuǎn)子主軸兩端(3)，(4)即尾端軸伸應安置在非導磁性如1Cr18Ni9Ti材料的軸承座上，以免磁短路。電樞鐵芯(5)的軸向和圓周向通過脈振磁通，應用硅鋼片捲繞而成，呈圓筒狀。電樞繞組(8)則配置在該圓筒狀鐵芯的內(nèi)外表面。硅鋼片各層間固定成為一個整體。電樞鐵芯(5)可以用高剛度絕緣、絕磁襯筒作成的內(nèi)圓筒支承，電樞鐵芯(5)筒內(nèi)部按需要安排冷卻通道，電樞鐵芯(5)的外圓及其端面安排適當?shù)闹挝铮员愎潭ā?br>本發(fā)明所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其突出的優(yōu)越性是1、激磁系統(tǒng)損耗包括致冷的總損耗比一般的超導旋轉(zhuǎn)磁場繞組交流發(fā)電機為小，其總損耗約在50千瓦以下。如為5萬千瓦發(fā)電機，其激磁系統(tǒng)總損耗在0.1％以下。對于更大的發(fā)電機而言，其損耗的比值就更小了。如加上各種節(jié)能措施，這種扇形轉(zhuǎn)子超導激磁發(fā)電機比常規(guī)發(fā)電機提高效率0.5％是綽綽有余的。
扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機的體積重量不如一般超導發(fā)電機那樣小，但比常規(guī)交流發(fā)電機還是小而且輕。
3、扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機的超導線用量遠比不用鐵芯的一般超導交流發(fā)電機為少，只相當于常規(guī)交流發(fā)電機用銅量的百分之幾。
4、本發(fā)明所述的發(fā)電機用捲筒式電樞鐵芯，硅鋼片利用率高，加工方便，損耗低。
5、本發(fā)明所述的電樞繞組和激磁繞組都是靜止不動的，不需用滑環(huán)系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)的低溫恒溫器及其必要的氦通道磁液密封和真空密封裝置。
6、本發(fā)明所述的磁路通道為最短，激磁線圈在轉(zhuǎn)子磁軛的外緣，轉(zhuǎn)子磁軛將磁通導向電樞鐵芯的兩端面，當扇形磁極旋轉(zhuǎn)時，對于電樞鐵芯截面中大部分的點而言，磁力線通過的方向是由一側(cè)經(jīng)上方(或下方)轉(zhuǎn)向另一側(cè)，也就是只旋轉(zhuǎn)180度電角，經(jīng)轉(zhuǎn)子磁軛而形成閉合的磁回路，與常規(guī)交流發(fā)電機電樞磁軛中的磁力線旋轉(zhuǎn)360度電角不同，所以在相同磁密下的鐵損耗較小。
權(quán)利要求
1.超導交流發(fā)電機一般是由靜止的電樞鐵芯及其繞組，隨同低溫恒溫器一起旋轉(zhuǎn)的激磁繞組組成的，其特征在于扇形轉(zhuǎn)子超導電流發(fā)電機不僅其電樞鐵芯(5)和電樞繞組(8)是靜止的，而且在低溫恒溫器(7)中的超導激磁繞組(6)也是靜止的；同時還配有轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子磁軛(2)和扇形磁極(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于超導激磁繞組(6)是安置在電樞鐵芯(5)與轉(zhuǎn)子磁軛(2)之間的一個靜止的低溫恒溫器(7)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于轉(zhuǎn)子磁軛(2)的兩端配置有扇形的磁極(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于轉(zhuǎn)子磁軛(2)和扇形磁極(1)是由導磁材料制成的，軸承座和尾端軸伸是由非導磁性材料(如不銹鋼 1Cr18Ni9Ti)制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于轉(zhuǎn)子磁軛(2)和扇形磁極(1)是由導磁材料制成的，軸承座和尾端軸伸是由非導磁性材料(如不銹鋼1Cr18Ni9Ti)制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于電樞鐵芯(5)呈圓筒狀由硅鋼片捲繞成的，電樞繞組(8)配置在該圓筒狀鐵芯的內(nèi)外表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的扇形轉(zhuǎn)子超導交流發(fā)電機，其特征在于扇形磁極(1)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，電樞鐵芯兩端面的磁力線即由磁極的一側(cè)上方(或下方)旋轉(zhuǎn)180°電角轉(zhuǎn)向另一側(cè)，經(jīng)轉(zhuǎn)子磁軛而形成閉合的磁回路。
專利摘要
本實用新型屬于利用超導技術(shù)的一種交流發(fā)電機。它的主要特征是電樞鐵芯及其繞組、以超導線制作的激磁繞組及必要的低溫恒溫器都是靜止的，轉(zhuǎn)動部件是由轉(zhuǎn)子磁軛和在其兩端的扇形磁極組成的轉(zhuǎn)軸按同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。由于電樞繞組和超導激磁繞組都是靜止的，而使超導電機的運行和制造難度大大降低，增加了運行可靠性，減小了損耗，使所述發(fā)電機成為具有高效，小而輕，技術(shù)難點小，易于制造應用的新型發(fā)電裝置。
文檔編號H02K55/00GK86208437SQ86208437
公開日1987年7月15日 申請日期1986年12月10日
發(fā)明者費鴻飛 申請人:西安交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan