一種超低損耗的超導電機制造技術

本發明專利技術公開了一種超低損耗的超導電機，包括機殼、定子和轉子，所述轉子為無鐵芯結構，主要是由極靴、轉子支架以及空心轉軸構成；在極靴上繞制有勵磁繞組，所述勵磁繞組為超導線圈；定子是在傳統結構的基礎上，在每一個定子槽內設置有一根冷卻管；所述機殼包括殼體，在殼體的外側繞制有一層螺旋線管，所述定子齒表面設置有一層防熱輻射層；所述螺旋線管、冷卻管、匯流管以及空心轉軸內通入冷卻媒質。本發明專利技術提供的超低損耗的超導電機，電機損耗極低，效率可以達到99%以上；氣隙內無杜瓦，小氣隙成為可能；低漏熱；電機功率密度大；制冷成本低。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種超低損耗的超導電機，包括機殼、定子和轉子，所述轉子為無鐵芯結構，主要是由極靴、轉子支架以及空心轉軸構成；在極靴上繞制有勵磁繞組，所述勵磁繞組為超導線圈；定子是在傳統結構的基礎上，在每一個定子槽內設置有一根冷卻管；所述機殼包括殼體，在殼體的外側繞制有一層螺旋線管，所述定子齒表面設置有一層防熱輻射層；所述螺旋線管、冷卻管、匯流管以及空心轉軸內通入冷卻媒質。本專利技術提供的超低損耗的超導電機，電機損耗極低，效率可以達到99%以上；氣隙內無杜瓦，小氣隙成為可能；低漏熱；電機功率密度大；制冷成本低。【專利說明】一種超低損耗的超導電機
本專利技術涉及低溫傳動和電機技術，尤其涉及一種超低損耗且制冷成本低廉的超導電機。
技術介紹
高溫超導材料在1986年被發現以來，科研人員就構想利用高溫超導材料來制造高性能電機。現所研究的高溫超導電機有三種:第一種全超導，定轉子中都采用高溫超導材料，轉子中通直流無損耗，但定子中超導材料處于交變磁場中會產生較大的交流損耗；第二種，定子中采用高溫超導，轉子采用常規結構，它和第一種存在同樣的問題；第三種是定子常規，轉子采用高溫超導材料，現有的技術中都是在定轉子之間設置絕熱層，只是冷卻轉子，定子還是處于室溫，這樣雖然轉子無損耗，但是定子損耗與常規電機一樣，銅耗較大。
技術實現思路
專利技術目的:為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種超低損耗的超導電機，采用無鐵芯結構，并以超導導線替代常規的銅導線繞制電機的勵磁繞組，結合冷卻結構，使得轉子幾乎無損耗，而且使得定子部分的損耗降到了最低，電機的效率可以達到99%。技術方案:為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為:一種超低損耗的超導電機，包括機殼、定子和轉子，所述轉子為無鐵芯結構，包括極靴、轉子支架和空心轉軸，在極靴上繞制有勵磁繞組，無需跑道，所述定子包括電樞繞組和定子鐵芯；所述勵磁繞組為超導線圈；所述定子在傳統結構的基礎上，在每一個定子槽內設置有一根冷卻管，所述冷卻管的兩端各設置有一個隔離套管，避免產生渦流，所有冷卻管相同的一端連通至一個匯流管，所有冷卻管相同的另一端連通至另一個匯流管；所述機殼包括殼體，在殼體的外側繞制有一層螺旋線管，所述定子的齒部表面設置有一層防熱福射層；所述螺旋線管、冷卻管、匯流管以及空心轉軸內通入冷卻媒質。本案基于現有的轉子無鐵芯結構，使用超導線圈替代了常規的銅線圈作為勵磁繞組，同時增設了冷卻機構，相比較現有的高溫超導電機具有體積小、重量輕、同步電抗小、效率高、無諧波、維護方便、無周期熱負責等優點。由于轉子無鐵芯，所以無磁飽和的限制，使得勵磁電流可以達到超導線圈的最大限度，從而有效提高電機的功率密度。使用超導線圈能夠設計出更緊湊、更輕的電機是由于他們有非常高的電流密度，并且幾乎無直流損耗。此外，由于高溫超導電機的轉子部分溫區肯定低于定子部分溫區，因此需要防止熱輻射。現有的方法通常是在超導電機中設置絕熱層，而該絕熱層是由中間抽真空的兩層金屬薄板制成，這種絕熱層結構要占有一定的空間，會對電機的結構、性能和效率產生很大的影響，比如:設置在在超導電機的氣隙中的絕熱層，會增加氣隙距離；絕熱層的固定問題等；這些問題都會影響電機的性能。本案在轉子和定子之間沒有設置絕熱層，因此不需要考慮絕熱層的固定問題和空間問題；只設置了防熱輻射層，無需增加氣隙距離，不會影響電機的性能和效率，這同時使得電機的結構更為緊湊、體積更小、重量更輕。所述防熱輻射層能防熱輻射，但是不一定必須防漏熱；優選的，所述防熱輻射層為聚四氟乙烯薄膜層。如現有技術的轉子結構，所述轉子主要包括極靴、轉子支架和空心轉軸，本案要求所述極靴和轉子支架為導熱但非導磁材質，優選的，所述極靴和轉子支架的材質為鋁合金或鈦合金。優選的，所述冷卻管為導熱但非導電材質，所述螺旋線管為導熱材質。優選的，所述冷卻媒質為液氮、液氦、液氫或液氖中的一種。優選的，所述超導線圈由二硼化鎂超導線材、B1-2223/Ag高溫超導帶材/線材、B1-2212/Ag高溫超導帶材/線材、Y-Ba-Cu-O涂層導體中的一種材質繞制而成。優選的，所述機殼的外部覆罩有一層隔熱層；更為優選的，所述隔熱層為抽真空的隔熱杜瓦、室溫下導熱率不大于IOOw/(m*K)的材料(比如超級隔熱材料)中的一種材料或兩種材料組合的結構。有益效果:本專利技術提供的超低損耗的超導電機，轉子幾乎無損耗且定子部分的損耗降到了最低，電機的效率可達到99% ;采用無鐵芯轉子結構，無磁飽和的限制，使得勵磁電流可以達到超導線材的最大限度，從而有效提高電機的功率密度；轉子和定子之間沒有設置絕熱層，不需要考慮絕熱層的固定問題和空間問題，只設置了防熱輻射層，無需增加氣隙距離，不會影響電機的性能和效率，且電機的結構更為緊湊，電機的體積更小，重量更輕；由于電機的損耗低，因此對使用環境中的制冷機的冷量要求就低，降低了使用成本。【專利附圖】【附圖說明】圖1為本專利技術沿定子齒剖面的結構示意圖；圖2為沿定子槽剖面的結構示意圖；圖3為一個6極72槽超導電機的結構示意圖；圖4為超導電機的總成爆炸圖；圖5為極靴的結構示意圖；圖6為機殼的結構示意圖；圖7為冷卻管相關部分的結構示意圖。圖中標號:1_隔熱層；2-機殼；2.1-殼體；2.2_螺旋線管；3_冷卻機構；3.1-冷卻管；3.2-隔離套管；3.3匯流管；4_冷卻媒質；5_極靴；6_超導線圈；7_轉子支架；8_空心轉軸；9-定子；10-防熱輻射層；11_轉子；12_電樞繞組；13-定子鐵芯；。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術作更進一步的說明。如圖1、2、3、4、5、6、7所示，為一種超低損耗的超導電機，包括機殼2、定子9和轉子11，所述轉子11為無鐵芯結構，主要由極靴5、轉子支架7和空心轉軸8構成，在極靴5上繞制有勵磁繞組6，所述勵磁繞組6為超導線圈；定子9主要由電樞繞組12和定子鐵芯13構成，在定子9的每一個定子槽底部設置有一根冷卻管3.1，所述冷卻管3.1的兩端各設置有一個隔離套管3.2，所有冷卻管3.1相同的一端連通至一個匯流管3.3，所有冷卻管3.1相同的另一端連通至另一個匯流管3.3 ;所述機殼2包括殼體2.1，在殼體2.1的外側繞制有一層螺旋線管2.2，所述機殼2覆罩在隔熱層I內；所述定子9的齒部表面設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以及空心轉軸8內通入冷卻媒質4。所述防熱輻射層10為聚四氟乙烯薄膜層；所述極靴5和轉子支架7為鋁合金或鈦合金材質，所述冷卻管3.1為銅管,所述螺旋線管2.2為導熱材質；所述冷卻媒質4為液氮、液氦、液氫或液氖中的一種；所述超導線圈由二硼化鎂超導線材、B1-2223/Ag高溫超導帶材/線材、B1-2212/Ag高溫超導帶材/線材、Y-Ba-Cu-O涂層導體中的一種材質繞制而成；所述隔熱層I為抽真空的隔熱杜瓦、室溫下導熱率不大于IOOw/(m*K)的材料中的一種材料或兩種材料組合的結構。定子9和勵磁繞組6中的熱量通過冷卻管3.1傳遞到冷卻媒質4中，從而使定子9冷卻，大大減少了損耗；勵磁繞組6纏繞在極靴5上，超導線材都會有彎曲半徑，常規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，因此不會出現過小的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超低損耗的超導電機，包括機殼（2）、定子（9）和轉子（11），所述轉子（11）為無鐵芯結構，包括極靴（5）、轉子支架（7）和空心轉軸（8），在極靴（5）上繞制有勵磁繞組（6），所述定子（9）包括電樞繞組（12）和定子鐵芯（13）；其特征在于：所述勵磁繞組（6）為超導線圈；在定子（9）的每一個定子槽內設置有一根冷卻管（3.1），所述冷卻管（3.1）的兩端各設置有一個隔離套管（3.2），所有冷卻管（3.1）相同的一端連通至一個匯流管（3.3），所有冷卻管（3.1）相同的另一端連通至另一個匯流管（3.3）；所述機殼（2）包括殼體（2.1），在殼體（2.1）的外側繞制有一層螺旋線管（2.2），所述定子（9）的齒部表面設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）以及空心轉軸（8）內通入冷卻媒質（4）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡敏強，聞程，余海濤，洪天琪，梁文清，黃磊，陳中顯，仲偉波，封寧君，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：