CN105634247A

CN105634247A - 一种六相静态密封高温超导电机

Info

Publication number: CN105634247A
Application number: CN201610052431.1A
Authority: CN
Inventors: 王玉彬; 李祥林
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2016-06-01

Abstract

本发明涉及一种六相静态密封高温超导电机，包括静止的定子和位于定子内旋转的转子，定子和转子均为凸极结构，转子的凸极向外，定子的凸极向内，所述的定子有24个凸极，转子有23个转子凸极，所述的定子和转子之间留有气隙；在定子凸极上沿定子圆周方向交替绕制12个电枢绕组和12个高温超导励磁绕组。本发明提高了电机的功率等级，降低了功率变换器的成本极其控制难度，实现冷却介质的静态密封；本发明结构简单、低成本、冷却效果好及运行可靠性高。

Description

一种六相静态密封高温超导电机

技术领域

本发明涉及一种高温超导电机，具体涉及一种六相静态密封高温超导电机。

背景技术

近年来，高温超导技术的迅速发展，使得高温超导材料在电机、飞轮储能、磁悬浮等领域得到广泛而深入的研究。已有研究数据表明，在液氮冷却条件下，高温超导块材的俘获磁场可达2.3T（77K），远高于目前永磁体的磁场强度，而第二代高温超导Y系线材的临界电流密度也已达到3×106A/cm2（77K，0T）。这意味着将高温超导材料取代传统电机中的绕组和永磁体，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。

目前，旋转电机领域中主要将高温超导线材用作励磁绕组，并置于转子侧，采用直流励磁方式，由非导磁材料支架固定在转子上，而电枢绕组则为常规铜绕组，这就需要将整个转子进行密封并通入低温介质以维持低温环境。因此，必须采用动态旋转密封装置来实现旋转的转子与外部制冷设备间的低温冷却介质流通。而这种动态旋转密封装置不仅结构复杂、价格昂贵，而且为保证其密封性能还需要定期检测维护，大大增加了高温超导电机的运行成本。同时，对于常规三相电枢绕组配置而言，由于其功率变换器中电力电子器件电压及电流定额的约束，其电枢绕组的功率等级也受到一定的限制，需采用电力电子器件串并联的方式加以解决，这势必增加功率变换器的控制难度。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种电枢绕组采用6相配置，可实现冷却介质的静态密封和提高电机的功率等级的一种六相静态密封高温超导电机。

针对上述问题，本发明的设计方案为：一种六相静态密封高温超导电机，包括定子及位于定子内的转子，定子和转子均为凸极结构，所述的定子设有24个凸极，在定子凸极上沿定子圆周方向交替绕制12个电枢绕组和12个励磁绕组；所述的电枢绕组直接绕制在定子凸极上，沿定子圆周方向相邻的两个电枢绕组构成1相，12个电枢绕组共构成6相。由于电机采用6相绕组配置，其绕组分布系数为0.966。因此，较之常规的3相绕组配置，可有效降低与之配套的功率变换器中电力电子器件电压及电流定额，从而降低了功率变换器的成本极其控制难度。

优选的，所述的励磁绕组均置于跑道型冷却杜瓦内，所述的跑道型冷却杜瓦套在单个定子凸极上。将励磁绕组及容纳励磁绕组的跑道型冷却杜瓦置于定子侧，静止不动，使得冷却介质可以直接通入跑道型冷却杜瓦，从而规避了传统转子励磁型高温超导电机所必须的动态旋转密封问题，同时，电机采用6相绕组配置，具有提高电机的功率等级，实现冷却介质的静态密封，结构简单、低成本、冷却效果好及运行可靠性高的显著优点。

优选的，所述的跑道型冷却杜瓦包括环形的外层杜瓦、环形的内层杜瓦以及设置于内层杜瓦两端且连通于内层杜瓦的冷却介质入口及冷却介质出口；所述的励磁绕组置于内层杜瓦之内，在冷却介质入口处设有励磁绕组引线。低温介质通入到内层杜瓦中将励磁绕组降温至临界温度以下。通过励磁绕组引线向励磁绕组通直流电，在电机气隙中产生强励磁磁场。

优选的，所述的电枢绕组为绕制在定子凸极上的铜绕组；所述的励磁绕组由高温超导线材绕制而成。

优选的，所述的励磁绕组绕向一致。励磁绕组产生的磁极方向一致，均沿直径方向向内或向外。

优选的，所述的转子设有25个或23个凸极。

有益效果：本发明提高了电机的功率等级，降低了功率变换器的成本极其控制难度，实现冷却介质的静态密封；本发明结构简单、低成本、冷却效果好及运行可靠性高。

附图说明

图1是电机结构示意图；

图2是跑道型冷却杜瓦示意图；

其中，1是定子，2是励磁绕组，201~212是第一励磁绕组到第十二励磁绕组，2.1是外层杜瓦，2.2是内层杜瓦，2.3是冷却介质入口，2.4是冷却介质出口，2.5励磁绕组引线，3是电枢绕组，301~312是第一电枢绕组到第十二电枢绕组，4是转子。

具体实施方式

一种六相静态密封高温超导电机，如图1所示，包括定子1及位于定子1内的转子4，定子1和转子4均为凸极结构，所述的定子1设有24个凸极，在定子1凸极上沿定子1圆周方向交替绕制12个电枢绕组3和12个励磁绕组2；所述的电枢绕组3直接绕制在定子1凸极上，沿定子1圆周方向相邻的两个电枢绕组3构成1相，12个电枢绕组3共构成6相。所述的电枢绕组3为绕制在定子1凸极上的铜绕组；所述的励磁绕组2由高温超导线材绕制而成。所述的转子4设有25个或23个凸极。

所述的励磁绕组2均置于跑道型冷却杜瓦内，所述的跑道型冷却杜瓦套在单个定子凸极上。图1中12个置于跑道型冷却杜瓦内的励磁绕组2分别包括第一励磁绕组201、第二励磁绕组202、第三励磁绕组203、第四励磁绕组204、第五励磁绕组205、第六励磁绕组206、第七励磁绕组207、第八励磁绕组208、第九励磁绕组209、第十励磁绕组210、第十一励磁绕组211、第十二励磁绕组212，且均为集中绕组。所有励磁绕组2产生的磁极方向一致，均为沿定子1圆周的直径方向向内或向外。

电枢绕组3包括第一电枢绕组301、第二电枢绕组302、第三电枢绕组303、第四电枢绕组304、第五电枢绕组305、第六电枢绕组306、第七电枢绕组307、第八电枢绕组308、第九电枢绕组309、第十电枢绕组310、第十一电枢绕组311、第十二电枢绕组312，且均为集中绕组。第一电枢绕组301和第二电枢绕组302构成电机的A相，第三电枢绕组303和第四电枢绕组304构成电机的B相，第五电枢绕组305和第六电枢绕组306构成电机的C相，第七电枢绕组307和第八电枢绕组308构成电机的D相，第九电枢绕组309和第十电枢绕组310构成电机的E相，第十一电枢绕组311和第十二电枢绕组312构成电机的F相。12个电枢绕组构成6相绕组配置，其绕组分布系数为0.966。

如图2所示，跑道型冷却杜瓦包括环形的外层杜瓦2.1、环形的内层杜瓦2.2以及设置于内层杜瓦2.2两端且连通于内层杜瓦2.2的冷却介质入口2.3及冷却介质出口2.4。所述的励磁绕组2置于内层杜瓦2.2之内，在冷却介质入口2.3处设有励磁绕组引线2.5；低温介质通入到内层杜瓦2.2中将励磁绕组2降温至临界温度以下，再由冷却介质出口2.4流出。通过励磁绕组引线2.5向励磁绕组2通直流电，在电机气隙中产生强励磁磁场。

跑道型冷却杜瓦的作用原理：低温介质使高温超导励磁绕组2进入超导状态，从而在内气隙中产生强磁场，且该磁场匝链置于定子1上的电枢绕组3。当转子4由原动机拖动旋转时，气隙磁场将随之发生变化，从而在电枢绕组3中感应出电动势，对外输出电功率，实现发电运行；反之，若在电枢绕组3中通入交流电流，则该电流与气隙磁场相互作用，产生电磁转矩，从而驱动转子4旋转，对外输出机械功率，实现电动运行。

Claims

1.一种六相静态密封高温超导电机，包括定子及位于定子内的转子，其特征在于：定子和转子均为凸极结构，所述的定子设有24个凸极，在定子凸极上沿定子圆周方向交替绕制12个电枢绕组和12个励磁绕组；所述的电枢绕组直接绕制在定子凸极上，沿定子圆周方向相邻的两个电枢绕组构成1相，12个电枢绕组共构成6相。

2.根据权利要求1中所述的六相静态密封高温超导电机，其特征在于：所述的励磁绕组均置于跑道型冷却杜瓦内，所述的跑道型冷却杜瓦套在单个定子凸极上。

3.根据权利要求2中所述的六相静态密封高温超导电机，其特征在于：所述的跑道型冷却杜瓦包括环形的外层杜瓦、环形的内层杜瓦以及设置于内层杜瓦两端且连通于内层杜瓦的冷却介质入口及冷却介质出口；所述的励磁绕组置于内层杜瓦之内，在冷却介质入口处设有励磁绕组引线。

4.根据权利要求1或3中所述的六相静态密封高温超导电机，其特征在于：所述的电枢绕组为绕制在定子凸极上的铜绕组；所述的励磁绕组由高温超导线材绕制而成。

5.根据权利要求4中所述的六相静态密封高温超导电机，其特征在于：所述的励磁绕组绕向一致。

6.根据权利要求5中所述的六相静态密封高温超导电机，其特征在于：所述的转子设有25个或23个凸极。