CN106374644B - 一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机 - Google Patents

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Abstract

一种新型静态密封高温超导励磁磁通切换电机，由外向内包括定子和转子，所述的定子内侧沿圆周方向均匀交替环绕有定子齿和定子非铁磁性支撑，且定子齿和定子非铁磁性支撑分别径向成对设置，定子齿上绕制有电枢绕组，定子非铁磁性支撑上绕制有高温超导励磁绕组；所述的转子通过转子非铁磁性支撑分隔构成沿圆周方向均匀交替环绕的分段式转子铁心。本发明采用非铁磁性材料支撑固定高温超导励磁绕组，可增大电枢绕组槽面积，增加电机的电负荷，提高电机功率密度；同时转子侧也采用非铁磁性材料支撑分段式转子结构，可节省大量的铁磁材料，降低电机重量，而且铁磁材料用量的减少，可大大降低电机铁耗，从而有效改善电机效率。

Description

一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种励磁绕组采用非铁磁性材料支撑结构的静态密封高温超导励磁磁通切换电机。
背景技术
随着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深入的研究。目前，转子励磁型超导电机的超导励磁绕组置于转子侧，定子则一般采用空气心定子结构，且定子齿采用高强度非铁磁性支撑材料，避免了常规电机中的齿部磁饱和现象，适宜于强磁负载运行工况，且支撑材料很薄，节省了定子空间，从而可以增加电负载，故空气心定子结构可以显著提高电机功率密度，同时由于铁磁材料的减少，可以有效降低铁耗，改善电机效率。但该类型电机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，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。
近年来，为解决高温超导电机冷却系统结构复杂及加工难度大的难题，一类将高温超导励磁绕组置于定子侧的静态密封高温超导电机成为国内外学者关注的焦点。该类静态密封高温超导电机去除了动态密封超导电机所必需的低温耦合传输装置，不仅降低了高温超导电机的加工难度及制造成本，而且具有高效率高功率密度的显著优点。但由于该类静态密封高温超导电机的电枢绕组及励磁绕组均置于定子侧，且定转子齿均采用铁磁性材料以提供磁通路径，使得该类超导电机的定子空间紧张，限制了该类超导电机功率密度的进一步提升。因此，从解决高温超导电机低温冷却介质的动态密封问题以及提高其功率密度角度出发，开发一种将高温超导励磁绕组全部置于静止的电机定子之上以期实现冷却介质的静态密封，同时能够进一步提高静态密封高温超导电机功率密度的新型高温超导电机拓扑结构，具有重要的理论意义和工程应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机，有效改善静态密封高温超导电机中定子侧空间紧张、电机质量重等问题。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种静态密封高温超导磁通切换电机，由外向内包括定子和转子，所述的定子内侧沿圆周方向均匀交替环绕有定子齿和定子非铁磁性支撑，且定子齿和定子非铁磁性支撑分别径向成对设置，定子齿上绕制有电枢绕组，定子非铁磁性支撑上绕制有高温超导励磁绕组；所述的转子通过转子非铁磁性支撑分隔构成沿圆周方向均匀交替环绕的分段式转子铁心。
所述的定子齿和定子非铁磁性支撑均设置有六个，所述的电枢绕组为集中绕组，常规铜线绕制而成，六套电枢绕组构成三相电机，且沿圆周径向相对的两套电枢绕组构成其中的一相。
所述的高温超导励磁绕组为集中绕组，高温超导线材绕制而成，六套高温超导励磁绕组产生的磁极沿圆周周向交替排列。
本发明提出一种定子侧高温超导励磁绕组采用高强度非铁磁性材料支撑，且采用分段式转子结构的静态密封高温超导磁通切换电机拓扑结构。采用非铁磁性材料支撑固定高温超导励磁绕组，可增大电枢绕组槽面积，增加电机的电负荷，提高电机功率密度；同时转子侧也采用非铁磁性材料支撑分段式转子结构，可节省大量的铁磁材料，降低电机重量，而且铁磁材料用量的减少，可大大降低电机铁耗，从而有效改善电机效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1、定子，2、高温超导励磁绕组，201、第一高温超导励磁绕组，202、第二高温超导励磁绕组，203、第三高温超导励磁绕组，204、第四高温超导励磁绕组，205、第五高温超导励磁绕组，206、第六高温超导励磁绕组，3、电枢绕组，301、第一电枢绕组，302、第二电枢绕组，303、第三电枢绕组，304、第四电枢绕组，305、第五电枢绕组，306、第六电枢绕组，4、转子，5、定子齿，6、定子非铁磁性支撑，7、定子非铁磁性支撑,8、分段式转子铁心。
具体实施方式
如图1所述，一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机，由外向内包括定子1和转子4，定子1由硅钢片压叠而成，转子4位于定子1内部，所述的定子1内侧沿圆周方向均匀交替环绕有六个定子齿5和六个定子非铁磁性支撑6，且定子齿5和定子非铁磁性支撑6分别径向成对设置，定子齿5上绕制有电枢绕组3，定子非铁磁性支撑6上绕制有高温超导励磁绕组2；所述的转子4通过转子非铁磁性支撑7分隔构成沿圆周方向均匀交替环绕的分段式转子铁心8。
所述的电枢绕组3为集中绕组，常规铜线绕制而成，六套电枢绕组3构成三相电机，且沿圆周径向相对的两套电枢绕组3构成其中的一相，第一电枢线圈301和径向相对的第四电枢线圈304构成A相，第二电枢线圈302和第五电枢线圈305构成B相，第三电枢线圈303和第六电枢线圈306构成C相。
所述的高温超导励磁绕组2为集中绕组，高温超导线材绕制而成，第一高温超导励磁绕组201、第二高温超导励磁绕组202、第三高温超导励磁绕组203、第四高温超导励磁绕组204、第五高温超导励磁绕组205和第六高温超导励磁绕组206产生的磁极沿圆周周向交替排列。
高温超导励磁绕组2通入励磁电流，在电机定子1与分段式转子铁心8之间的气隙中产生强磁场，当转子4运动时，随着分段式转子铁心8与铁磁性定子齿5之间相对位置的变化，单个电枢绕组3中所匝链的磁链产生正负交替变化，从而使每相电枢绕组3的磁链产生按正弦规律正负交变的双极性磁链，进而在每相电枢绕组3中感应出正弦规律变化的反电动势。当转子4轴端输入机械能时，电机能够将输入的机械能转变为电能，实现发电机运行；当三相电枢绕组3通入三相正弦交流电时，电机可在转子4轴端输出机械能，实现电动机运行。

Claims (3)

1.一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机，其特征在于：由外向内包括定子(1)和转子(4)，所述的定子(1)内侧沿圆周方向均匀交替环绕有定子齿(5)和定子非铁磁性支撑(6)，且定子齿(5)和定子非铁磁性支撑(6)分别径向成对设置，定子齿(5)上绕制有电枢绕组(3)，定子非铁磁性支撑(6)上绕制有高温超导励磁绕组(2)；所述的转子(4)通过转子非铁磁性支撑(7)分隔构成沿圆周方向均匀交替环绕的分段式转子铁心(8)。
2.根据权利要求1所述的一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机，其特征在于：所述的定子齿(5)和定子非铁磁性支撑(6)均设置有六个，所述的电枢绕组(3)为集中绕组，常规铜线绕制而成，六套电枢绕组(3)构成三相且沿圆周径向相对的两套电枢绕组(3)构成其中的一相。
3.根据权利要求2所述的一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机，其特征在于：所述的高温超导励磁绕组(2)为集中绕组，高温超导线材绕制而成，六套高温超导励磁绕组(2)产生的磁极沿圆周周向交替排列。
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