CN106533117A - 一种超导直线直流电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导直线直流电机，可以应用于超高速电磁推进。根据径向磁场和环向电流的思想，采用超导线圈作为励磁磁体，电枢绕组沿环向以螺线管形式绕制在定子上，各相绕组间隔绕制；每相绕组由多组线圈串联连接，同相相邻的线圈组采用反向串联的连接方式；励磁磁体和定子电枢均为空心结构；定子采用非导磁非导电材料。本发明可应用于火箭辅助发射、超高速滑撬试验平台等，在一定的电源储能条件下，相对于传统直线交流电机具有结构简单，发射负载大、稳定可靠，能量转化效率高的特点。

Description

一种超导直线直流电机

技术领域

本发明涉及高速及超高速电磁发射领域，具体涉及一种超导直线直流电机。

背景技术

直线直流电机(DCLM)系统电磁力与电枢电流为线性关系，控制性能和电机性能非常优秀，通常作为超高速、精密机床的传动，其传动速度可达到80m/min，加速度最高可达10g，能够实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。国际上日本信州大学、德国柏林科技大学、英国威尔士大学、加拿大马尼拖巴湖大学、国内浙江大学、山东大学、北京理工大学、清华大学在此方面的研究成果非常成熟。目前常用的直线直流电机动子一般采用永磁体作为动子，定子为铁芯结构，电枢环形绕制在定子上。这种结构具有较为严重的电枢反应和电磁饱和的问题。电磁饱和限制了电机行程的长度，因为行程越长，饱和越严重，电机出力越小；电枢反应使得电机电磁推力随着定子运动位置波动较大。这些缺陷使得这种类型直线直流电机只能应用于短行程小推力的工况。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明设计了一种超导直线直流电机，用于改善传统永磁直线直流电机的缺陷，使得改进后的电机能够应用于超高速大负载电磁推进工况。

本发明的基本原理是以超导线圈作为励磁磁体，提供强磁场B，定子电枢采用环向绕制。励磁磁体磁场与定子绕组电流J作用，根据电磁力公式J×B，调节电枢线圈大小和方向即可控制电磁推力。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：所述电机包括定子和动子。所述动子以超导线圈作为励磁磁体；电枢绕组沿环向以螺线管形式绕制在定子上；定子可以多相配置，各相绕组之间间隔绕制；每相绕组由多组线圈串联连接，同相相邻的线圈组采用反向串联的连接方式；每组线圈的间距等于励磁磁体长度；定子线圈采用直流供电；励磁磁体和定子电枢均为空心结构；定子采用非导磁非导电材料。

所谓反向串联的连接方式，指的是同相相邻的线圈组串联时，相邻线圈组中导线的电流方向相反。

优选的，定子材料采用ABS。

更进一步，定子以及定子电枢组成一个构造模块，其中定子电枢可以包含一组或多组绕组；根据轨道长度需要，可以将多个构造模块进行拼接。

本发明的技术效果体现在以下几个方面：

1、超导线圈作为励磁磁体，能够提供较永磁体更强的磁场，提高电机出力，增大电机容量，提高能量转化率，使得电机针对大负载能够提供足够的电磁推力。

2、定子线圈采用直流供电，不产生无功功率，电源输入能量几乎全部用来做功；定子可以多相配置，可以满足推力连续和推力均匀的需求。

3、定子线圈采用环向绕制，避免了平行绕制出现线圈叠压的情况，有助于提高定子线圈绕制密度同时改善散热条件。

4、同相相邻的线圈组采用反向串联的连接方式，一方面可以减小线圈电感，提高电流上升率，另一面可以有效利用励磁磁体的漏磁，提高电机出力。

5、定子避免使用导磁导电材料，则不存在电磁饱和问题。

6、定子电枢结构简单，便于实现模块化配置。

综上所述，本发明可应用于火箭辅助发射、舰载机弹射、超高速滑撬试验平台等，在一定的电源储能条件下，相对于传统直线交流电机具有结构简单，发射负载大、稳定可靠，能量转化效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中超导直线直流电机结构示意图；

图2是本发明实施例中超导直线直流电机的效率曲线。

附图标注：

1、A相定子线圈；2、B相定子线圈；3、励磁磁体；4、定子；5、驱动电路；6、储能电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例如图1所示，包括超导直线直流电机本体、储能电源和驱动电路三部分。A相定子线圈1和B相定子线圈2共同组成定子电枢绕组。A相定子线圈1和B相定子线圈2固定在定子4上，定子4由非导磁导电材料构成。电枢绕组的配置可以根据用户需求灵活安排。图1中电枢绕组分为A相定子线圈1和B相定子线圈2两个部分，是两相配置策略。A相定子线圈1和B相定子线圈2数匝一组间隔绕制在定子4上，同相的各组线圈串联连接，同相相邻线圈组反向串联连接(反向串联连接指的是同相相邻线圈组中导线的电流方向相反，如图1中箭头所示)，用来减小互感。A相定子线圈1和B相定子线圈2根据励磁磁体3的位置，交替导通，可产生持续电磁推力。驱动电路5控制A相定子线圈1和B相定子线圈2交替导通；6为储能电源，给驱动电路5供电。

本实施例中电机的参数如表1所示：

表1电机的参数

励磁磁体参数	参数值
		个数	20
材料	YBCO高温超导带材
		外围尺寸	940mm×25.4mm×480mm
匝数	2340
		电流t	210A
定子参数	参数值
		外围尺寸	453mm×640mm
材料	ABS
		电枢线圈组参数	参数值
材料	扁铜线
		截面积	20mm×30mm
匝数	10
		匝间距	40mm
电流	1000A
		组间距	940mm
电机参数	参数值
		电机间隙	75mm
轨道长度	968m
		电枢每相电阻	0.6828Ω
电枢每相电感	0.0118H

本实施例中设定负载1000kg，发射速度为300m/s，电机效率曲线如图2所示，可以看出本实施例中的电机在高速情况下，发射效率接近82％，可以达到如前所述的发明效果。

Claims (3)

1.一种超导直线直流电机，其特征在于，所述超导直线直流电机包括定子和动子；所述动子以超导线圈作为励磁磁体；电枢绕组沿环向以螺线管形式绕制在所述定子上；所述定子可以多相配置，各相绕组间隔绕制；每相绕组由多组线圈串联连接，同相相邻的线圈组采用反向串联的连接方式；每组线圈的间距等于所述励磁磁体长度；定子线圈采用直流供电；所述励磁磁体和定子电枢均为空心结构；所述定子采用非导磁非导电材料。

2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子以及所述定子电枢组成一个构造模块，其中所述定子电枢可以包含一组或多组绕组；多个构造模块可以拼接在一起。

3.如权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子的材料为ABS。