CN109861429A - 一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征在于：超导电枢绕组由超导电枢线圈经串并联组成，三相超导电枢线圈分布于定子槽内时，超导电枢绕组为径向六层结构，电枢绕组在每个定子槽内为切向双层结构。本发明可有效降低三相电枢绕组电流产生磁场中的高次谐波，从而降低了这些高次谐波在转子超导励磁绕组产生的交流损耗和在转子导电材料中产生的涡流损耗。提高了超导电机的运行安全性，提高了超导电机的整机效率。

Description

一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组
技术领域
本发明涉及全超导电机技术领域，具体涉及一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组。
背景技术
目前，用于全超导电机的超导电枢绕组广泛采用集中式绕组的设计，定子铁芯的每个齿上绕一个短极距的跑道型线圈，以规避超导线最小弯曲半径的限制。这样的设计使得每极每相槽数为小于1的分数，导致电枢绕组中三相交变电流产生的旋转磁场中含有大量的高次谐波，这些谐波中大多数和转子非同步旋转，在转子超导励磁绕组中产生大量交流损耗，并且在转子的导电材料，比如转子铁芯、电磁屏蔽层中产生大量涡流损耗，严重影响超导励磁绕组的安全运行和电机的整体效率。
为了解决这个问题，也有设计采用每极每相槽数为1的分布式绕组，这种绕组介于集中式和分布式绕组之间，其产生的磁场谐波含量比上述分数槽集中绕组低，但是依然高于每极每相多槽的分布式绕组，依然对超导励磁绕组的安全运行有负面影响，此外对电机的效率提升有限。
因此，设计每极每相多槽的分布式超导电枢绕组是全超导电机商业化应用的必然需求。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，解决了三相集中式电枢绕组高次谐波严重影响超导电机中超导励磁绕组的安全运行和电机的整体效率的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征在于：超导电枢绕组由超导电枢线圈经串并联组成，三相超导电枢线圈分布于定子槽内时，超导电枢绕组为径向六层结构，电枢绕组在每个定子槽内为切向双层结构。
前述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈的宽度为电机极距。
前述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈的形状为四个角为圆角的矩形。
前述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈四个角上的超导线弯曲半径大于其最小弯曲半径。
前述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈每个线圈有两层结构。
前述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢绕组用于旋转电机时，通过调节各相匝数来使三相平衡。
本发明所达到的有益效果：
1.实现超导电枢绕组的分布式设计；
2.可有效降低三相电枢绕组电流产生磁场中的高次谐波，从而降低了这些高次谐波在转子超导励磁绕组产生的交流损耗和在转子导电材料(如铁芯、电磁屏蔽层)中产生的涡流损耗；
3.提高了超导电机的运行安全性；
4.提高了超导电机的整机效率。
附图说明
图1是单个超导电枢线圈的形状；
图2是两对磁极对应的超导电枢线圈在定子槽内的分布；
图3是两对磁极对应的每极每相两槽超导电枢绕组的空间分布二维示意图；
图4是每极每相两槽分布式超导电枢绕组在定子中的空间分布立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，由超导电枢线圈经串并联组成，三相超导电枢线圈分布于定子槽内时，超导电枢绕组为径向六层结构，电枢绕组在每个定子槽内为切向双层结构。
如图1所示，本发明所提出的超导电枢线圈采用双饼结构，即每个线圈有两层结构，便于绕制和引线。超导电枢线圈的形状为四个角为圆角的矩形。由于要用于分布式绕组，要满足较大的极距，因此该线圈两边之间距离较大，达到电机极距。四个角要保证超导线的弯曲半径大于超导线的最小弯曲半径，并留有一定裕度。
图2所示为从电机轴向看去，A、B、C三相绕组对应的线圈槽部在定子槽内布局；以两对磁极对应的定子部分为例，省略了其他磁极对应的定子部分。从径向看槽内，线圈的排布是六层结构，但每槽只有一层被占用，且每一层又分为切向的两层，分属相邻两个线圈，以保证每个跑道型线圈端部的形状和尺寸相同，且不需要扭转线圈端部来避开其他线圈。图中表示A、B、C三相绕组时，大写字母表示该相电流为正方向(流入纸面为正)，小写字母表示该相电流为负方向(流出纸面为负)。
由于A、B、C三相绕组对应的半径各不相同，为保证电机三相平衡，即各相的电感、磁链相同，需调节各相的匝数，使三相达到完全对称运行。
图3所示为每极每相两槽分布式超导电枢绕组在定子中的空间分布，以两对磁极对应的定子部分为例，省略了其他磁极对应的定子部分。该绕组由图1所描述的超导电枢线圈经串并联组成，其空间分布遵循图2中所描述的超导线圈在定子各槽内的分布，实现每极每相两槽的分布式设计。图4所示为该空间分布的立体示意图。
该设计受电机定子内表面的曲率的限制；若曲率太大，超导电枢线圈将无法全部容纳进定子槽内。因此，本发明适用于所有直线型超导电机，其曲率为零。当本发明用于旋转型超导电机时，要求电机直径大、磁极多，以保证距离电机中心较近的超导线圈也能容纳进定子槽内。
本发明的设计受超导线弯曲半径的限制较小，利用超导线截面积小的特点，设计出每极每相两槽分布式绕组，以降低电枢绕组产生的谐波，从而提高超导电机的运行安全性和整机效率。
本发明实现超导电枢绕组的分布式设计，可有效降低三相电枢绕组电流产生磁场中的高次谐波，从而降低了这些高次谐波在转子超导励磁绕组产生的交流损耗和在转子导电材料(如铁芯、电磁屏蔽层)中产生的涡流损耗。提高了超导电机的运行安全性，提高了超导电机的整机效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征在于：超导电枢绕组由超导电枢线圈经串并联组成，三相超导电枢线圈分布于定子槽内时，超导电枢绕组为径向六层结构，电枢绕组在每个定子槽内为切向双层结构。
2.根据权利要求1所述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈的宽度为电机极距。
3.根据权利要求1所述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈的形状为四个角为圆角的矩形。
4.根据权利要求1所述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈四个角上的超导线弯曲半径大于其最小弯曲半径。
5.根据权利要求1所述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢线圈每个线圈有两层结构。
6.根据权利要求1所述的一种每极每相两槽分布的超导电枢绕组，其特征是：所述超导电枢绕组用于旋转电机时，通过调节各相匝数来使三相平衡。
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