CN112350518A - 一种块材高温超导电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种块材高温超导电机，涉及电机领域。块材超导电机实现容易，成本低廉，且易于制造，但块材超导电机的循环冷却确是限制其发展的重要问题之一。本发明包括水冷机壳、机壳两端的左右端盖、线定子、转子组件、转轴，机壳内设环周隔热层，左右端盖内侧设左端隔热层和右端隔热层，转轴外套冷却耦合套，转轴左端设芯轴，冷却耦合套上设冷却液出入口，转轴与芯轴之间设冷却回流槽，转轴上设有径向进流孔从转轴的冷流底孔连接到转子组件内部冷却流道，转轴上设有径向回流孔从转子组件的内部冷却流道连通到冷却回流槽。结构紧凑，冷却液消耗量少，冷却效果好，解决高温超导电机循环冷却困难的问题。

Description

一种块材高温超导电机
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种块材高温超导电机。
背景技术
与传统电机相比，超导电机具有效率高，体积小，重量轻等一系列的优点，在电动航空以及船舶推进具有重要的应用价值，目前研究最为广泛的是线材超导电机，但由于线材超导电机具有实现困难，成本较高等缺点，限制了线材超导电机的发展，块材超导电机实现容易，成本低廉，且易于制造，近年来得到广泛的关注，同时，超导电机的循环冷却也是限制其发展的重要瓶颈之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种块材高温超导电机，以解决高温超导电机循环冷却困难的问题为目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种块材高温超导电机，包括定子部分和转子部分，所述的定子部分包括机壳、设于机壳内的线定子、设于机壳左端的左端盖、设于机壳右端的右端盖，所述的转子部分包括转轴、连接固定于转轴上的转子组件，所述的左端盖内侧设有左端隔热层，所述的右端盖内侧设有右端隔热层，所述的机壳与线定子之间设有环周隔热层；所述的转轴通过轴承分别可转动地连接穿过左端隔热层和右端隔热层；所述的转子组件包括转子左端盖和转子右端盖，转子左端盖和转子右端盖之间设置转子铁芯，转子铁芯内设超导磁块，所述的转轴的左端为非轴伸端，非轴伸端伸出于左端盖外，转轴的非轴伸端外套有冷却耦合套，转轴的非轴伸端内设有芯轴，芯轴的右端伸入到转子左端盖右侧，芯轴和转轴之间设有冷却回流槽，芯轴的中间设有轴向冷流孔与转轴内的冷流底孔相通，转轴上位于冷流底孔的部位设有多个径向的进流孔连通到转子右端盖所设的右端盖冷却槽，转子铁芯上设有多个轴向冷却孔连通到转子左端盖所设的左端盖冷却槽，左端盖冷却槽通过转轴上的多个径向的回流孔连通到冷却回流槽，所述的冷却耦合套上设有冷却液入口和冷却液出口分别连通到轴向冷流孔和冷却回流槽，冷却液入口和冷却液出口的内端设有冷却液缓冲槽，所述的缓冲槽为环绕凹槽。通过隔热层隔绝电机外部热源减少转子内部的热负荷，冷却液通过冷却液入口，经冷却耦合套的缓冲槽，穿过转轴，进入轴向冷流孔，经冷流底孔流入进流孔进入到右端盖冷却槽，经过转子组件内部热传递后从左端盖冷却槽流入回流孔，再返回到冷却回流槽，最后通过和冷却液出口流出进行再循环冷却，该冷却结构紧凑，重量轻、冷却液消耗量少，冷却效果好，能有效带走电机内部的热量，缓冲槽的设置保证转轴和芯轴在旋转的同时也可以循环冷却液，有效解决高温超导电机循环冷却困难的问题。
作为优选技术手段：所述的冷却液入口位于冷却液出口的左侧，所述的冷却耦合套与转轴之间设有旋转密封圈，旋转密封圈设于冷却液入口的左侧和冷却液出口的右侧。可有效防止冷却液从冷却耦合套与转轴之间的缝隙泄露。
作为优选技术手段：所述的芯轴上位于冷却回流槽的右端外侧与转轴之间过盈配合。可有效防止冷流底孔内的冷却液直接回流到冷却回流槽，并固定芯轴。
作为优选技术手段：所述的冷却回流槽为从左到右环绕于芯轴的等径凹陷形成的颈槽，该颈槽与转轴内侧面组合形成封闭结构。该结构只需在芯轴外周进行加工，加工简单，降低了加工成本。
作为优选技术手段：所述的转子左端盖和转子右端盖与转子铁芯之间均设有端盖密封圈。可有效防止冷却液从转子左端盖和转子右端盖与转子铁芯之间溢出。
作为优选技术手段：所述的转子左端盖和转子右端盖与转轴之间均设有转轴密封圈。可有效防止冷却液从转子左端盖和转子右端盖与转轴之间的连接缝隙处溢出。
作为优选技术手段：所述的芯轴的左端设有轴尾，轴尾直径≥转轴的左端端部直径，所述的转轴的左端端部与芯轴的轴尾之间设有端部密封圈。可有效防止冷却液从芯轴和转轴之间外溢。
作为优选技术手段：所述的转轴的右端为轴伸端，轴伸端端面设有轴向的传感器安装孔。可方便进行传感器的安装，方便转子在充磁过程中对其温度及气隙磁场进行测量。
作为优选技术手段：所述的冷却耦合套连接固定于左端隔热层上，所述的冷却耦合套与转轴之间设有间隙。便于转轴在冷却耦合套内的旋转。
作为优选技术手段：所述的机壳内设有环绕的冷却水道，机壳的左右两端外周分别设有冷却水道的出水口和入水口。通过机壳的环绕水冷，可以减少电机机壳表面结霜。
有益效果：通过隔热层能有效隔绝和降低电机外部热源的热作用，减少转子内部的热负荷；通过水冷机壳，可以减少电机机壳表面结霜现象，通过内部紧凑的液冷冷却结构，冷却液消耗量少，冷却效果好，能有效带走电机内部的热量，缓冲槽的设置保证转轴和芯轴在旋转的同时也可以循环冷却液，有效解决高温超导电机循环冷却困难的问题；传感器孔位设置，可方便进行传感器的安装，方便转子在充磁过程中对其温度及气隙磁场进行测量，整体操作实施简单；通过在多个位置设置密封圈，密封效果好，避免了冷却液的泄露。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明图1中C部放大示意图。
图3是本发明图1中D部放大示意图。
图4是本发明图1中A-A剖视结构示意图。
图5是本发明图1中B-B剖视结构示意图。
图中：1-机壳；2-线定子；3-左端盖；4-右端盖；5-转轴；6-左端隔热层；7-右端隔热层；8-环周隔热层；9-轴承；10-转子左端盖；11-转子右端盖；12-转子铁芯；13-超导磁块；14-冷却耦合套；15-芯轴；16-冷却回流槽；17-冷却液入口；18-冷却液出口；19-旋转密封圈；20-端盖密封圈；21-转轴密封圈；22-端部密封圈；101-冷却水道；102-出水口；103-入水口；501-冷流底孔；502-进流孔；503-传感器安装孔；504-回流孔；1001-左端盖冷却槽；1101-右端盖冷却槽；1201-冷却孔；1401-缓冲槽；1501-轴向冷流孔；1502-轴尾。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1-5所示，一种块材高温超导电机，包括定子部分和转子部分，定子部分包括机壳1、设于机壳1内的线定子2、设于机壳1左端的左端盖3、设于机壳1右端的右端盖4，转子部分包括转轴5、连接固定于转轴5上的转子组件，左端盖3内侧设有左端隔热层6，右端盖4内侧设有右端隔热层7，机壳1与线定子2之间设有环周隔热层8；转轴5通过轴承9分别可转动地连接穿过左端隔热层6和右端隔热层7；转子组件包括转子左端盖10和转子右端盖11，转子左端盖10和转子右端盖11之间设置转子铁芯12，转子铁芯12内设超导磁块13，转轴5的左端为非轴伸端，非轴伸端伸出于左端盖3外，转轴5的非轴伸端外套有冷却耦合套14，转轴5的非轴伸端内设有芯轴15，芯轴15的右端伸入到转子左端盖10右侧，芯轴15和转轴5之间设有冷却回流槽16，芯轴15的中间设有轴向冷流孔1501与转轴5内的冷流底孔501相通，转轴5上位于冷流底孔501的部位设有4个径向的进流孔502连通到转子右端盖11所设的右端盖冷却槽1101，转子铁芯12上环绕均布轴向冷却孔1201连通到转子左端盖10所设的左端盖冷却槽1001，左端盖冷却槽1001通过转轴5上的多个径向的回流孔504连通到冷却回流槽16，冷却耦合套14上设有冷却液入口17和冷却液出口18分别连通到轴向冷流孔1501和冷却回流槽16，冷却液入口17和冷却液出口18的内端设有冷却液缓冲槽1401，缓冲槽1401为环绕凹槽。
为了防止冷却液从冷却耦合套14与转轴5之间的缝隙泄露，冷却液入口17位于冷却液出口18的左侧，冷却耦合套14与转轴5之间设有旋转密封圈19，旋转密封圈19设于冷却液入口17的左侧和冷却液出口18的右侧。可有效防止冷却液从冷却耦合套14与转轴5之间的缝隙泄露。
为了防止冷流底孔501内的冷却液直接回流到冷却回流槽16，芯轴15上位于冷却回流槽16的右端外侧与转轴5之间过盈配合。可有效防止冷流底孔501内的冷却液直接回流到冷却回流槽16，并固定芯轴15。
为了便于加工，冷却回流槽16为从左到右环绕于芯轴15的等径凹陷形成的颈槽，该颈槽与转轴5内侧面组合形成封闭结构。该结构只需在芯轴15外周进行加工，加工简单，降低了加工成本。
为了防止冷却液从转子左端盖10和转子右端盖11与转子铁芯12之间溢出，转子左端盖10和转子右端盖11与转子铁芯12之间均设有端盖密封圈20。可有效防止冷却液从转子左端盖10和转子右端盖11与转子铁芯12之间溢出。
为了防止冷却液从转子左端盖10和转子右端盖11与转轴5之间溢出，转子左端盖10和转子右端盖11与转轴5之间均设有转轴密封圈21。可有效防止冷却液从转子左端盖10和转子右端盖11与转轴5之间的连接缝隙处溢出。
为了防止冷却液从芯轴15和转轴5之间外溢，芯轴15的左端设有轴尾1502，轴尾1502直径大于转轴5的左端端部直径，转轴5的左端端部与芯轴15的轴尾1502之间设有端部密封圈22。可有效防止冷却液从芯轴15和转轴5之间外溢。
为了方便检测传感器的安装，转轴5的右端为轴伸端，轴伸端端面设有轴向的传感器安装孔503。可方便进行传感器的安装，方便转子在充磁过程中对其温度及气隙磁场进行测量，操作实施简单。
为了便于转轴5在冷却耦合套14内的旋转，冷却耦合套14连接固定于左端隔热层6上，冷却耦合套14与转轴5之间设有间隙。便于转轴5在冷却耦合套14内的旋转。
为了减少电机机壳1表面结霜，机壳1内设有环绕的冷却水道101，机壳1的左右两端外周分别设有冷却水道101的出水口102和入水口103。通过机壳1的环绕水冷，可以减少电机机壳1表面结霜。
通过隔热层隔绝电机外部热源减少转子内部的热负荷，冷却液通过冷却液入口17，经冷却耦合套14的缓冲槽1401，穿过转轴5，进入轴向冷流孔1501，经冷流底孔501流入进流孔502进入到右端盖冷却槽1101，经过转子组件内部热传递后从左端盖冷却槽1001流入回流孔504，再返回到冷却回流槽16，最后通过和冷却液出口18流出进行再循环冷却，该冷却结构紧凑，重量轻、冷却液消耗量少，冷却效果好，能有效带走电机内部的热量，缓冲槽1401的设置保证转轴5和芯轴15在旋转的同时也可以循环冷却液，有效解决高温超导电机循环冷却困难的问题。
本实例中，冷却液采用液氮。
以上图1-5所示的一种块材高温超导电机是本发明的具体实施例，已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种块材高温超导电机，包括定子部分和转子部分，所述的定子部分包括机壳（1）、设于机壳（1）内的线定子（2）、设于机壳（1）左端的左端盖（3）、设于机壳（1）右端的右端盖（4），所述的转子部分包括转轴（5）、连接固定于转轴（5）上的转子组件，其特征在于：所述的左端盖（3）内侧设有左端隔热层（6），所述的右端盖（4）内侧设有右端隔热层（7），所述的机壳（1）与线定子（2）之间设有环周隔热层（8）；所述的转轴（5）通过轴承（9）转接在左端隔热层（6）和右端隔热层（7）上；所述的转子组件包括转子左端盖（10）和转子右端盖（11），转子左端盖（10）和转子右端盖（11）之间设置转子铁芯（12），转子铁芯（12）内设超导磁块（13），所述的转轴（5）的左端为非轴伸端，非轴伸端伸出于左端盖（3）外，并外套冷却耦合套（14），转轴（5）的非轴伸端内设有芯轴（15），芯轴（15）的右端伸入到转子左端盖（10）右侧，芯轴（15）和转轴（5）之间设有冷却回流槽（16），芯轴（15）的中间设有轴向冷流孔（1501）与转轴（5）内的冷流底孔（501）相通，转轴（5）上位于冷流底孔（501）的部位设有多个径向的进流孔（502）连通到转子右端盖（11）所设的右端盖冷却槽（1101），转子铁芯（12）上设有多个轴向冷却孔（1201）连通到转子左端盖（10）所设的左端盖冷却槽（1001），左端盖冷却槽（1001）通过转轴（5）上的多个径向的回流孔（504）连通到冷却回流槽（16），所述的冷却耦合套（14）上设有冷却液入口（17）和冷却液出口（18）分别连通到轴向冷流孔（1501）和冷却回流槽（16），冷却液入口（17）和冷却液出口（18）的内端设有冷却液缓冲槽（1401），所述的缓冲槽（1401）为环绕凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的冷却液入口（17）位于冷却液出口（18）的左侧，所述的冷却耦合套（14）与转轴（5）之间设有旋转密封圈（19），旋转密封圈（19）设于冷却液入口（17）的左侧和冷却液出口（18）的右侧。
3.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的芯轴（15）上位于冷却回流槽（16）的右端外侧与转轴（5）之间过盈配合。
4.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的冷却回流槽（16）为从左到右环绕于芯轴（15）的等径凹陷形成的颈槽，该颈槽与转轴（5）内侧面组合形成封闭结构。
5.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的转子左端盖（10）和转子右端盖（11）与转子铁芯（12）之间均设有端盖密封圈（20）。
6.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的转子左端盖（10）和转子右端盖（11）与转轴（5）之间均设有转轴密封圈（21）。
7.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的芯轴（15）的左端设有轴尾（1502），轴尾（1502）直径≥转轴（5）的左端端部直径，所述的转轴（5）的左端端部与芯轴（15）的轴尾（1502）之间设有端部密封圈（22）。
8.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的转轴（5）的右端为轴伸端，轴伸端端面设有轴向的传感器安装孔（503）。
9.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的冷却耦合套（14）连接固定于左端隔热层（6）上，所述的冷却耦合套（14）与转轴（5）之间设有间隙。
10.根据权利要求1所述的一种块材高温超导电机，其特征在于：所述的机壳（1）内设有环绕的冷却水道（101），机壳（1）的左右两端外周分别设有冷却水道（101）的出水口（102）和入水口（103）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4096066A1 (en) * 2021-05-28 2022-11-30 BRUSA Elektronik AG Electric motor with an improved cooling

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