CN112436717A - 一种高温超导电机转子及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温超导电机转子，由转轴、制冷机冷媒传输管路、多个冷头和模块化超导磁体组以及盘式滑环构成，还公开了其装配方法，本发明在降低低温制冷系统的设计难度，减少低温制冷系统的数量，减少体积和重量，降低电机装配的技术要求和难度、降低维修维护难度、提高整机可靠性、提高磁体系统刚度等方面均有较大程度的创新，特别适合在高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、运行成本低等要求的船舶推进用高温超导电动机或高温超导直驱风力发电机中运用。

Description

一种高温超导电机转子及其装配方法

技术领域

本发明属于超导应用领域，具体涉及一种高温超导电机转子，以及其装配方法。

背景技术

由于超导材料具有在低温环境下电阻变为零的零电阻效应，转子绕组采用超导材料研制成的超导磁体将无功率损耗，进而极大提高电机的效率。此外，与常规铜绕组相比，超导磁体能在强磁场下承载更高的电流，从而使超导电机具有体积小、重量轻、功率密度大以及转矩密度大等优势。近年来，许多研究人员都致力开发一种可行的，高可靠性的高温超导电机。

美国于2008年完成了36.5MW高温超导推进电机样机的研制，基本具备工程化研制能力。德国西门子公司在2011年又成功研制4MW高温超导电动机。韩国为超导技术的发展制定了DAPAS计划，日本于2013年完成 3MW高温超导推进电机的研制。国内中国船舶集团公司第七一二研究所分别于2007年、2012年以及2019年完成100kW高温超导电机、1000kW高温超导电动机以及2MW高温超导直驱风力发电机研制的研制。清华大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学，分别开展了定子超导电枢同步电机、定子超导感应电机和混合磁通超导电机等研制工作。

现有技术中，有多种高温超导电机转子结构。大部分高温超导电机的超导磁体均安装固定于一个低温部件上，磁体与磁体之间通过电流引线串联在一起，与外部磁体电流源形成一个电路回路。其中，为了提供低温真空环境，所有超导磁体与低温部件一起置于一个巨大的真空容器中。在运行工况下，如果其中一个高温超导磁体发生故障而失效，另一个线圈就会通过多米诺骨牌效应也失效。此外，为了对发生故障的高温超导磁体进行维修或更换，则需要打开该真空容器，但如此巨大的真空容器给超导磁体的维修维护带来了很大的难度。

基于此，提出一种基于模块化超导磁体组的高温超导电机转子，既能满足超导磁体运行环境（低温、真空与通流）的要求，又能满足电机性能要求（刚强度以及漏热）、还能满足电机转子维修简单、高可靠性的要求，其中超导磁体组在结构上是相互独立的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一是从模块化超导磁体及其支撑组件的结构入手，考虑低温管路以及电流引线的连接，提供一种能满足实际工作需求的高温超导电机转子。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导电机转子，由转轴、制冷机冷媒传输管路、M个（M≥2）个冷头和M个模块化超导磁体组、盘式滑环以及电流引线构成；所述的转轴由法兰轴以及通过加强筋与法兰轴连接的转轴筒体组成；所述的制冷机冷媒传输管路由与冷头连接的冷媒总进管和冷媒总回管组成，冷媒总回管通过冷媒传输装置连接压缩机，冷媒总进管和冷媒总回管上分别设置有M个冷媒进管支管和冷媒回管支管，冷媒总进管和冷媒总回管分别通过冷媒传输装置连接制冷机；所述的模块化超导磁体组由均匀设置在转轴筒体上的N+1个（N≥1）超导磁体盒以及连接超导磁体盒的N个电流引线连接管和N个冷媒连接管组成；所述的盘式滑环由径向和轴向均带螺纹孔的绝缘底板、呈同心式分布在绝缘底板上的多个局部带凸台的铜滑环和双倍数量的一端带螺纹一端为接线端的铜导电杆组成；所述的超导磁体盒由超导磁体、容器上盖板、容器下底板以及框架组件组成，所述的容器上盖板和容器下底板分别通过多个支撑组件与超导磁体连接，所述的容器上盖板和容器下底板均由本体和本体左右侧成对出现的连接块组成，所述的框架组件内设置有换热器和冷媒传输泵，换热器由冷头冷却；所述的超导磁体通过电流引线和冷媒传输管分别连接铜导电杆和换热器，各形成一个回路；

所述的超导磁体由T个（T≥2）L形截面的磁体下底板、磁体上盖板以及夹持在磁体下底板和磁体上盖板之间的T个双饼线圈组成，三者通过销钉和螺栓贯穿连接在一起，形成一个整体，双饼线圈由内环、外环以及通过低温树脂固化在内环和外环之间的超导线圈组成，所述的双饼线圈通过引线串联在一起，所述的磁体下底板和磁体上盖板左右侧分别设置有与连接块对应的固定块，所述的支撑组件两端分别与连接块和固定块连接，连接块和固定块均由S对（S≥4）含有销钉孔的n形块组成；沿超导磁体宽度方向布置的支撑组件成对交叉呈X形，沿超导磁体长度方向布置的支撑组件与超导磁体连接的低温端靠近超导磁体的几何中心，而与容器上盖板和容器下底板连接的常温端远离超导磁体的几何中心。

所述的一种高温超导电机转子，其铜滑环包括外滑环、中间滑环和内滑环，所述的铜导电杆包括外环导电杆、中间环导电杆和内环导电杆；所述的电流引线包括电流进引线和电流回引线，首尾两个超导磁体盒的超导磁体分别与框架组件上的密封接线柱相连，密封接线柱分别通过电流进引线和电流回引线与外环导电杆和中间环导电杆连接，与外部电流源形成一个回路。

所述的一种高温超导电机转子，其冷媒传输管包括冷媒传输回管和冷媒传输进管，模块化超导磁体组中首个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过冷媒传输进管与换热器相连，相邻两个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过内置于冷媒连接管中的冷媒传输进管连接在一起，尾个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过冷媒传输进管与冷媒传输泵相连，再通过内置于冷媒连接管中的冷媒传输回管与换热器相连形成一个回路。

所述的一种高温超导电机转子，其磁体下底板和磁体上盖板由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。

所述的一种高温超导电机转子，其内环和外环由不锈钢板、铝合金板、钛合金板、无氧铜板或玻璃纤维复合材料板加工而成。

所述的一种高温超导电机转子，其支撑组件由截面为圆形或方形的中间段以及带有销钉孔的前端部和后端部组成，由全复合材料、钛合金、不锈钢、铝合金或复合材料与金属材料形成的组合材料加工而成。

所述的一种高温超导电机转子，其前端部和后端部分别通过销钉与连接块和固定块间隙配合连接。

所述的一种高温超导电机转子，沿超导磁体长度方向布置的支撑组件与容器上盖板、磁体上盖板、磁体下底板及容器下底板的装配角度为θ（0°≤θ≤45°）。

本发明的目的之二是提供上述高温超导电机转子的装配方法，步骤为：

步骤1，绕制多个双饼线圈，加工所有零部件；

步骤2，用销钉和螺栓贯穿整个内环、超导线圈和外环，将双饼线圈、磁体上盖板和磁体下底板连接成一个整体，得到超导磁体；

步骤3，将超导磁体的多个双饼线圈通过电流引线串联在一起；

步骤4，将支撑组件一端置于容器下底板的连接块中，另一端置于磁体下底板的固定块中，放入销钉并锁紧；

步骤5，将剩余支撑组件一端置于磁体上盖板的连接块中，另一端置于容器上盖板的固定块中，放入销钉并锁紧；

步骤6，在超导磁体以及支撑组件外表面包覆多层绝热材料；

步骤7，然后将包覆完多层绝热材料的部件置于框架组件中，分别用螺栓及密封圈将框架组件与容器上盖板以及容器下底板进行密封连接，即为超导磁体盒；

步骤8，超导磁体盒安装于转轴筒体外表平面上，将首个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过冷媒传输管与位于框架组件内的换热器相连，相邻两个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过内置于冷媒连接管中的冷媒传输回管连接在一起，尾个超导磁体盒的磁体上盖板或磁体下底板通过冷媒传输进管与位于框架组件内的冷媒传输泵相连，再通过内置于冷媒连接管中的冷媒传输回管与换热器相连；

步骤9，将相邻两个超导磁体的引线通过置于电流引线连接管中的电流引线连接起来，首尾两个超导磁体的电流引线均与框架组件上的密封接线柱相连；

步骤10，在冷媒传输管外表面包覆多层绝热材料；

步骤11，将装有密封接线柱和抽真空接头的过渡板密封安装在框架本体上，即为模块化超导磁体组，然后与制冷机冷媒传输管路、冷头及盘式滑环连接以构成高温超导电机转子。

本发明的有益效果是：

本发明的模块化超导磁体组由N+1个超导磁体盒（N≥1）组成，超导磁体盒之间通过电流引线与冷媒传输管串联在一起，与外部磁体电流源和低温制冷系统形成一个回路，即N+1个超导磁体盒共用一个真空。每个超导磁体组是一个独立单元，在结构上与其它超导磁体组是分开的，具有独立的真空容器。将多个该模块化超导磁体组并联在一起，即可作为高温超导船舶推进电动机或高温超导风力发电机的励磁磁体。与所有超导磁体均安装固定于一个低温部件上，且共用一个巨大真空容器的方案相比，当某个超导磁体发生故障时，仅需打开发生故障超导磁体的真空容器，而无需打开其它超导磁体的真空容器，降低了超导磁体维修维护的难度，提高了超导电机的可维修性和整机可靠性。当所有超导磁体盒具有独立真空时，则每个超导磁体盒的电流引线和低温管路均需要采用隔热处理，减少其漏热，但不可避免仍然存在一定的漏热。对于大容量高温超导船舶推进电动机或高温超导风力发电机而言，其超导磁体盒数量较多，导致累加漏热不可忽视，这将给低温制冷系统的设计带来较大的困难。显然，采用多个超导磁体盒共用一个真空的方案，可极大减少漏热，降低低温制冷系统的设计难度，减少低温制冷系统的数量，进而减少整个电机系统的体积和重量。

本发明所述超导磁体及其支撑组件是在设计单位装配完成的，电机装配人员无需了解低温与真空，降低了电机装配的技术要求和难度。

本发明所述支撑组件的两端分别通过销钉与超导磁体和真空容器连接在一起，且采用间隙配合。该间隙稍大于过渡配合的间隙，降低了销钉装配的难度。而且当超导磁体处于低温环境时，由于材料的低温冷收缩，超导磁体无论在长度方向还是宽度方向均有一定的缩短，而该间隙正好可以补偿超导磁体的冷收缩量，可使支撑组件与超导磁体和真空容器的连接在低温环境下，处于一个紧配合，进而提高整个磁体系统在低温工作工况下的刚度。

再次，本发明所述支撑组件沿超导磁体长度方向布置时，其与底板的装配角度为θ（0°≤θ≤45°）。该布置方法在满足漏热要求的同时，极大降低了超导磁体及其支撑组件的总高度，减小了总体尺寸；此外，本发明所述支撑组件沿超导磁体宽度方向布置时，其成对交叉布置，呈X形。该布置方法在满足漏热要求的同时，提高了系统稳定性，进而提高了系统的可靠性。

最后，本专利制冷机冷头置于旋转的转轴上，存在两个冷媒传输回路。一个为磁体组间冷媒传输回路，介质为低温冷媒，位于磁体盒内；另一个为制冷机冷媒传输回路，介质为常温冷媒。常温冷媒的存在极大简化了冷却系统的设计：其一方面取消了杜瓦装置，另一方面由于传输介质为常温冷媒，不存在隔热及真空夹层的设计，极大降低了冷媒传输装置的设计难度。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明超导磁体盒隐去框架组件后的示意图；

图3为本发明转轴的结构示意图；

图4为本发明冷媒管路的结构示意图；

图5为本发明模块化超导磁体组的结构示意图；

图6为本发明模块化超导磁体组与冷媒管路及盘式滑环的连接结构示意图；

图7为本发明模块化超导磁体组与冷媒管路的连接结构示意图；

图8～10为本发明盘式滑环的结构示意图；

图11为本发明超导磁体盒的结构示意图；

图12为本发明超导磁体的结构示意图；

图13为本发明超导磁体的结构示意图；

图14为本发明双饼线圈的结构示意图；

图15为本发明支撑组件的结构示意图；

图16为本发明超导磁体盒的横截面结构示意图；

图17为本发明模块化超导磁体组的连接展开示意图。

各附图标记为：1—转轴，11—转轴筒体，12—法兰轴，13—加强筋，2—制冷机冷媒传输管路，20—冷媒传输泵，21—冷媒总进管，22—冷媒总回管，23—冷媒进管支管，24—冷媒回管支管，3—冷头，30—冷媒传输装置，4—模块化超导磁体组，41—电流引线连接管，42—超导磁体盒，421—框架组件，422—容器下底板，423—支撑组件，4231—前端部，4232—中间段，4233—后端部，424—超导磁体，4241—双饼线圈，42411—内环，42412—超导线圈，42413—外环，4242—磁体下底板，4243—磁体上盖板，425—容器上盖板，43—冷媒连接管，5—电流进引线，6—盘式滑环，61—绝缘底板，62—外滑环，63—中间滑环，64—内滑环，65—粘接胶，66—螺栓，67—外环导电杆，68—中间环导电杆，69—内环导电杆，7—电流回引线，8—换热器，9—冷媒传输管，91—冷媒传输回管，92—冷媒传输进管，10—电流总引线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明在降低低温制冷系统的设计难度，减少低温制冷系统的数量，减少体积和重量，降低电机装配的技术要求和难度、降低维修维护难度、提高整机可靠性、提高磁体系统刚度等方面均有较大程度的创新，特别适合在高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、运行成本低等要求的船舶推进用高温超导电动机或高温超导直驱风力发电机中运用。

实施例1

本发明的一个基本实施例。参照图1、图2所示，本发明公开的一种高温超导电机转子，由转轴1、制冷机冷媒传输管路2、5个冷头3、5个模块化超导磁体组4、盘式滑环6以及电流引线构成。

参照图3所示，所述的转轴1由法兰轴12以及通过加强筋13与法兰轴12连接的转轴筒体11组成。

参照图4所示，所述的制冷机冷媒传输管路2由与冷头3连接的冷媒总进管21和冷媒总回管22组成，两个圆形冷媒总进管21和冷媒总回管22同心布置，冷媒总进管21和冷媒总回管22均具有10个传输支管（冷媒进管支管23/冷媒回管支管24），冷媒总回管22通过冷媒传输装置30连接制冷机（压缩机）。

参照图5所示，所述的模块化超导磁体组4由均匀设置在转轴筒体11上的4个超导磁体盒42以及连接在相邻两个超导磁体盒42之间的3个电流引线连接管41和3个冷媒连接管43组成。

参照图8、图9和10所示，所述的盘式滑环6由1个径向和轴向均带螺纹孔的绝缘底板61、呈同心式分布在绝缘底板61上的R个（R≥2）局部带凸台的铜滑环以及2R个一端带螺纹一端为接线端的铜导电杆组成，R个滑环呈同心式。所述的凸台上通过粘接胶65封装固定有螺栓66。

参照图11所示，所述的超导磁体盒42由超导磁体424、容器上盖板425、容器下底板422以及通过密封圈分别与容器上盖板425和容器下底板422连接的框架组件421组成；所述的容器上盖板425和容器下底板422分别通过多个支撑组件423与超导磁体424连接，所述的容器上盖板425和容器下底板422均由本体和在本体左右侧成对出现的S对（S≥4）连接块组成，含有销钉孔的n形块组成，其中连接块均为不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成的具有销钉孔的n形块；首尾两个超导磁体盒42的框架组件421由框架本体、密封接线柱以及抽真空接头组成，密封接线柱以及抽真空接头密封安装在过渡板上，过渡板再密封安装在框架本体上，所述的框架组件421内设置有换热器8和冷媒传输泵20。其中框架组件421采用П形结构，含有3个配合面，分别为框架组件421与容器上盖板425、容器下底板422以及外部结构的配合面，均由普通碳钢加工而成。

参照图12和图13所示，所述的超导磁体424由8个L形截面的跑道形磁体下底板4242、磁体上盖板4243以及夹持在磁体下底板4242和磁体上盖板4243之间的多个8个双饼线圈4241组成，三者通过销钉和螺栓66贯穿连接在一起，形成一个整体。

参照图14所示，所述的双饼线圈4241由内环42411、外环42413和超导线圈42412组成，三者通过低温树脂固化成一体，所述的内环42411和外环42413由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成，超导磁体424的T个双饼线圈4241通过电流引线串联在一起，所述的磁体下底板4242和磁体上盖板4243左右侧分别设置有成对出现的固定块，其中固定块均为不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成的具有销钉孔的n形块。

参照图15和图16所示，所述的上侧支撑组件423两端分别置于磁体上盖板4243及容器上盖板425的n形块内采用销钉连接，所述的下侧支撑组件423两端分别置于磁体下底板4242及容器下底板422的n形块内采用销钉连接。支撑组件423的结构形式为两端带有销钉孔的杆，截面为方形，由不锈钢中间段4232以及带有销钉孔的玻璃钢前端部4231和后端部4233组合材料加工而成，其前端部4231置于超导磁体424的n形块内，后端部4233置于容器上盖板425和容器下底板422的n形块内，连接方式采用销钉连接，间隙配合，当支撑组件423沿超导磁体424宽度方向布置时，其成对交叉布置，呈X形，沿超导磁体424长度方向布置的支撑组件423与超导磁体424连接的低温端靠近超导磁体424的几何中心，而与容器上盖板425和容器下底板422连接的常温端远离超导磁体424的几何中心，上侧支撑组件423的两端分别置于磁体上盖板4243及容器上盖板425的n形块内采用销钉连接，下侧支撑组件423的两端分别置于磁体下底板4242及容器下底板422的n形块内采用销钉连接，沿超导磁体424长度方向布置的支撑组件423与容器上盖板425、磁体上盖板4243、磁体下底板4242及容器下底板422的装配角度为10°，所述超导磁体424、支撑组件423以及管路外表面均包覆多层绝热材料。

参照图17所示，每个模块化超导磁体组4内相邻两个超导磁体盒42的超导磁体424通过置于电流引线连接管41中的电流总引线10连接起来， M个（M≥2）模块化超导磁体组4均通过电流引线与盘式滑环6相连，为并联方式。

由于超导磁体的特殊性，其涉及到绕制工艺、低温、真空保持、刚强度以及漏热等方面，对场地和人员技术均有较高的要求，因此一般电机厂暂未配置超导磁体的绕制车间。目前，超导磁体一般由设计人员设计、绕制以及试验，试验合格后再将超导磁体由设计单位运至电机总装车间进行总装配。在此过程中，由于运输的不可控因素以及电机装配人员对超导磁体性能理解的不全面，可能会对超导磁体的性能带来一定的隐患。而且，在电机总装车间，现场装配超导磁体，也给电机装配人员带来了很大的挑战和困难。而本发明所述超导磁体及其支撑组件是在设计单位装配完成的，电机装配人员无需了解低温与真空，降低了电机装配的技术要求和难度。

本发明的目的之二是提供上述高温超导电机转子的装配方法，步骤为：

步骤1，绕制8个双饼线圈4241，加工所有零部件。

步骤2，用销钉和螺栓66贯穿整个内环42411、超导线圈42412和外环42413，将双饼线圈4241、磁体上盖板4243和磁体下底板4242连接成一个整体，得到超导磁体424。

步骤3，将超导磁体424的8个双饼线圈4241通过电流引线串联在一起。

步骤4，将支撑组件423一端置于容器下底板422的连接块中的n形块中，另一端置于磁体下底板4242的固定块中的n形块中，放入销钉并锁紧。

步骤5，将剩余支撑组件423一端置于磁体上盖板4243的连接块中的n形块中，另一端置于容器上盖板425的固定块中的n形块中，放入销钉并锁紧。

步骤6，在超导磁体424以及支撑组件423外表面包覆多层绝热材料。

步骤7，然后将包覆完多层绝热材料的部件置于П形结构的框架组件421中，分别用螺栓66及密封圈将框架组件421与容器上盖板425以及容器下底板422进行密封连接，即为超导磁体盒42。

步骤8，超导磁体盒42安装于转轴筒体11外表平面上，将首个超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过冷媒传输管9与位于框架组件421内的换热器8相连，相邻两个超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过内置于冷媒连接管43中的冷媒传输回管91连接在一起，尾个超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过冷媒传输进管92与位于框架组件421内的冷媒传输泵20相连，再通过内置于冷媒连接管43中的冷媒传输回管91与换热器8相连。

步骤9，将相邻两个超导磁体424的引线通过置于电流引线连接管41中的电流引线连接起来，首尾两个超导磁体424的电流引线均与框架组件421上的密封接线柱相连。

步骤10，在冷媒传输管9外表面包覆多层绝热材料。

步骤11，将装有密封接线柱和抽真空接头的过渡板密封安装在框架本体上，即为模块化超导磁体组4，然后与制冷机冷媒传输管路2、冷头3及盘式滑环6连接以构成高温超导电机转子。

实施例2

参照图6和图7所示，模块化超导磁体组4中首个超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过冷媒传输进管92与位于框架组件421内的换热器8相连，相邻两个超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过内置于冷媒连接管43中的冷媒传输进管92连接在一起，尾部超导磁体盒42的磁体上盖板4243或磁体下底板4242通过冷媒传输进管92与位于框架组件421内的冷媒传输泵20相连，再通过内置于冷媒连接管43中的冷媒传输回管91与换热器8相连，进而形成一个回路，其中换热器8由冷头3冷却。其经压缩机增压后的制冷机冷媒由冷媒传输装置30通过制冷机冷媒总进管21与冷头3相连，为冷头3提供冷媒（如高压氦气），被冷头3制冷循环后的低压冷媒再通过制冷机冷媒总回管22和冷媒传输装置30回流至压缩机，进而形成一个回路。

实施例3

所述的铜滑环包括外滑环62、中间滑环63和内滑环64，所述的铜导电杆包括外环导电杆67、中间环导电杆68和内环导电杆69，3个铜环呈同心式，电流进引线5和电流回引线7分别与盘式滑环6上的外环导电杆67和中间环导电杆68连接。首尾两个超导磁体盒42的超导磁体424分别与超导磁体盒42的框架组件421上的密封接线柱相连，密封接线柱再分别通过电流进引线5和电流回引线7与盘式滑环6上的外环导电杆67和中间环导电杆68连接起来，盘式滑环6再与外部电流源连接，进而形成一个回路。

实施例4

与实施例1不同的是内环42411和外环42413均由铝合金板加工而成。还可由不锈钢板、钛合金板或铜板加工而成。

实施例5

与实施例1不同的是支撑组件423截面为圆形，由钛合金加工而成。所述的支撑组件423由全复合材料、钛合金、铝合金或复合材料与金属材料形成的组合材料加工而成。其中前端部4231和后端部4233分别与n形块间隙配合连接，其与超导磁体424、容器上盖板425以及容器下底板n形块之间的配合以及销钉与超导磁体424、容器上盖板425以及容器下底板422的n形块之间的配合均为间隙配合。

实施例6

与实施例1不同的是支撑组件423的本体4232与超导磁体424和容器上盖板425以及容器下底板422的装配角度为为5°。

实施例7

所述的磁体下底板4242和磁体上盖板4243由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成；所述的磁体下底板4242和磁体上盖板4243由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温超导电机转子，其特征在于：由转轴（1）、制冷机冷媒传输管路（2）、多个冷头（3）和模块化超导磁体组（4）以及盘式滑环（6）构成；

所述的转轴（1）由法兰轴（12）以及通过加强筋（13）与法兰轴（12）连接的转轴筒体（11）组成；

所述的制冷机冷媒传输管路（2）由与冷头（3）连接的冷媒总进管（21）和冷媒总回管（22）组成，冷媒总回管（22）通过冷媒传输装置（30）连接压缩机，冷媒总进管（21）和冷媒总回管（22）上分别设置有多个冷媒进管支管（23）和冷媒回管支管（24）；

所述的模块化超导磁体组（4）由均匀设置在转轴筒体（11）上的多个超导磁体盒（42）以及连接超导磁体盒（42）的电流引线连接管（41）和冷媒连接管（43）组成；

所述的盘式滑环（6）由绝缘底板（61）、分布在绝缘底板（61）上的多个铜滑环和铜导电杆组成；

所述的超导磁体盒（42）由超导磁体（424）、容器上盖板（425）、容器下底板（422）以及框架组件（421）组成，所述的容器上盖板（425）和容器下底板（422）分别通过多个支撑组件（423）与超导磁体（424）连接，所述的容器上盖板（425）和容器下底板（422）均由本体和成对设置在本体上的连接块组成，所述的框架组件（421）内设置有换热器（8）和冷媒传输泵（20），换热器（8）由冷头（3）冷却；

所述的超导磁体（424）通过电流引线和冷媒传输管（9）分别连接铜导电杆和换热器（8）；

所述的超导磁体（424）由磁体下底板（4242）、磁体上盖板（4243）以及夹持在磁体下底板（4242）和磁体上盖板（4243）之间的多个双饼线圈（4241）组成，双饼线圈（4241）由内环（42411）、外环（42413）以及通过低温树脂固化在内环（42411）和外环（42413）之间的超导线圈（42412）组成，所述的双饼线圈（4241）通过引线串联在一起，所述的磁体下底板（4242）和磁体上盖板（4243）左右侧分别设置有与连接块对应的固定块，所述的支撑组件（423）两端分别与连接块和固定块连接，沿超导磁体（424）宽度方向布置的支撑组件（423）成对交叉呈X形，沿超导磁体（424）长度方向布置的支撑组件（423）与超导磁体（424）连接的低温端靠近超导磁体（424）的几何中心。

2.根据权利要求1所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的铜滑环包括外滑环（62）、中间滑环（63）和内滑环（64），所述的铜导电杆包括外环导电杆（67）、中间环导电杆（68）和内环导电杆（69）；所述的电流引线包括电流进引线（5）和电流回引线（7），首尾两个超导磁体盒（42）的超导磁体（424）分别与框架组件（421）上的密封接线柱相连，密封接线柱分别通过电流进引线（5）和电流回引线（7）与外环导电杆（67）和中间环导电杆（68）连接，与外部电流源形成一个回路。

3.根据权利要求1所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的冷媒传输管（9）包括冷媒传输回管（91）和冷媒传输进管（92），首个超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）通过冷媒传输进管（92）与换热器（8）相连，相邻两个超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）通过冷媒传输进管（92）连接在一起，尾个超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）通过冷媒传输进管（92）与冷媒传输泵（20）相连，再通过内置于冷媒连接管（43）中的冷媒传输回管（91）与换热器（8）相连形成一个回路。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的磁体下底板（4242）和磁体上盖板（4243）由不锈钢板、铝合金板、钛合金板或铜板加工而成。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的内环（42411）和外环（42413）由不锈钢板、铝合金板、钛合金板、无氧铜板或玻璃纤维复合材料板加工而成。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的支撑组件（423）由截面为圆形或方形的中间段（4232）以及带有销钉孔的前端部（4231）和后端部（4233）组成，由全复合材料、钛合金、不锈钢、铝合金或复合材料与金属材料形成的组合材料加工而成。

7.根据权利要求6所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，所述的前端部（4231）和后端部（4233）分别通过销钉与连接块和固定块间隙配合连接。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种高温超导电机转子，其特征在于，沿超导磁体（424）长度方向布置的支撑组件（423）与容器上盖板（425）、磁体上盖板（4243）、磁体下底板（4242）及容器下底板（422）的装配角度为0°～45°。

9.一种如权利要求1所述高温超导电机转子的装配方法，其特征在于，步骤为：

步骤1，绕制多个双饼线圈（4241），加工所有零部件；

步骤2，用销钉和螺栓（66）贯穿整个内环（42411）、超导线圈（42412）和外环（42413），将双饼线圈（4241）、磁体上盖板（4243）和磁体下底板（4242）连接成一个整体，得到超导磁体（424）；

步骤3，将超导磁体（424）的多个双饼线圈（4241）通过电流引线串联在一起；

步骤4，将支撑组件（423）一端置于容器下底板（422）的连接块中，另一端置于磁体下底板（4242）的固定块中，放入销钉并锁紧；

步骤5，将支撑组件（423）一端置于磁体上盖板（4243）的连接块中，另一端置于容器上盖板（425）的固定块中，放入销钉并锁紧；

步骤6，在超导磁体（424）以及支撑组件（423）外表面包覆多层绝热材料；

步骤7，然后置于框架组件（421）中，分别用螺栓（66）及密封圈将框架组件（421）与容器上盖板（425）以及容器下底板（422）进行密封连接，得到超导磁体盒（42）；

步骤8，超导磁体盒（42）安装于转轴筒体（11）上，将首个超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）通过冷媒传输管（9）与框架组件（421）内的换热器（8）相连，其余超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）连接在一起，将尾个超导磁体盒（42）的磁体上盖板（4243）或磁体下底板（4242）通过冷媒传输管（9）与框架组件（421）内的冷媒传输泵（20）相连，再通过冷媒传输管（9）与换热器（8）相连；

步骤9，将相邻两个超导磁体（424）的引线通过电流引线连接起来，首尾两个超导磁体（424）的电流引线均与框架组件（421）相连；

步骤10，在冷媒传输管（9）外表面包覆多层绝热材料；

步骤11，然后与制冷机冷媒传输管路（2）、冷头（3）及盘式滑环（6）连接以构成高温超导电机转子。

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