RU2159496C1 - Синхронная реактивная машина (варианты) - Google Patents
Синхронная реактивная машина (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159496C1 RU2159496C1 RU99106904/09A RU99106904A RU2159496C1 RU 2159496 C1 RU2159496 C1 RU 2159496C1 RU 99106904/09 A RU99106904/09 A RU 99106904/09A RU 99106904 A RU99106904 A RU 99106904A RU 2159496 C1 RU2159496 C1 RU 2159496C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic gaps
- machine
- filled
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Abstract
Использование: в синхронных реактивных электрических машинах, с применением высокотемпературных сверхпроводников в криогенной, аэрокосмической и медицинской технике, в приводе перспективных транспортных систем. Машина содержит статор с шихтованным сердечником с многофазной многополюсной обмоткой, цилиндрический ротор, состоящий из ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков и размещенной на нем короткозамкнутой обмотки. Немагнитные промежутки ротора заполнены либо ленточным высокотемпературным сверхпроводниковым композитом с высокой тонконесущей способностью, либо диамагнитным высокотемпературным сверхпроводниковым материалом в виде пленок, нанесенных на подложку. Ферромагнитные элементы и немагнитные промежутки ротора выполнены в виде чередующихся слоев. Технический результат заключается в повышении энергетических (мощность, КПД, cos α) и массогабаритных показателей машины. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к синхронным реактивным электрическим машинам с использованием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и может найти применение в криогенной, аэрокосмической и медицинской технике, в электроприводе транспортных систем.
Известны синхронные реактивные машины с различным конструктивным выполнением роторов [2-5]. Общими для всех конструктивных схем положительными качествами являются простота конструкции, высокая эксплуатационная надежность, связанная с отсутствием скользящих контактов, строго синхронная скорость вращения ротора. К недостаткам их относятся невысокие значения энергетических показателей (КПД и cos φ ), а также намного меньшие значения мощности и развиваемого момента по сравнению с мощностью и моментом асинхронного двигателя и синхронного двигателя с обмоткой возбуждения на роторе при одинаковых габаритах.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является синхронная реактивная машина [2], содержащая статор с шихтованным сердечником, в пазах которого размещена многофазная многополюсная обмотка, цилиндрический ротор с короткозамкнутой обмоткой, состоящий из ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков, заполненных материалами с относительной магнитной проницаемостью μ~1 (алюминий, медь и т.д.). В данной конструкции ротора, использующей разнородные по магнитным свойствам материалы, имеют место различные магнитные проводимости по продольной d и поперечной q осям. Здесь по обеим осям реализуются только ферромагнитные свойства материалов при относительной магнитной проницаемости μ≫1
Недостатком данной конструкции является то, что использование широких немагнитных промежутков, заполненных слоем меди, алюминия и т.д., снижает коэффициент заполнения ротора активным ферромагнитным материалом, что может приводить к ограничению предельных параметров машины из-за насыщения ротора. Кроме того, большие значения толщин слоев ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков в роторе приводят к увеличению эффективного воздушного зазора, что в целом снижает энергетические параметры машины.
Недостатком данной конструкции является то, что использование широких немагнитных промежутков, заполненных слоем меди, алюминия и т.д., снижает коэффициент заполнения ротора активным ферромагнитным материалом, что может приводить к ограничению предельных параметров машины из-за насыщения ротора. Кроме того, большие значения толщин слоев ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков в роторе приводят к увеличению эффективного воздушного зазора, что в целом снижает энергетические параметры машины.
Целью изобретения является повышение энергетических (мощности, механического момента, коэффициента мощности и КПД) и массогабаритных показателей машины.
Цель достигается тем, что в синхронной реактивной электрической машине, содержащей статор, выполненный шихтованным, и имеющий пазы, распределенные по его внутренней поверхности, размещенную в этих пазах многофазную многополюсную обмотку и установленный на валу машины цилиндрический ротор, состоящий из ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков и размещенной на нем короткозамкнутой обмотки, немагнитные промежутки ротора заполнены либо ленточным высокотемпературным сверхпроводниковым композитом с высокой токонесущей способностью, либо диамагнитным высокотемпературным сверхпроводниковым материалом в виде пленок, нанесенных на подложку, и выполнены в виде чередующихся с ферромагнитными элементами слоев.
Положительный эффект указанной совокупности отличительных признаков заключается в том, что в отличие от прототипа, представляющего собой синхронный реактивный двигатель с ротором, выполненным из двух разнородных по магнитным свойствам материалов (стали и алюминия, меди или пластмассы), в сверхпроводниковой синхронной реактивной электрической машине немагнитные промежутки заполнены ВТСП керамикой, величина магнитной проницаемости которой μs лежит в диапазоне от нуля (идеальный диамагнетик) до величины магнитной проницаемости воздуха μ0(0<μs<μ0) Это позволяет реализовать различные магнитные свойства по разным направлениям: ферромагнитные свойства по оси d ротора и уникальные диамагнитные свойства по оси q. При этом коэффициент, характеризующий степень явнополюсности ротора K=xd/xq, которому пропорционален максимум мощности реактивной машины, существенно возрастает по сравнению с традиционным ротором с немагнитными промежутками из алюминия, меди, пластмассы, у которого xd/xq~5. Благодаря тому, что используемые ВТСП материалы обладают высокой токонесущей способностью, размеры немагнитных промежутков в роторе могут быть существенно снижены по сравнению с известными конструкциями реактивных электрических машин, повышается коэффициент заполнения ротора активным ферромагнитным материалом (до k3 = 0,5), что позволяет снизить опасность насыщения ротора, улучшить характеристики по продольной оси d и повысить выходные характеристики рассматриваемых машин. Использование тонких слоев ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков позволяет существенно снизить отрицательное влияние конечного секционирования ротора на величину эффективного воздушного зазора, что повышает энергетические параметры машины. Немагнитные промежутки могут быть выполнены в двух вариантах. Первый вариант (фиг. 1) - немагнитные промежутки заполнены ленточным высокотемпературным сверхпроводниковым композитом с высокой токонесущей способностью, изготавливаемым по известной технологии "порошок в трубе" [6], с последующей прокаткой, обеспечивающей протекание незатухающих сверхпроводящих короткозамкнутых токов по сечению ленты. Ленточный ВТСП композит имеет толщину ~ 0,55 мм и представляет собой размещенную в серебряной матрице ВТСП керамику (например, висмутовая керамика Bi-Sr-Ca-Cu-O), имеющую критические токи jкр~ 130 А/мм2 и более в жидком азоте при температуре Т ~77 К. В жидком водороде (Т ~ 20 К) величина критического тока повышается до ~ 1500 А/мм2. Второй вариант (фиг. 2) - немагнитные промежутки заполнены диамагнитным высокотемпературным сверхпроводниковым материалом в виде ВТСП пленок толщиной от 40 мкм до 0,5 мм, нанесенных на подложку различными способами, например, путем ионного или магнетронного распыления, электронно-лучевого или лазерного испарения [7] . Материал подложки MgO, сапфир. Si, SrTiO3 и др.
Использование указанной совокупности признаков для реализации поставленных целей в других технических решениях авторам не известно.
На фиг. 1 и 2 показаны варианты конструктивной схемы сверхпроводниковой синхронной реактивной электрической машины, которая содержит статор 1, выполненный шихтованным и имеющий пазы, распределенные по его внутренней поверхности, в которых размещена многофазная многополюсная обмотка 2, установленный на валу машины цилиндрический ротор 3, представляющий собой сочетание ферромагнитных элементов 4 (стальных) и немагнитных промежутков 5, заполненных либо ленточным высокотемпературным сверхпроводниковым композитом (фиг. 1), представляющим собой ВТСП керамику 7, размещенную в серебряной матрице 6, либо диамагнитным высокотемпературным сверхпроводниковым материалом (фиг. 2) в виде ВТСП пленок 8 на подложке 9. Для асинхронного запуска на роторе размещена короткозамкнутая обмотка 10 (фиг. 1, 2).
Предлагаемая машина работает следующим образом.
При электромагнитном взаимодействии полюсов вращающегося магнитного поля статора и невозбужденных полюсов ротора возникает момент, который будет вращать ротор с синхронной частотой. Возникновение вращающего момента связано с существенной анизотропией магнитных свойств ротора (ВТСП + ферромагнетик). Благодаря тому, что отношение магнитных проводимостей по осям d и q в рассматриваемых машинах существенно выше (λd/λq~15) , чем максимально достижимые значения в традиционных синхронных реактивных машинах, где (λd/λq~4-5) , развиваемый вращающий момент и мощность синхронных реактивных машин с использованием ВТСП элементов в 2-3 раза больше, чем у традиционных синхронных реактивных машин.
Авторами разработаны основы теории и проектирования таких электрических машин, разработаны и изготовлены первые опытные образцы.
Предлагаемое изобретение может быть использовано в качестве синхронного реактивного двигателя в приводе насосов для перекачки криогенных жидкостей, в системах электроснабжения летательных аппаратов, в частности, самолета "Криоплан" АНТК им. Туполева, в системах криообеспечения нового медицинского оборудования, в частности томографов, в высокоскоростном наземном транспорте, в физических приборах и оборудовании.
Источники информации
1. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электромеханика" /А.И. Бертинов, Б.Л. Алиевский, К. В. Илюшин, Л.К. Ковалев, B.C. Семенихин. Под ред. Б.Л. Алиевского.- М.: Изд-во МАИ, 1993.
1. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электромеханика" /А.И. Бертинов, Б.Л. Алиевский, К. В. Илюшин, Л.К. Ковалев, B.C. Семенихин. Под ред. Б.Л. Алиевского.- М.: Изд-во МАИ, 1993.
2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980.
3. Голдовский Е.М. Реактивные двигатели для звукового кино. -Кинофотоиздат, 1935.
4. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. -М.: Высшая школа, 1962.
5. Williford J. W. Electric motor. United States Patent 2.939.025, C1. 310-261, 31.05.60.
6. Гуревич А.В., Минц Р.Г., Рахманов Л.Л. Физика композитных сверхпроводников. - М.: Наука, 1987.
7. Лабунов В.А., Борисенко В.Е., Воеводов Ю.Э., Грибковский В.В. Получение, свойства, применение тонких пленок керамических высокотемпературных сверхпроводников. ЦНИИ "Электроника", 1989, 57 с.
Claims (2)
1. Синхронная реактивная машина, содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную в его пазах многофазную многополюсную обмотку, цилиндрический ротор, состоящий из ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков и размещенной на нем короткозамкнутой обмотки, отличающаяся тем, что немагнитные промежутки ротора заполнены ленточным высокотемпературным сверхпроводниковым композитом с высокой токонесущей способностью и выполнены в виде чередующихся с ферромагнитными элементами слоев.
2. Синхронная реактивная машина содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную в его пазах многофазную многополюсную обмотку, цилиндрический ротор, состоящий из ферромагнитных элементов и немагнитных промежутков и размещенной на нем короткозамкнутой обмотки, отличающаяся тем, что немагнитные промежутки ротора заполнены диамагнитным высокотемпературным сверхпроводниковым материалом в виде пленок, нанесенных на подложку, и выполнены в виде чередующихся с ферромагнитными элементами слоев.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99106904/09A RU2159496C1 (ru) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Синхронная реактивная машина (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99106904/09A RU2159496C1 (ru) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Синхронная реактивная машина (варианты) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2159496C1 true RU2159496C1 (ru) | 2000-11-20 |
Family
ID=20218082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99106904/09A RU2159496C1 (ru) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Синхронная реактивная машина (варианты) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2159496C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9219387B2 (en) | 2010-10-12 | 2015-12-22 | Abb Technology Ag | Rotor of a synchronous reluctance machine and the method for manufacturing the rotor of a synchronous reluctance machine |
-
1999
- 1999-03-31 RU RU99106904/09A patent/RU2159496C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9219387B2 (en) | 2010-10-12 | 2015-12-22 | Abb Technology Ag | Rotor of a synchronous reluctance machine and the method for manufacturing the rotor of a synchronous reluctance machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6066906A (en) | Rotating machine having superconducting windings | |
Kirtley et al. | Motors for ship propulsion | |
Gieras | Advancements in electric machines | |
Masson et al. | Design of HTS axial flux motor for aircraft propulsion | |
RU123264U1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами | |
CN107077944B (zh) | 超导电流泵 | |
Kovalev et al. | Hysteresis and reluctance electric machines with bulk HTS rotor elements | |
Chow et al. | High temperature superconducting rotating electrical machines: An overview | |
Liu et al. | Dynamic resistance measurement in a four-tape YBCO stack with various applied field orientation | |
Gieras | Superconducting electrical machines-State of the art | |
Terao et al. | Design and comparison of interior permanent magnet synchronous motors using different bulk superconductor arrangements | |
RU2159496C1 (ru) | Синхронная реактивная машина (варианты) | |
McCulloch et al. | Brushless ac machines with high temperature superconducting rotors | |
RU2648677C1 (ru) | Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала | |
Matsuzaki et al. | HTS bulk pole-field magnets motor with a multiple rotor cooled by liquid nitrogen | |
RU2129329C1 (ru) | Синхронная реактивная машина | |
RU71190U1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с композитным ротором | |
CN108390536A (zh) | 一种单低温保持器超导直线电机 | |
RU134370U1 (ru) | Сверхпроводниковая электрическая машина с композитным слоистым ротором | |
Rodrigues et al. | Reluctance machines incorporating high temperature superconducting materials on the rotor | |
RU2134478C1 (ru) | Сверхпроводниковая гистерезисная машина | |
Hong et al. | A compact superconducting motor with novel stator windings for vehicle applications | |
RU41928U1 (ru) | Сверхпроводниковая синхронная реактивная машина | |
Lin et al. | A fully superconducting homopolar dc machine | |
Wu et al. | Power transferring of magnetic-geared permanent magnet machines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070401 |