RU2664716C1 - Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате - Google Patents

Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате Download PDF

Info

Publication number
RU2664716C1
RU2664716C1 RU2017139790A RU2017139790A RU2664716C1 RU 2664716 C1 RU2664716 C1 RU 2664716C1 RU 2017139790 A RU2017139790 A RU 2017139790A RU 2017139790 A RU2017139790 A RU 2017139790A RU 2664716 C1 RU2664716 C1 RU 2664716C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
armature
stator
excitation
pole
windings
Prior art date
Application number
RU2017139790A
Other languages
English (en)
Inventor
Константин Львович Ковалев
Александр Андреевич Дубенский
Кирилл Андреевич Модестов
Николай Сергеевич Иванов
Владимир Тимофеевич Пенкин
Людмила Александровна Егошкина
Анатолий Евгеньевич Ларионов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Priority to RU2017139790A priority Critical patent/RU2664716C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664716C1 publication Critical patent/RU2664716C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/02Windings characterised by the conductor material
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - повышение удельной мощности, КПД, надежности, обеспечение компактности. Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате содержит магнитопроводящие щиты 1 и 2, магнитопроводящий корпус 3, статор 4, выполненный шихтованным, на зубцах которого размещена многофазная многополюсная обмотка якоря 5, выполненная из высокотемпературной сверхпроводниковой ленты 2-го поколения (ВТСП-2) в виде рейстрековых катушек. Машина содержит также установленный на валу когтеобразный ротор, представляющий собой когтеобразные полюсные системы 6 и 7 с радиально 8 и тангенциально 9 намагниченными постоянными магнитами. В межполюсном зазоре между краем полюса одной полярности и полюсной системой другой полярности размещены торцевые постоянные магниты 10. На статоре установлены кольцевые сверхпроводниковые обмотки возбуждения (СПОВ) 11 и 12, выполненные из ВТСП-2 ленты. Сверхпроводниковые обмотки возбуждения и обмотка якоря размещены в общем неподвижном криостате 13 на статоре. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к новым типам сверхпроводниковых синхронных электрических машин с когтеобразными полюсами, сверхпроводниковыми обмоткой возбуждения и обмоткой якоря и постоянными магнитами на роторе, предназначенных для использования в качестве генераторов в системах электроснабжения перспективных систем электродвижения (например морских судов, наземного колесного и рельсового транспорта, летательных аппаратов (ЛА), в том числе в системах электроснабжения «полностью электрифицированного самолета»).
Известны бесконтактная синхронная электрическая машина с когтеобразным ротором с постоянными магнитами и сверхпроводниковой обмоткой возбуждения на статоре (Патент №163830 от 22.07.2016. БИ №22 от 10.08.2016 г. ), а также синхронная электрическая машина со сверхпроводниковыми обмотками возбуждения и якоря (Патент №169041 от 02 марта 2017 г., БИ №7 от 02.03.2017).
Общий недостаток известных устройств - относительно невысокие значения удельной мощности, КПД и массогабаритных показателей, а также увеличенные магнитные поля рассеяния. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является сверхпроводниковая электрическая машина с аксиальным возбуждением и когтеобразным ротором с постоянными магнитами (Патент №163830 от 22.07.2016. БИ №22 от 10.08.2016 г. ), содержащая корпус и щиты, являющиеся внешним магнитопроводом, когтеобразный ротор, на полюсах которого расположены постоянные магниты, намагниченные радиально и тангенциально, и торцевые постоянные магниты, установленные в межполюсном зазоре между краем полюса одной полярности и полюсной системой другой полярности, статор с размещенной на нем многополюсной обмоткой якоря, неподвижные кольцевые обмотки возбуждения, выполненные из высокотемпературного сверхпроводникового материала и установленные на корпусе машины.
Основная задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении энергетических и массогабаритных показателей сверхпроводниковой синхронной электрической машины с когтеобразным ротором. Техническим результатом использования данного изобретения является повышение удельной мощности, КПД, надежности, обеспечение компактности и технологичности выполнения машины.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в сверхпроводниковой синхронной электрической машине с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате, содержащей корпус и щиты, являющиеся внешним магнитопроводом, когтеобразный ротор, на полюсах которого расположены постоянные магниты, намагниченные радиально и тангенциально, и торцевые постоянные магниты, установленные в межполюсном зазоре между краем полюса одной полярности и полюсной системой другой полярности, статор с размещенной на нем многофазной многополюсной обмоткой якоря, неподвижные кольцевые обмотки возбуждения, выполненные из высокотемпературного сверхпроводникового материала, обмотка якоря выполнена из высокотемпературного сверхпроводникового материала в виде рейстрековых катушек и расположена на зубцах шихтованного стального сердечника статора. При этом обмотки возбуждения и якоря размещены в общем неподвижном криостате на статоре. В качестве высокотемпературного сверхпроводникового материала обмоток якоря и возбуждения используется высокотемпературная сверхпроводниковая лента второго поколения (ВТСП-2). Между катушками обмотки якоря установлены диамагнитные вставки, выполненные из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала.
Технический результат обеспечивается тем, что в отличие от прототипа, представляющего собой сверхпроводниковую электрическую машину с когтеобразным ротором с постоянными магнитами, двумя неподвижными кольцевыми ВТСП обмотками возбуждения и обмоткой якоря, выполненной из обычного проводникового материала (например меди), в предлагаемой конструкции выполнение обмотки якоря сверхпроводниковой способствует увеличению линейной токовой нагрузки машины, что совместно с обеспечением высоких значений магнитодвижущей силы сверхпроводниковой обмоткой возбуждения способствует при заданной мощности уменьшению габаритов и массы машины.
Помимо этого, обмотка якоря выполнена из высокотемпературной ленты второго поколения (ВТСП-2) с существенно более высокой токонесущей способностью, по сравнению с высокотемпературными сверхпроводниками первого поколения. Использование в качестве материала обмоток якоря и возбуждения высокотемпературного сверхпроводникового материала на основе ВТСП-2 лент позволяет существенно повысить конструктивную плотность тока в обмотках возбуждения и якоря и является важным фактором, влияющим на повышение удельной мощности машины. Между катушками обмотки якоря размещены диамагнитные вставки, выполненные из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала, например на основе YBCO. Это способствует повышению концентрации основного магнитного потока в рабочей зоне машины, что также повышает ее удельную мощность.
В отличие от прототипа выполнение неподвижным общего для обмоток якоря и возбуждения криостата на статоре благодаря отсутствию скользящего контакта делает предлагаемую конструкцию машины более простой (например проще организовать теплоизоляцию) и надежной. Это также упрощает процесс заполнения криостата хладагентом, что улучшает эксплуатационные характеристики машины.
Выполнение криостата неподвижным позволяет избежать или существенно ослабить деформации, связанные с влиянием центробежных сил и термических напряжений, а также внутреннего давления газов в криостате и неравномерности распределения хладагента. Опыт работы с вращающимися криостатами показывает, что отмеченные факторы значительно усложняют нормальную эксплуатацию устройства и приводят к дополнительному снижению надежности конструкции. Кроме того, выполнение неподвижного криостата пластмассовым дополнительно облегчает конструкцию электрической машины.
Применение в предлагаемой конструкции в отличие от прототипа наиболее технологичных рейстрековых катушек из ВТСП-2 ленты для формирования обмотки якоря способствует повышению как электромагнитных нагрузок, так и технологичности изготовления электрической машины в целом. Рейстрековая катушка может быть изготовлена на отдельном шаблоне с последующей установкой на зубцах статора, что существенно упрощает технологический процесс.
В отличие от аналога (Патент №169041), где рейстрековые катушки расположены на немагнитных зубцах, в рассматриваемой конструкции они расположены на стальных зубцах, что в сочетании с когтеобразным ротором и предлагаемой системой создания магнитного потока возбуждения повышает эффективность машины за счет концентрации основного магнитного потока в активной зоне и снижения потоков рассеяния.
На фиг. 1 показан продольный разрез сверхпроводниковой синхронной электрической машины с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате.
На фиг. 2 показан поперечный разрез сверхпроводниковой синхронной электрической машины с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате.
Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате содержит: магнитопроводящие щиты 1 и 2, магнитопроводящий корпус 3, статор 4, выполненный шихтованным, на зубцах которого, размещена многофазная многополюсная обмотка якоря 5, выполненная из высокотемпературной сверхпроводниковой ленты 2-го поколения ВТСП-2 в виде рейстрековых катушек, установленный на валу машины когтеобразный ротор, представляющий собой когтеобразные полюсные системы 6 и 7 с радиально 8 и тангенциально 9 намагниченными постоянными магнитами. В межполюсном зазоре между краем полюса одной полярности и полюсной системой другой полярности размещены торцевые постоянные магниты 10. На статоре установлены кольцевые сверхпроводниковые обмотки возбуждения (СПОВ) 11 и 12, выполненные из ВТСП-2 ленты. Между катушками обмотки якоря размещены диамагнитные вставки 14 из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала. Сверхпроводниковые обмотки возбуждения и обмотка якоря размещены в общем неподвижном криостате 13 на статоре.
Машина работает следующим образом. Постоянные магниты 8, 9, 10 намагничивают ротор так, что полюсная система 6 приобретает северную полярность, а полюсная система 7 - южную. При подаче тока в СПОВ в машине возникает аксиальный магнитный поток, который либо усиливает намагниченность полюсных систем ротора (подмагничивающий режим), либо ослабляет его (размагничивающий режим) в зависимости от направления тока в СПОВ. Это позволяет улучшить выходные параметры машины, регулируя величину магнитного потока ротора. При вращении ротора с полюсными системами относительно статора в обмотке якоря наводятся ЭДС.
По мнению авторов, предлагаемое изобретение может быть использовано в системах электроснабжения, например морских судов, наземного транспорта, летательных аппаратов, а совокупность его существенных признаков необходима и достаточна для достижения заявляемого технического результата.

Claims (4)

1. Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате, содержащая корпус и щиты, являющиеся внешним магнитопроводом, когтеобразный ротор, на полюсах которого расположены постоянные магниты, намагниченные радиально и тангенциально, и торцевые постоянные магниты, установленные в межполюсном зазоре между краем полюса одной полярности и полюсной системой другой полярности, статор с размещенной на нем многофазной многополюсной обмоткой якоря, неподвижные кольцевые обмотки возбуждения, выполненные из высокотемпературного сверхпроводникового материала, отличающаяся тем, что обмотка якоря выполнена из высокотемпературного сверхпроводникового материала в виде рейстрековых катушек и расположена на зубцах шихтованного стального сердечника статора, при этом обмотки возбуждения и якоря размещены в общем неподвижном криостате на статоре.
2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводникового материала обмоток якоря и возбуждения используется высокотемпературная сверхпроводниковая лента второго поколения (ВТСП-2).
3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что между катушками обмотки якоря установлены диамагнитные вставки.
4. Машина по п. 3, отличающаяся тем, что диамагнитные вставки выполнены из массивного высокотемпературного сверхпроводникового материала.
RU2017139790A 2017-11-15 2017-11-15 Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате RU2664716C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139790A RU2664716C1 (ru) 2017-11-15 2017-11-15 Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017139790A RU2664716C1 (ru) 2017-11-15 2017-11-15 Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664716C1 true RU2664716C1 (ru) 2018-08-22

Family

ID=63286809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017139790A RU2664716C1 (ru) 2017-11-15 2017-11-15 Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664716C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726947C1 (ru) * 2020-01-24 2020-07-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Синхронный электрический мотор-генератор для кинетического накопителя энергии
RU199121U1 (ru) * 2020-05-18 2020-08-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Высокомоментный электродвигатель на основе высокотемпературных сверхпроводников для прямого привода пропеллера или гребного винта
RU2735953C1 (ru) * 2020-05-15 2020-11-11 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ криостатирования сверхпроводниковых обмоток бесколлекторного двигателя постоянного тока
CN112564452A (zh) * 2020-12-10 2021-03-26 北京航空航天大学 一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机
CN113285578A (zh) * 2021-06-09 2021-08-20 东南大学 一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用
RU2760408C1 (ru) * 2021-04-28 2021-11-24 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Сверхпроводниковый синхронный вентильный генератор

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102882352A (zh) * 2012-10-29 2013-01-16 陕西捷普控制技术有限公司 一种超导爪极电机
WO2013185828A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Abb Oy Rotating electrical machine with superconducting field coil
RU163830U1 (ru) * 2016-02-18 2016-08-10 Российская Федерация от лица которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Сверхпроводниковая электрическая машина с аксиальным возбуждением и когтеобразным ротором с постоянными магнитами
RU2601590C1 (ru) * 2015-04-23 2016-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Электромеханический сверхпроводящий накопитель энергии
RU2603972C1 (ru) * 2015-08-27 2016-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "С-Инновации" Сверхпроводниковая трансмиссия
RU169041U1 (ru) * 2016-09-09 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013185828A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Abb Oy Rotating electrical machine with superconducting field coil
CN102882352A (zh) * 2012-10-29 2013-01-16 陕西捷普控制技术有限公司 一种超导爪极电机
RU2601590C1 (ru) * 2015-04-23 2016-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Электромеханический сверхпроводящий накопитель энергии
RU2603972C1 (ru) * 2015-08-27 2016-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "С-Инновации" Сверхпроводниковая трансмиссия
RU163830U1 (ru) * 2016-02-18 2016-08-10 Российская Федерация от лица которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации Сверхпроводниковая электрическая машина с аксиальным возбуждением и когтеобразным ротором с постоянными магнитами
RU169041U1 (ru) * 2016-09-09 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726947C1 (ru) * 2020-01-24 2020-07-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Синхронный электрический мотор-генератор для кинетического накопителя энергии
RU2735953C1 (ru) * 2020-05-15 2020-11-11 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ криостатирования сверхпроводниковых обмоток бесколлекторного двигателя постоянного тока
RU199121U1 (ru) * 2020-05-18 2020-08-17 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Высокомоментный электродвигатель на основе высокотемпературных сверхпроводников для прямого привода пропеллера или гребного винта
CN112564452A (zh) * 2020-12-10 2021-03-26 北京航空航天大学 一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机
CN112564452B (zh) * 2020-12-10 2021-10-15 北京航空航天大学 一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机
RU2760408C1 (ru) * 2021-04-28 2021-11-24 Федеральное Автономное Учреждение "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Сверхпроводниковый синхронный вентильный генератор
CN113285578A (zh) * 2021-06-09 2021-08-20 东南大学 一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2664716C1 (ru) Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с обмотками якоря и возбуждения в неподвижном криостате
US6603231B2 (en) Hybrid superconducting motor/generator
Huang et al. Winding configuration and performance investigations of a tubular superconducting flux-switching linear generator
Ma et al. Rotating permanent magnets based flux pump for HTS no-insulation coil
RU123264U1 (ru) Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина с постоянными магнитами
Kovalev et al. Brushless superconducting synchronous generator with claw-shaped poles and permanent magnets
CN103560637A (zh) 一种高功率密度的混合励磁同步发电机
Li et al. Normal force analysis on a high temperature superconducting linear synchronous motor
Cheng et al. Electromagnetic design of a large-scale double-stator direct driving HTS wind generator
RU2648677C1 (ru) Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала
CN101282050B (zh) 一种蒸发冷却电机无槽定子
RU2696090C2 (ru) Сверхпроводниковая индукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением
RU132642U1 (ru) Синхронный втсп электродвигатель с постоянными магнитами
RU163830U1 (ru) Сверхпроводниковая электрическая машина с аксиальным возбуждением и когтеобразным ротором с постоянными магнитами
RU169041U1 (ru) Сверхпроводниковая синхронная электрическая машина
RU2393615C1 (ru) Однофазный бесконтактный магнитоэлектрический генератор
CN101383552B (zh) 双边励磁全超导同步电机
RU116714U1 (ru) Магнитоэлектрическая дисковая машина
Lin et al. A fully superconducting homopolar dc machine
US9231444B2 (en) Superconductor winding
RU2696273C1 (ru) Двухпакетная индукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением (варианты)
RU134370U1 (ru) Сверхпроводниковая электрическая машина с композитным слоистым ротором
RU206674U1 (ru) Радиальный синхронный генератор
RU2726947C1 (ru) Синхронный электрический мотор-генератор для кинетического накопителя энергии
CN113872406B (zh) 一种双转子轴向混合励磁双凸极电机