一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)電機(jī)，具體涉及一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，高溫超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得高溫超導(dǎo)材料在電機(jī)、飛輪儲(chǔ)能、磁懸浮等領(lǐng)域得到廣泛而深入的研究。已有研究數(shù)據(jù)表明，在液氮冷卻條件下，高溫超導(dǎo)塊材的俘獲磁場(chǎng)可達(dá)2.3T(77K)，遠(yuǎn)高于目前永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度，而第二代高溫超導(dǎo)Y系線材的臨界電流密度也已達(dá)到3X106A/cm2(77K，0T)。這意味著將高溫超導(dǎo)材料取代傳統(tǒng)電機(jī)中的繞組和永磁體，能夠顯著提高電機(jī)的功率密度，降低電機(jī)重量，減小電機(jī)體積。
[0003]目前，旋轉(zhuǎn)電機(jī)領(lǐng)域中主要將高溫超導(dǎo)線材用作勵(lì)磁繞組，并置于轉(zhuǎn)子側(cè)，采用直流勵(lì)磁方式，由非導(dǎo)磁材料支架固定在轉(zhuǎn)子上，而電樞繞組則為常規(guī)銅繞組，這就需要將整個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行密封并通入低溫介質(zhì)以維持低溫環(huán)境。因此，必須采用動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)密封裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子與外部制冷設(shè)備間的低溫冷卻介質(zhì)流通。而這種動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)密封裝置不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，而且為保證其密封性能還需要定期檢測(cè)維護(hù)，大大增加了高溫超導(dǎo)電機(jī)的運(yùn)行成本。同時(shí)，對(duì)于常規(guī)三相電樞繞組配置而言，由于其功率變換器中電力電子器件電壓及電流定額的約束，其電樞繞組的功率等級(jí)也受到一定的限制，需采用電力電子器件串并聯(lián)的方式加以解決，這勢(shì)必增加功率變換器的控制難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種電樞繞組采用6相配置，可實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的靜態(tài)密封和提高電機(jī)的功率等級(jí)的一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)。
[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案為:一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，包括定子及位于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，所述的定子設(shè)有24個(gè)凸極，在定子凸極上沿定子圓周方向交替繞制12個(gè)電樞繞組和12個(gè)勵(lì)磁繞組;所述的電樞繞組直接繞制在定子凸極上，沿定子圓周方向相鄰的兩個(gè)電樞繞組構(gòu)成I相，12個(gè)電樞繞組共構(gòu)成6相。由于電機(jī)采用6相繞組配置，其繞組分布系數(shù)為0.966。因此，較之常規(guī)的3相繞組配置，可有效降低與之配套的功率變換器中電力電子器件電壓及電流定額，從而降低了功率變換器的成本極其控制難度。
[0006]優(yōu)選的，所述的勵(lì)磁繞組均置于跑道型冷卻杜瓦內(nèi)，所述的跑道型冷卻杜瓦套在單個(gè)定子凸極上。將勵(lì)磁繞組及容納勵(lì)磁繞組的跑道型冷卻杜瓦置于定子側(cè)，靜止不動(dòng)，使得冷卻介質(zhì)可以直接通入跑道型冷卻杜瓦，從而規(guī)避了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁型高溫超導(dǎo)電機(jī)所必須的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)密封問(wèn)題，同時(shí)，電機(jī)采用6相繞組配置，具有提高電機(jī)的功率等級(jí)，實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的靜態(tài)密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、冷卻效果好及運(yùn)行可靠性高的顯著優(yōu)點(diǎn)。
[0007]優(yōu)選的，所述的跑道型冷卻杜瓦包括環(huán)形的外層杜瓦、環(huán)形的內(nèi)層杜瓦以及設(shè)置于內(nèi)層杜瓦兩端且連通于內(nèi)層杜瓦的冷卻介質(zhì)入口及冷卻介質(zhì)出口；所述的勵(lì)磁繞組置于內(nèi)層杜瓦之內(nèi)，在冷卻介質(zhì)入口處設(shè)有勵(lì)磁繞組引線。低溫介質(zhì)通入到內(nèi)層杜瓦中將勵(lì)磁繞組降溫至臨界溫度以下。通過(guò)勵(lì)磁繞組引線向勵(lì)磁繞組通直流電，在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)。
[0008]優(yōu)選的，所述的電樞繞組為繞制在定子凸極上的銅繞組;所述的勵(lì)磁繞組由高溫超導(dǎo)線材繞制而成。
[0009]優(yōu)選的，所述的勵(lì)磁繞組繞向一致。勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁極方向一致，均沿直徑方向向內(nèi)或向外。
[0010]優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子設(shè)有25個(gè)或23個(gè)凸極。
[0011]有益效果:本發(fā)明提高了電機(jī)的功率等級(jí)，降低了功率變換器的成本極其控制難度，實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的靜態(tài)密封;本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、冷卻效果好及運(yùn)行可靠性高。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是跑道型冷卻杜瓦示意圖；
其中，I是定子，2是勵(lì)磁繞組，201?212是第一勵(lì)磁繞組到第十二勵(lì)磁繞組，2.1是外層杜瓦，2.2是內(nèi)層杜瓦，2.3是冷卻介質(zhì)入口，2.4是冷卻介質(zhì)出口，2.5勵(lì)磁繞組引線，3是電樞繞組，301?312是第一電樞繞組到第十二電樞繞組，4是轉(zhuǎn)子。
【具體實(shí)施方式】
[0013]—種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，如圖1所示，包括定子I及位于定子I內(nèi)的轉(zhuǎn)子4，定子I和轉(zhuǎn)子4均為凸極結(jié)構(gòu)，所述的定子I設(shè)有24個(gè)凸極，在定子I凸極上沿定子I圓周方向交替繞制12個(gè)電樞繞組3和12個(gè)勵(lì)磁繞組2;所述的電樞繞組3直接繞制在定子I凸極上，沿定子I圓周方向相鄰的兩個(gè)電樞繞組3構(gòu)成I相，12個(gè)電樞繞組3共構(gòu)成6相。所述的電樞繞組3為繞制在定子I凸極上的銅繞組;所述的勵(lì)磁繞組2由高溫超導(dǎo)線材繞制而成。所述的轉(zhuǎn)子4設(shè)有25個(gè)或23個(gè)凸極。
[0014]所述的勵(lì)磁繞組2均置于跑道型冷卻杜瓦內(nèi)，所述的跑道型冷卻杜瓦套在單個(gè)定子凸極上。圖1中12個(gè)置于跑道型冷卻杜瓦內(nèi)的勵(lì)磁繞組2分別包括第一勵(lì)磁繞組201、第二勵(lì)磁繞組202、第三勵(lì)磁繞組203、第四勵(lì)磁繞組204、第五勵(lì)磁繞組205、第六勵(lì)磁繞組206、第七勵(lì)磁繞組207、第八勵(lì)磁繞組208、第九勵(lì)磁繞組209、第十勵(lì)磁繞組210、第十一勵(lì)磁繞組211、第十二勵(lì)磁繞組212，且均為集中繞組。所有勵(lì)磁繞組2產(chǎn)生的磁極方向一致，均為沿定子I圓周的直徑方向向內(nèi)或向外。
[0015]電樞繞組3包括第一電樞繞組301、第二電樞繞組302、第三電樞繞組303、第四電樞繞組304、第五電樞繞組305、第六電樞繞組306、第七電樞繞組307、第八電樞繞組308、第九電樞繞組309、第十電樞繞組310、第^^一電樞繞組311、第十二電樞繞組312，且均為集中繞組。第一電樞繞組301和第二電樞繞組302構(gòu)成電機(jī)的A相，第三電樞繞組303和第四電樞繞組304構(gòu)成電機(jī)的B相，第五電樞繞組305和第六電樞繞組306構(gòu)成電機(jī)的C相，第七電樞繞組307和第八電樞繞組308構(gòu)成電機(jī)的D相，第九電樞繞組309和第十電樞繞組310構(gòu)成電機(jī)的E相，第i^一電樞繞組311和第十二電樞繞組312構(gòu)成電機(jī)的F相。12個(gè)電樞繞組構(gòu)成6相繞組配置，其繞組分布系數(shù)為0.966。
[0016]如圖2所示，跑道型冷卻杜瓦包括環(huán)形的外層杜瓦2.1、環(huán)形的內(nèi)層杜瓦2.2以及設(shè)置于內(nèi)層杜瓦2.2兩端且連通于內(nèi)層杜瓦2.2的冷卻介質(zhì)入口 2.3及冷卻介質(zhì)出口 2.4。所述的勵(lì)磁繞組2置于內(nèi)層杜瓦2.2之內(nèi)，在冷卻介質(zhì)入口2.3處設(shè)有勵(lì)磁繞組引線2.5;低溫介質(zhì)通入到內(nèi)層杜瓦2.2中將勵(lì)磁繞組2降溫至臨界溫度以下，再由冷卻介質(zhì)出口2.4流出。通過(guò)勵(lì)磁繞組引線2.5向勵(lì)磁繞組2通直流電，在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)。
[0017]跑道型冷卻杜瓦的作用原理:低溫介質(zhì)使高溫超導(dǎo)勵(lì)磁繞組2進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，從而在內(nèi)氣隙中產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，且該磁場(chǎng)匝鏈置于定子I上的電樞繞組3。當(dāng)轉(zhuǎn)子4由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁場(chǎng)將隨之發(fā)生變化，從而在電樞繞組3中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，對(duì)外輸出電功率，實(shí)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行;反之，若在電樞繞組3中通入交流電流，則該電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)，對(duì)外輸出機(jī)械功率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)運(yùn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，包括定子及位于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，其特征在于:定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，所述的定子設(shè)有24個(gè)凸極，在定子凸極上沿定子圓周方向交替繞制12個(gè)電樞繞組和12個(gè)勵(lì)磁繞組;所述的電樞繞組直接繞制在定子凸極上，沿定子圓周方向相鄰的兩個(gè)電樞繞組構(gòu)成I相，12個(gè)電樞繞組共構(gòu)成6相。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述的勵(lì)磁繞組均置于跑道型冷卻杜瓦內(nèi)，所述的跑道型冷卻杜瓦套在單個(gè)定子凸極上。3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述的跑道型冷卻杜瓦包括環(huán)形的外層杜瓦、環(huán)形的內(nèi)層杜瓦以及設(shè)置于內(nèi)層杜瓦兩端且連通于內(nèi)層杜瓦的冷卻介質(zhì)入口及冷卻介質(zhì)出口；所述的勵(lì)磁繞組置于內(nèi)層杜瓦之內(nèi)，在冷卻介質(zhì)入口處設(shè)有勵(lì)磁繞組引線。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3中所述的六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述的電樞繞組為繞制在定子凸極上的銅繞組;所述的勵(lì)磁繞組由高溫超導(dǎo)線材繞制而成。5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述的勵(lì)磁繞組繞向一致。6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子設(shè)有25個(gè)或23個(gè)凸極。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種六相靜態(tài)密封高溫超導(dǎo)電機(jī)，包括靜止的定子和位于定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子的凸極向外，定子的凸極向內(nèi)，所述的定子有24個(gè)凸極，轉(zhuǎn)子有23個(gè)轉(zhuǎn)子凸極，所述的定子和轉(zhuǎn)子之間留有氣隙；在定子凸極上沿定子圓周方向交替繞制12個(gè)電樞繞組和12個(gè)高溫超導(dǎo)勵(lì)磁繞組。本發(fā)明提高了電機(jī)的功率等級(jí)，降低了功率變換器的成本極其控制難度，實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的靜態(tài)密封；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、冷卻效果好及運(yùn)行可靠性高。
【IPC分類(lèi)】H02K55/00, H02K3/28, H02K3/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105634247
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610052431
【發(fā)明人】王玉彬, 李祥林
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日