专利名称：轴向磁通电磁减速式高温超导电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温超导电动机，具体涉及一种轴向磁通高温超导电动机。
背景技术：
随着高温超导线材技术的发展，超导电力技术亦为经济的发展和社会的 进步带来极其深远的影响，超导电动机以其能量密度高、单机极限容量大、 效率高、尺寸小、重量轻的优点被广泛应用于舰船电力推进系统、电力机车 牵引等领域，由高温超导电动机组成的舰船电力推进系统具有推动力大、耗 能低、航速高、噪声小、结构简单、维修方便、无污染、造价低等优点。但 是传统的超导电动机的设计方案一般均效仿常规同步电动机的结构，其转子 采用超导直流励磁绕组，定子采用铜绕组，转轴采用中空轴结构为制冷剂提 供流通路径。但是这种设计方案带来了低温旋转容器的密封、转轴的冷收縮 补偿等问题，增加了电机结构的复杂程度，难于制造，同时又降低了系统的 可靠性。发明内容本发明为了解决现有超导电动机结构带来的低温旋转容器的密封、转轴 的冷收缩补偿的问题，而提出的一种轴向磁通电磁减速式高温超导电动机。轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，它包括电机转轴、机壳、第一直 流励磁盘、第一感应子转子盘、电枢盘、与第一直流励磁盘结构相同的第二 直流励磁盘和与第一感应子转子盘结构相同的第二感应子转子盘;第一直流 励磁盘、第一感应子转子盘、电枢盘、第二直流励磁盘、第二感应子转子盘 的中心轴线和电机转轴的中心轴线位于同一轴心线上；第一感应子转子盘和 第二感应子转子盘关于电枢盘对称并安装在电枢盘的左右端面上，第一直流 励磁盘和第二直流励磁盘关于电枢盘对称并分别安装在第一感应子转子盘的 左端面和第二感应子转子盘的右端面上；第一感应子转子盘和第二感应子转 子盘分别与电机转轴固定连接，第一直流励磁盘、第二直流励磁盘和电枢盘 分别通过轴承与电机转轴转动连接；第一直流励磁盘、第一感应子转子盘、电枢盘、第二直流励磁盘和第二感应子转子盘装设在机壳内部。本发明的有益效果本发明提出的基于电磁减速原理的轴向磁通高温超 导电动机其电枢和直流励磁部分均采用高温超导材料，减少了损耗，而且超 导部分并不旋转，简化了电机的结构和低温冷却系统，提高了系统的可靠性; 采用液氮作为冷冻剂，降低了电机的运行成本，提高了系统的实用性，拓宽 了电机的使用范围，使电机可广泛应用于吊舱式电力推进系统、电力机车牵 引、风力发电、大型工业轧钢等领域。
图l为本发明的纵剖视图；图2为直流励磁盘的结构示意图；图3为感 应子转子盘的结构示意图；图4为电枢盘的结构示意图；图5为电枢盘的纵 剖视图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，它包括电机转轴6和机壳 7、第一直流励磁盘l、第一感应子转子盘2、电枢盘3、与第一直流励磁盘l 结构相同的第二直流励磁盘5和与第一感应子转子盘2结构相同的第二感应 子转子盘4;第一直流励磁盘l、第一感应子转子盘2、电枢盘3、第二直流 励磁盘5、第二感应子转子盘4的中心轴线和电机转轴6的中心轴线位于同 一轴心线上；第一感应子转子盘2和第二感应子转子盘4关于电枢盘3对称 并安装在电枢盘3的左右端面上，第一直流励磁盘1和第二直流励磁盘5关 于电枢盘3对称并分别安装在第一感应子转子盘2的左端面和第二感应子转 子盘4的右端面上；第一感应子转子盘2和第二感应子转子盘4分别与电机 转轴6固定连接，第一直流励磁盘l、第二直流励磁盘5和电枢盘3分别通 过轴承与电机转轴6转动连接；第一直流励磁盘l、第一感应子转子盘2、电 枢盘3、第二直流励磁盘5和第二感应子转子盘4装设在机壳7内部。
具体实施方式
二结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于第一直流励磁盘1由高温超导直流励磁绕组1-1、直 流超导绕组低温屏蔽容器1-2、定子铁芯l-3和背轭l-4组成；高温超导直流 励磁绕组1-1装设在直流超导绕组低温屏蔽容器1-2内部，直流超导绕组低 温屏蔽容器l-2沿圆周方向贯穿嵌入装设在定子铁芯1-3内，背轭1-4贴附在定子铁芯1-3的外端面上；定子铁芯1-3通过轴承与电机转轴6转动连接。 其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。高温超导绕组采用型号为BSCCO-2223的高温超导带材绕制而成。
具体实施方式
三结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于第一感应子转子盘2由内向感应子2-1 、外向感应子2-2和复 合材料支撑件2-3组成；内向感应子2-l和外向感应子2-2的结构相同；内向 感应子2-1和外向感应子2-2分别沿圆周方向垂直贯穿嵌入装设在复合材料 支撑件2-3内；内向感应子2-l交错排列在外向感应子2-2外侧。其它组成和 连接方式与具体实施方式
一相同。内向感应子2-l为朝向定子铁芯1-3内部 的感应子；外向感应子2-2为朝向定子铁芯1-3外部的感应子，内向感应子 2-1和外向感应子2-2的结构材质均相同。
具体实施方式
四结合图4、图5说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一不同点在于电枢盘3由饼形高温超导电枢绕组3-1 、电枢铁芯3-2、 超导电枢绕组低温屏蔽容器3-3、超导绕组支撑件3-4和超导绕组低温屏蔽容 器3-5组成；饼形高温超导电枢绕组3-1装设在超导绕组支撑件3-4外端面的 凹槽内；装设有饼形高温超导电枢绕组3-l的超导绕组支撑件3-4装设在超 导电枢绕组低温屏蔽容器3-3内部，超导电枢绕组低温屏蔽容器3-3沿圆周 方向装设在超导绕组低温屏蔽容器3-5内部，电枢铁芯3-2垂直于饼形高温 超导电枢绕组3-l贯穿嵌入装设在超导绕组低温屏蔽容器3-5内，饼形高温 超导电枢绕组3-l、电枢铁芯3-2、超导绕组支撑件3-4的中心轴线位于同一 轴线上，超导绕组低温屏蔽容器3-5通过轴承与电机转轴6转动连接。其它 组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
三不同点在于内向感应 子2-1和外向感应子2-2采用高饱和磁通的铁磁材料制成。其它组成和连接 方式与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
三不同点在于内向感应 子2-1和外向感应子2-2安装时倾斜一定的角度；内向感应子2-1向定子铁芯 1-3的内部倾斜，外向感应子2-2向定子铁芯1-3的外部倾斜。其它组成和连 接方式与具体实施方式
三相同。内向感应子2-1和外向感应子2-2安装时倾斜一定的角度的目的为了增大磁通流过截面的有效面积。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四不同点在于定子铁芯 1-3和电枢铁芯3-2采用高饱和磁通硅钢片或坡莫合金粉芯制成。其它组成和 连接方式与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四不同点在于超导绕组 低温屏蔽容器3-5包括真空层和隔热层。其它组成和连接方式与具体实施方 式一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四不同点在于每个电枢铁芯3-2上只套有一个饼形高温超导电枢绕组3-l。其它组成和连接方式与具体实施方式
四相同。工作原理本发明所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机是将混合 式步进电机的结构沿轴向剖开，再沿圆周围绕而形成的轴向磁路结构的电机， 并由直流电励磁绕组代替永磁体产生轴向磁通。将原混合式歩进电机的转子 齿与直流励磁绕组分离，嵌入到复合材料的支撑件中，直流电励磁绕组产生 的磁通从中通过，把这种结构称之为感应子结构，采用此种结构电机实现了 超导绕组部分不旋转，从而简化了超导电机结构的复杂程度，提高了系统的 可靠性，简化了低温冷却系统。采用液氮做冷冻剂降低了系统运行的成本。工作过程电机的高温超导励磁绕组通入直流电，产生恒定的轴向磁通， 使转子上朝向定子铁芯内部的内向感应子成N极，朝向定子铁芯外部的外向感应子成S极，内外向感应子交错相间排列形成N、 S极沿圆周方向相间排列。高温超导电枢绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，使感应子转子盘带 动电机转轴输出转矩。磁路经定子铁芯，感应子，电枢铁芯形成闭合回路。 根据电机定、转子表面开槽时气隙磁导变化的规律，可知气隙磁导波在空间 转过的角度比转子转过的角度大得多，气隙磁导波在空间的转速和转子的转 速的比为电磁减速系数，这时电机工作于电磁减速状态，因此当电机的定子 绕组的极对数等于电枢铁芯齿数与感应子数之差时，电机工作于电磁减速状态；当定子绕组的极对数等于感应子数时，电机工作于同步电动状态。
权利要求
1. 轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，它包括电机转轴(6)和机壳(7)；其特征在于它还包括第一直流励磁盘(1)、第一感应子转子盘(2)、电枢盘(3)、与第一直流励磁盘(1)结构相同的第二直流励磁盘(5)和与第一感应子转子盘(2)结构相同的第二感应子转子盘(4)；第一直流励磁盘(1)、第一感应子转子盘(2)、电枢盘(3)、第二直流励磁盘(5)、第二感应子转子盘(4)的中心轴线和电机转轴(6)的中心轴线位于同一轴心线上；第一感应子转子盘(2)和第二感应子转子盘(4)关于电枢盘(3)对称并安装在电枢盘(3)的左右端面上，第一直流励磁盘(1)和第二直流励磁盘(5)关于电枢盘(3)对称并分别安装在第一感应子转子盘(2)的左端面和第二感应子转子盘(4)的右端面上；第一感应子转子盘(2)和第二感应子转子盘(4)分别与电机转轴(6)固定连接，第一直流励磁盘(1)、第二直流励磁盘(5)和电枢盘(3)分别通过轴承与电机转轴(6)转动连接；第一直流励磁盘(1)、第一感应子转子盘(2)、电枢盘(3)、第二直流励磁盘(5)和第二感应子转子盘(4)装设在机壳(7)内部。
2、 根据权利要求1所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，其特征 在于第一直流励磁盘(l)由高温超导直流励磁绕组(l-l)、直流超导绕组低温屏 蔽容器(l-2)、定子铁芯(l-3)和背轭(l-4)组成；高温超导直流励磁绕组(l-l)装设 在直流超导绕组低温屏蔽容器(l-2)内部，直流超导绕组低温屏蔽容器(l-2)沿圆 周方向贯穿嵌入装设在定子铁芯(l-3)内，背轭(l-4)贴附在定子铁芯(l-3)的外端 面上；定子铁芯(l-3)通过轴承与电机转轴(6)转动连接。
3、根据权利要求1所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，其特征 在于第一感应子转子盘(2)由内向感应子(2-l)、外向感应子(2-2)和复合材料支 撑件(2-3)组成；内向感应子(2-l)和外向感应子(2-2)的结构相同；内向感应子 (2-l)和外向感应子(2-2)分别沿圆周方向垂直贯穿嵌入装设在复合材料支撑件 (2-3)内；内向感应子(2-l)交错排列在外向感应子(2-2)外侧。
4、根据权利要求1所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，其特征 在于电枢盘(3)由饼形高温超导电枢绕组(3-l)、电枢铁芯(3-2)、超导电枢绕组 低温屏蔽容器(3-3)、超导绕组支撑件(3-4)和超导绕组低温屏蔽容器(3-5)组成； 饼形高温超导电枢绕组(3-l)装设在超导绕组支撑件(3-4)外端面的凹槽内；装设 有饼形高温超导电枢绕组(3-l)的超导绕组支撑件(3-4)装设在超导电枢绕组低温屏蔽容器(3-3)内部，超导电枢绕组低温屏蔽容器(3-3)沿圆周方向装设在超导 绕组低温屏蔽容器(3-5)内部，电枢铁芯(3-2)垂直于饼形高温超导电枢绕组(3-l) 贯穿嵌入装设在超导绕组低温屏蔽容器(3-5)内，饼形高温超导电枢绕组(3-l)、 电枢铁芯(3-2)、超导绕组支撑件(3-4)的中心轴线位于同一轴线上，超导绕组低 温屏蔽容器(3-5)通过轴承与电机转轴(6)转动连接。
5、 根据权利要求3所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，其特征 在于内向感应子(2-l)和外向感应子(2-2)采用高饱和磁通的铁磁材料制成。
6、 根据权利要求4所述的轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，其特征 在于定子铁芯(l-3)和电枢铁芯(3-2)采用高饱和磁通硅钢片或坡莫合金粉芯制 成。
全文摘要
轴向磁通电磁减速式高温超导电动机，涉及超导电动机，它为解决超导电动机结构存在的低温旋转容器密封、转轴冷收缩补偿的问题，它包括电机转轴、机壳、两个结构相同的直流励磁盘、两个结构相同的感应子转子盘和电枢盘；直流励磁盘、感应子转子盘、电枢盘的中心轴线和电机转轴中心轴同轴心线；两个感应子转子盘关于电枢盘对称安装在电枢盘左右端面，两个直流励磁盘关于电枢盘对称并分别安在两个感应子转子盘外端面；两个感应子转子盘分别与电机转轴固定连接，两个直流励磁盘和电枢盘通过轴承与电机转轴转动连接；两个直流励磁盘、两个感应子转子盘和电枢盘装在机壳内。有益效果在于超导部分不旋转，简化了电机结构和低温冷却系统，提高了可靠性。
文档编号H02K55/00GK101262169SQ20081006439
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者涛 于, 寇宝泉, 曹继伟, 鹏 李, 李立毅 申请人:哈尔滨工业大学