一种超导单相多极开关磁阻电机的制作方法

本发明涉及一种电机，特别涉及一种超导单相多极开关磁阻电机。

背景技术：
：

现有的超导电机，大多是由常规的交、直流电机改造而来的。由于常规的交、直流电机定、转子上都有绕组，要把定、转子绕组同时改成超导绕组，不但成本高，而且技术难度也很大。所以，现有的超导电机，绝大多数只在定子励磁系统采用超导励磁，而转子绕组仍为常规绕组。也就是说现有的超导电机基本上属于半超导电机。又由于常规的交、直流电机，励磁所消耗的能量，只占整台电机消耗能量很小一部分，而主要能量是消耗在电框绕组中。所以这种采用超导励磁的半超导电机，节能不多。正是因为这种半超导电机节能有限，一直没有得到普及应用。

中国专利CN 101976924 B公开了一种单相多极开关磁阻电机，包括转子和定子，定子包括定子磁极和励磁线圈，转子包括转子铁芯和转子磁极，转子磁极套设在转子铁芯上，定子磁极位于转子磁极的外部，定子磁极和励磁线圈固设在电机外壳内。励磁线圈只要一通电，所有的定子磁极和转子磁极都产生电磁转矩，从而使电机转动。但这种电机因没有采用超导线圈，耗能相对还是比较高的。

技术实现要素：
：

为了解决上述现有技术中的问题。本发明的目的在于提供一种超导单相多极开关磁阻电机，只采用一个环形超导线圈、而无其他常规绕组和永磁体的高效全超导电机。

本发明为实现其目的所采取的技术方案：一种超导单相多极开关磁阻电机，包括定子、转子、左端盖、右端盖和电机控制器，所述定子包括机壳和位于机壳中部的环形杜瓦瓶，以及均布于环形杜瓦瓶左右两侧机壳内圆的定子左磁极和定子右磁极；所述定子左磁极和定子右磁极两两相对在同一轴向直线上；所述转子包括转轴和固定于转轴上的转子铁芯，以及与铁芯连为一体且与定子左、右磁极相对应的转子左磁极和转子右磁极；所述转子左、右磁极和定子左、右磁极为极数相等的双凸极结构；所述环形杜瓦瓶的内胆中设环形超导励磁线圈；所述转子铁芯贯穿于环形杜瓦瓶，转子铁芯中部位于环形杜瓦瓶的环形圈内；所述电机控制器的信号输入端连接位置传感器，电机控制器的输出端通过电子开关与环形超导励磁线圈相连。

所述位置传感器由光偶和遮光片构成；所述光偶呈槽形结构，固定在电机非输出端的端盖上；遮光片固定在电机非输出端的转轴上，所述遮光片的齿、槽个数与磁极的齿、槽个数相对应，转轴旋转时遮光片从光偶的槽中穿过。

当所述机壳固定，所述形环杜瓦瓶固定在机壳内，所述转子自由转动，则构成内转子电机；当所述转子固定，且所述环形杜瓦瓶固定在转子上，所述机壳和固定在机壳内的定子左磁极和定子右磁极自由转动，则构成外转子电机。

所述左端盖和右端盖采用非磁性材料，所述定子、转子采用常规导磁材料制成，也可采用SMC软磁材料热压成型；所述杜瓦瓶采用非金属材料，也可采用电阻大的不锈钢材料。

环形杜瓦瓶的内胆设置一只环形超导线圈，转子从内孔中穿过。在铁芯不饱和的情况下，大量的磁通会从铁芯中走，而超导线旁只会有极少量的漏磁通。这就能有效保护超导状态不被破坏。即使在脉冲状态下工作，超导线圈也只会有极微弱的发热。

本发明把单相多极开关磁阻电机的常规绕组改成了超导绕组，所以效率更高。由于磁阻电机是由线圈励磁使定、转子磁极磁化，产生磁场吸力而工作的。而本发明由于把一只常规环形绕组改成了环形超导线圈（电阻R=0），而定、转子磁极又是极数相等的双凸极结构，一通电，所有的磁极能同时产生作用力，所以，只要在规定的角度开通和关断电源，使超导线圈间断产生磁场，电机便在耗能极少的情况下，向外输出巨大的动力。

附图说明：

图1为本发明超导单相多极开关磁阻电机的主视剖视图；

图2为电机顺时针方向旋转时，开通角定、转子磁极相互位置图；

图3为电机断电时定、转子磁极相互位置图；

图4为电机反时针方向旋转时，开通角定、转子磁极相互位置图，

图5为位置传感器在电机端部安装结构主视图；

图6为位置传感器在电机端部安装结构侧视图；

图7为本发明的控制电路框图。

图中：1、左端盖，2、机壳，3、转子左磁极， 4、定子左磁极，5、环形杜瓦瓶，6、超导励磁线圈，7、定子右磁极，8、转子右磁极，9、右端盖，10、转轴，11、光偶，12、遮光片，13、电机控制器，14、电子开关。

具体实施方式：

为了进一步阐述本发明，下面结合实施例，对超导单相多极开关磁阻电机进行更详细地说明。

参见图1-4，本发明包括定子、转子、左端盖1和右端盖9。定子由机壳2、环形杜瓦瓶5、定子左磁极4和定子右磁极7组成。定子左磁极4和定子右磁极7两两相对在同一轴向直线上。转子由和转子铁芯连为一体的转子左磁极3和转子右磁极8及转轴10组成。转子左、右磁极和定子左、右磁极为极数相等的双凸极结构。定、转子材料均为常规的铁磁体，由定、转子磁极，转子铁芯和机壳构成完整的磁回路。左端盖和右端盖为非磁性材料。超导线圈所用超导材料，可根据电机的使用环境和需要随意选用高温超导材料和低温超导材料。

若把机壳2固定，并把环形杜瓦瓶5固定在机壳2内，而转子可以自由转动，即为内转子电机。若把转子固定，并把环形杜瓦瓶5固定在转子上，而机壳2和固定在机壳2内的磁极可以自由转动，即为外转子电机。

图5、6所示位置传器结构，位置传感器由光偶11和遮光片12构成。光偶11呈槽形结构，装在电机非输出端的端盖上。遮光片12则装在电机非输出端的轴上。遮光片的齿、槽个数与磁极的齿、槽个数相对应，遮光片12从光偶的槽中穿过。随着轴的旋转，遮光片的齿与槽交替使光偶的输出信号产生与消失，并通过电机控制器13使电机得电或断电。电机导通角与关断角的大小，由遮光片的齿与槽的占空比来决定。而电机的开通与关断的角度位置及改变电机转向则通过调整遮光片固定在轴上的角度位置来决定。位置传感器也可采用霍尔元件或其他类型的传感器。位置传感器也可设置在磁极上。

图7所示，电机控制器13的信号输入端接位置传感器的光偶11，电机控制器13的输出端通过电子开关14与环形超导励磁线圈6相连。

加工和组装实施过程如下：

首先在机壳2的上沿中线开一条轴向缺口，将杜瓦瓶的进液管沿着此缺口滑行，把杜瓦瓶5压人机壳2的正中间部位，然后用相应填块填平缺口。再将定子左磁极4和定子右磁极7，两两对应在一条轴向直线上，均布固定于杜瓦瓶两侧的机壳2的内圆上。定、转子磁极间留有一定气隙。

本发明超导单相多极开关磁阻电机的工作过程如下：

当电机控制器13接收到光偶11检测到电机定、转子磁极处于图2位置时，让电子开关14导通，超导励磁线圈6得电产生磁场。此时由于转子磁极离顺时针方向的定子磁极近，而离反时针方向的定子磁极远，根据磁阻最小原理，转子便向顺时针方向转。当转子转到如图3位置时，即定、转子极对极位置，光偶11又把此信号传给电机控制器13，电机控制器13又通过电子开关14切断电机超导线圈电源，磁场力消失，转子靠惯性继续向顺时针方向滑引。当转子磁极和（后面的）定子磁极又处于图2位置时，光偶11又把检测到的这个位置信号传给电机控制器13，电机控制器13再一次让电子开关14导通，使电机再一次得电，电机便周而复始地继续向顺时针方向旋转下去。

图4是电机反时针旋转的开通角定、转子磁极位置示意图，只要每次在这个位置电机控制器13让电子开关14导通，电机得电，并在图3位置时让电子开关14关断，电机失电，电机便能周而复始地朝反时针方向旋转，和顺时针方向旋转的工作过程完全相同。

以上实施例仅是对本发明优选实施方式进行描述，而不是对本发明的限定。凡是采用单只带内穿孔的环形杜瓦瓶（环形超导线圈）对内转子、外转子（电机）进行励磁的磁阻电机，不管是低温超导还是高温超导，均为本发明的权利要求书的权利保护范围之内。