专利名称：具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，属于电机及机械联接装 置技术领域。
背景技术：
目前，在高温超导电机中，转子内部的磁体在低温下工作，转子屏蔽层在常温下工 作，整个转子通过真空夹层减小漏热，而且低温磁体与常温转子部件的连接也是通过绝热 部件进行连接以减小漏热。由于常温与低温部分的温差会导致部件的收缩不同，它们的结 构尺寸就失去了原来都处于常温态时所具有的适应性，需要对结构尺寸的变化量进行结构 补偿，以免过大的机械应力导致结构件的破坏。美国专利US4092555中，提供一种滑动补偿结构方式，该结构方式结构复杂，加工 精度要求高，实施较为困难。美国专利US4237392中，提供一种轴向冷缩补偿机构，采用键槽配合传递扭矩，叠 片由多个平、薄片组成，放置在电机驱动端工作，这种结构具有结构紧凑、设计简单、工程化 程度高等优点，但是键槽配合加工精度要求较高、叠片为平片的补偿量较小、放置在驱动端 对于材料的载荷负担较大。特别是在受到较大的振动、冲击情况下，弹片的较大变形会引起 内转子与端轴的同轴度产生较大变化。美国专利US4^1997中，提供一种弹性补偿结构形式，该结构形式采用弹性板结 构，通过弹性板的变形满足轴向补偿的要求。该方案对弹性板本身材料的强度即弹性模量 要求较高，同时结构及加工较为复杂。
发明内容
本发明目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种具有轴向冷缩补偿机构的高温 超导电机，采取弹性片与轴向滑动补偿结合的方式，保证电机同轴度的同时达到轴向补偿 的目的；通过螺栓来传递扭矩，减小了加工精度和复杂性；轴向冷缩补偿机构安置在电机 非驱动端，保证更高的安全性和可靠性。本发明的技术方案是一种具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，它包括定子， 转子；所述的转子包括一个筒状外转子，一个固定在外转子一端的电机轴盘，还有一个固 定在外转子内腔中的磁体支架以及包括有补偿弹片的轴向冷缩补偿机构，外转子与电机轴 盘相对的一端外端有外转子驱动轴；所述电机轴盘中部朝外转子内腔外部一侧有一个电机 轴盘外轴，朝外转子内腔一侧有一个锥形的电机轴盘内轴；具有磁体的磁体支架一端固 定连接有第二力矩管，并通过该第二力矩管与外转子驱动轴固定连接，磁体支架另一端固 定有第一力矩管，并通过该第一力矩管端面上固定的补偿弹片与电机轴盘的外边缘固定连 接，第一力矩管端面上还固定一个过渡轴，该过渡轴轴孔为锥孔，与电机轴盘内轴锥度相匹 配，用于保持间隙滑动；所述电机轴盘外轴、电机轴盘内轴、过渡轴、磁体支架、以及外转子 驱动轴轴线重合，即同轴。
上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其轴向冷缩补偿机构包括电机轴 盘的外边缘固定连接的补偿弹片、锥形的电机轴盘内轴、第一力矩管(6)端面上固定的一 个过渡轴，该过渡轴轴孔为锥孔，与电机轴盘内轴锥度相匹配，第一力矩管与补偿弹片及过 渡轴固定面重叠，以螺栓固定为一整体。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其补偿弹片与电机轴盘的外边缘 固定连接是螺栓连接。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其第二力矩管与外转子驱动轴固 定连接是螺栓连接。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其补偿弹片为1片，或至少两片 组成补偿弹片组；补偿弹片的形状为圆平板形或碟形，中间部分为通孔；补偿弹片外边缘 和补偿弹片内边缘上均开有用于固定和定位的螺栓孔和销孔。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其补偿弹片组的相邻补偿弹片之 间，在补偿弹片外边缘和补偿弹片内边缘处均放置薄形垫片。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其补偿弹片通过补偿弹片外边缘 上的固定孔与电机轴盘的外边缘固定连接；电机轴盘的外轴为外转子非驱动端端轴；补偿 弹片通过补偿弹片内边缘上的固定孔与第一力矩管连接，该第一力矩管另一端与低温部件 磁体支架连接。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其电机轴盘内轴上留有定位止 口，用于保证补偿弹片的安装位置。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其第一力矩管和第二力矩管的材 料为耐低温绝热材料，选自玻璃钢复合材料。上述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其补偿弹片的材料为不易生锈、 弹性模量小、强度高、延展性好的金属材料，选自不锈钢，或钛合金，或铍青铜；垫片材料选 自橡胶，或不锈钢，或环氧复合材料。对本发明的原理和效果说明如下
结构原理是轴向冷缩补偿机构包括电机轴盘的外边缘固定连接的补偿弹片，锥形的 电机轴盘内轴、第一力矩管端面上固定的一个过渡轴，该过渡轴轴孔为锥孔，与电机轴盘内 轴锥度相匹配，这些构件构成了轴向冷缩补偿机构。根据需要补偿弹片设计为单片，或由多 片补偿弹片叠装而成补偿弹片组，用于补偿由于温差产生的收缩以免造成应力破坏、减小 结构尺寸、传递扭矩；补偿弹片可根据不同的补偿量设计为圆平面形或碟形；电机轴盘与 过渡轴接触部分略呈锥形，保证之间的自由滑动；电机轴盘上留有定位止口，保证补偿弹片 的安装位置。本发明主要针对超导电机转子不同部件收缩差异造成的应力破坏情况，不仅 能够补偿不同部件的收缩差异，且作为转子轴系的一部分，还能传递扭矩，承载转子重力负 载。由于滑动结构的存在，保证电机的同轴度；通过螺栓和销来传递扭矩，减小了加工精度 和复杂性；此装置放置在电机非驱动端，保证更高的安全性和可靠性。工作原理是先将电机进行冷却，转子低温部分开始收缩，冷却到要求的温度后， 由于磁体8和磁体支架7以及力矩管6的收缩，补偿弹片4在轴向产生位移，带动定位过渡 轴2 —起位移脱离电机轴盘3的止口。由于定位过渡轴2与电机轴盘3的配合部分为间 隙配合，并且电机轴盘部分为锥形，所以达到稳定状态后，电机开始旋转，此时定位过渡轴2与电机轴盘3之间脱开，这时补偿弹片4承担着扭矩、重力负载。电机停止时，先停机、后停 止降温，转子恢复到常温后，低温部件恢复原有尺寸，定位过渡轴回到止口处停止，恢复初 始状态。本发明的技术效果显著1、确保证电机同轴度的同时，实现轴向补偿；2、通过螺 栓来传递扭矩，减小了加工精度和复杂性；3、轴向冷缩补偿机构安置在电机非驱动端，保证 更高的安全性和可靠性；4、结构简单，制造和运行及维护成本低。
图1为本发明具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机结构整体示意图； 图2为图1转子结构放大示意图3为补偿弹片结构主视示意图； 图4为图3 A-A剖视图。附图中名标记名称为1. 1 一定子；1. 2—转子；2—过渡轴；3 —电机轴盘； 3.1—电机轴盘外轴；3.2—电机轴盘内轴；3.3—定位止口； 4 一补偿弹片； 4 . 1 一补偿弹片外边缘；4 . 2—补偿弹片内边缘；5—外转子；6—第一力矩管；6，一 第二力矩管；7—磁体支架；8—磁体；9一外转子驱动轴。
具体实施方案结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下
实施例1 如图所示，一种具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，它包括定子1.1， 转子1. 2 ；所述的转子1. 2包括一个筒状外转子5，一个固定在外转子5 —端的电机轴盘 3，还有一个固定在外转子5内腔中的磁体支架7以及包括有补偿弹片4的轴向冷缩补偿机 构，外转子5与电机轴盘3相对的一端外端有外转子驱动轴9 ；所述电机轴盘3中部朝外转 子5内腔外部一侧有一个电机轴盘外轴3. 1，朝外转子5内腔一侧有一个锥形的电机轴盘 内轴3. 2 ；具有磁体8的磁体支架7 —端固定连接有第二力矩管6’，并通过该第二力矩管 6’与外转子驱动轴9固定连接，磁体支架7另一端固定有第一力矩管6，并通过该第一力矩 管6端面上固定的补偿弹片4与电机轴盘3的外边缘固定连接，第一力矩管6端面上还固 定一个过渡轴2，该过渡轴2轴孔为锥孔，与电机轴盘内轴3. 2锥度相匹配，用于保持间隙 滑动；所述电机轴盘外轴3. 1、电机轴盘内轴3. 2、过渡轴2、磁体支架7、以及外转子驱动轴 9轴线重合，即同轴。所述轴向冷缩补偿机构包括电机轴盘3的外边缘固定连接的补偿弹 片4、锥形的电机轴盘内轴3. 2、第一力矩管6端面上固定的一个过渡轴2，该过渡轴2轴孔 为锥孔，与电机轴盘内轴3. 2锥度相匹配，第一力矩管6与补偿弹片补偿机构4及过渡轴2 固定面重叠，以螺栓固定为一整体。补偿弹片4与电机轴盘3的外边缘固定连接是螺栓连 接。第二力矩管6’与外转子驱动轴9固定连接是螺栓连接。本实施例补偿弹片4为10片 组成补偿弹片组；补偿弹片4的形状为圆平板形或碟形，中间部分为通孔；补偿弹片外边缘 4. 1和补偿弹片内边缘4. 2上均开有用于固定和定位的螺栓孔和销孔。补偿弹片组的相邻 补偿弹片之间，在补偿弹片外边缘4. 1和补偿弹片内边缘4. 2处均放置薄形垫片。补偿弹 片4通过补偿弹片外边缘4. 1上的固定孔与电机轴盘3的外边缘固定连接；电机轴盘3的 外轴3. 1为外转子5非驱动端端轴；补偿弹片4通过补偿弹片内边缘4. 2上的固定孔与第一力矩管6连接，该第一力矩管6另一端与低温部件磁体支架7连接。电机轴盘内轴3. 2 上留有定位止口 3. 3，用于保证补偿弹片4的安装位置。第一力矩管6和第二力矩管6’的 材料为耐低温绝热材料。补偿弹片4的材料为不易生锈、弹性模量小、强度高、延展性好的 金属材料，本实施例选自不锈钢，也可选钛合金，或铍青铜；本实施例垫片材料选自不锈钢， 也可选橡胶，或环氧复合材料。实施例2 与上述实施例1不同的是补偿弹片4由1片圆平板形补偿弹片组成， 补偿弹片材料采用铍青铜材料。实施例3 与上述实施1例不同的是补偿弹片4是由5片碟形补偿弹片组成的补 偿弹片组，补偿弹片材料采用钛合金材料；垫片材料选自环氧复合材料。本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。
权利要求
1.一种具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于，它包括定子(1.1 )，转 子(1.2);所述的转子(1.2)包括一个筒状外转子(5)，一个固定在外转子( 一端的电机 轴盘(3)，还有一个固定在外转子( 内腔中的磁体支架(7)以及包括有补偿弹片(4)的轴 向冷缩补偿机构，外转子(5)与电机轴盘(3)相对的一端外端有外转子驱动轴(9);所述电 机轴盘C3)中部朝外转子(5)内腔外部一侧有一个电机轴盘外轴(3. 1)，朝外转子(5)内腔 一侧有一个锥形的电机轴盘内轴(3. 2)；具有磁体(8)的磁体支架(7) —端固定连接有第 二力矩管(6’)，并通过该第二力矩管(6’)与外转子驱动轴(9)固定连接，磁体支架(7)另一 端固定有第一力矩管(6)，并通过该第一力矩管(6)端面上固定的补偿弹片(4)与电机轴盘 (3)的外边缘固定连接，第一力矩管(6)端面上还固定一个过渡轴(2)，该过渡轴(2)轴孔为 锥孔，与电机轴盘内轴(3.2)锥度相匹配，用于保持间隙滑动；所述电机轴盘外轴(3. 1)、电 机轴盘内轴(3. 2)、过渡轴(2)、磁体支架(7)、以及外转子驱动轴(9)轴线重合，即同轴。
2.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于轴向 冷缩补偿机构包括电机轴盘(3)的外边缘固定连接的补偿弹片(4)、锥形的电机轴盘内轴 (3.2)、第一力矩管(6)端面上固定的一个过渡轴(2)，该过渡轴(2)轴孔为锥孔，与电机轴 盘内轴(3. 2)锥度相匹配，第一力矩管(6)与补偿弹片(4)及过渡轴(2)固定面重叠，以螺 栓固定为一整体。
3.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于补偿弹 片(4)与电机轴盘(3)的外边缘固定连接是螺栓连接。
4.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于第二力 矩管(6’)与外转子驱动轴(9)固定连接是螺栓连接。
5.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于补偿弹 片(4)为1片，或至少两片组成补偿弹片组；补偿弹片(4)的形状为圆平板形或碟形，中间 部分为通孔；补偿弹片外边缘(4. 1)和补偿弹片内边缘(4. 2)上均开有用于固定和定位的 螺栓孔和销孔。
6.按权利要求5所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于补偿弹 片组的相邻补偿弹片之间，在补偿弹片外边缘(4. 1)和补偿弹片内边缘(4. 2)处均放置薄 形垫片。
7.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于补偿弹 片(4)通过补偿弹片外边缘(4. 1)上的固定孔与电机轴盘(3)的外边缘固定连接；电机轴 盘(3)的外轴(3. 1)为外转子(5)非驱动端端轴；补偿弹片(4)通过补偿弹片内边缘(4. 2) 上的固定孔与第一力矩管(6)连接，该第一力矩管(6)另一端与低温部件磁体支架(7)连接。
8.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于电机轴 盘内轴(3. 2)上留有定位止口(3. 3)，用于保证补偿弹片(4)的安装位置。
9.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于第一力 矩管(6)和第二力矩管(6’)的材料为耐低温绝热材料，选自玻璃钢复合材料。
10.按权利要求1所述的具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，其特征在于补偿弹 片(4)的材料为不易生锈、弹性模量小、强度高、延展性好的金属材料，选自不锈钢，或钛合 金，或铍青铜；垫片材料选自橡胶，或不锈钢，或环氧复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种具有轴向冷缩补偿机构的高温超导电机，包括定子，转子；转子包括一个筒状外转子，一个电机轴盘，还有一个包括有补偿弹片的轴向冷缩补偿机构，外转子有外转子驱动轴；电机轴盘有一个电机轴盘外轴，还有一个锥形的电机轴盘内轴;第一力矩管端面上还固定一个轴孔为锥孔的过渡轴，该过渡轴与电机轴盘内轴锥度相匹配；所述电机轴盘外轴、电机轴盘内轴、过渡轴、磁体支架、以及外转子驱动轴轴线重合，即同轴。本发明优点在于保证电机同轴度的同时达到轴向补偿的目的；通过螺栓来传递扭矩，减小了加工精度和复杂性；包括有补偿弹片的轴向冷缩补偿机构安置在电机非驱动端，保证更高的安全性和可靠性。
文档编号H02K55/02GK102130570SQ20111006496
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者叶志刚, 周勇, 董琦, 谢峰, 陈伟 申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所