一种超导电机转子结构及其装配方法与流程

1.本技术涉及超导电机技术领域，尤其涉及一种超导电机转子结构及其装配方法。


背景技术：

2.超导电机是将常规电机定子或转子铜线圈替换为超导线圈的一种电机，具有功率密度高、运行效率高、同步电抗小等优点。超导电机一般由转子、定子、机座等部分构成(如图10所示)，转子励磁绕组和定子电枢绕组均可由超导材料组成。针对转子励磁绕组由超导材料组成的超导电机，转子超导线圈连同支撑结构和低温结构共同组成超导磁体，由低温系统冷却并维持在低温环境(一般为77k以下)。
3.同步电机转子旋转速度与转子极对数有关，1对极情况下转子同步转速达3000rpm，2对极情况下则转速为1500rpm。由于超导电机转子处于高速旋转状态，超导磁体承受很大的离心力，需将超导磁体可靠的固定在转子主骨架上。
4.传统的解决方案是通过螺栓将超导磁体紧固在转子主骨架上，但由于螺栓承受巨大的离心力，考虑到转子长期运转和振动，螺栓存在松动的风险，螺栓一旦松动将在离心力下作用下与骨架分离，撞击转子内部结构，且整个电机转子都处于真空密封状态，非常不利于拆解和检查，因此采用螺栓连接存在较大的安全隐患。为此，本发明提出一种超导电机转子结构及其装配方法。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种超导电机转子结构及其装配方法，使得有效提高了转子结构的可靠性。
6.本技术第一方面提供了一种超导电机转子结构，包括：转子本体；
7.所述转子本体包括转子主骨架和设置在所述转子主骨架外侧的超导磁体；
8.所述超导磁体通过套环固定在所述转子主骨架上，且所述套环与所述超导磁体过盈配合。
9.可选地，所述套环与所述超导磁体之间留有用于安装槽楔的空隙；
10.所述套环通过所述槽楔与所述超导磁体过盈配合。
11.可选地，所述槽楔的数量为多个。
12.可选地，所述套环的数量为多个；
13.多个所述套环沿轴向依次套设在所述转子本体上，并分别通过所述槽楔与所述超导磁体固定连接；
14.所述套环轴向开设有用于将多个所述套环连接在一起的安装孔；
15.多个所述套环之间通过所述拉杆连接。
16.可选地，多个所述套环的总长度等于所述转子本体的长度。
17.可选地，所述套环径向开设有用于固定所述槽楔的顶丝孔。
18.可选地，所述套环径向开设有磁体定位孔。
19.可选地，所述转子主骨架上设置有用于与所述超导磁体连接的凸台；
20.所述超导磁体上对应设置有与所述凸台相匹配的卡槽。
21.可选地，所述超导磁体由多个超导线圈、支撑结构和低温结构组成。
22.本技术第二方面提供了一种基于上述的超导电机转子结构的装配方法，该方法包括：
23.步骤1：将超导磁体装配到转子主骨架上，构成转子本体；
24.步骤2：将第一个套环套设在所述转子本体上，并将槽楔嵌入所述套环与所述超导磁体之间的空隙中，实现所述套环与所述超导磁体的紧密接触，从而将所述超导磁体压紧在所述转子主骨架上；
25.步骤3：将拉杆穿入第一个所述套环的安装孔内，然后将其余所述套环依次穿入到所述拉杆上，并分别通过槽楔固定在所述超导磁体上，最后将所述拉杆两端通过螺栓拧紧。
26.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：本超导电机转子结构包括转子本体，转子本体包括转子主骨架和设置在转子主骨架外侧的超导磁体，超导磁体通过套环固定在转子主骨架上，且套环与超导磁体过盈配合。通过采用套环将超导磁体固定在转子主骨架上，可由套环承担超导磁体的巨大离心力，而套环的环状结构又具有很好的抗拉性能，因此，可有效提高转子结构的机械强度，进而提高了转子结构的可靠性。
附图说明
27.图1为本技术实施例中超导电机转子结构的结构示意图；
28.图2为本技术实施例中转子主骨架的结构示意图；
29.图3为本技术实施例中超导磁体的结构示意图；
30.图4为本技术实施例中超导磁体的侧视图；
31.图5为本技术实施例中超导磁体与转子主骨架的安装示意图；
32.图6为本技术实施例中套环的结构示意图；
33.图7为本技术实施例中套环的俯视图；
34.图8为本技术实施例中套环与槽楔的安装示意图；
35.图9为本技术实施例中套环与拉杆的安装示意图；
36.图10为现有技术中超导电机的结构示意图；
37.其中，附图标记为：
[0038]1‑
转子主骨架，2
‑
超导磁体，3
‑
套环，4
‑
槽楔，5
‑
拉杆，31
‑
安装孔，32
‑
顶丝孔，33
‑
磁体定位孔。
具体实施方式
[0039]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0040]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041]
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0042]
本技术提供了一种超导电机转子结构的一个实施例，具体请参阅图1。
[0043]
本实施例中的超导电机转子结构包括：转子本体，转子本体包括转子主骨架1和设置在转子主骨架1外侧的超导磁体2，超导磁体2通过套环3固定在转子主骨架1上，且套环3与超导磁体2过盈配合。
[0044]
需要说明的是：通过采用套环3将超导磁体2固定在转子主骨架1上，而不是采用螺栓连接，可由套环3承担超导磁体2的巨大离心力，而套环3的环状结构又具有很好的抗拉性能，因此，可有效提高转子结构的机械强度，进而提高了转子结构的可靠性。
[0045]
以上为本技术实施例提供的一种超导电机转子结构的实施例一，以下为本技术实施例提供的一种超导电机转子结构的实施例二，具体请参阅图1至图9。
[0046]
本实施例中的超导电机转子结构包括：转子本体，转子本体包括转子主骨架1和设置在转子主骨架1外侧的超导磁体2，其中转子主骨架1可以由不锈钢材料加工成长条形结构(如图2所示)，它也是转子主轴，主要作用是固定超导磁体2、承担转子重量和传递电磁转矩等；超导磁体2通过套环3固定在转子主骨架1上，且套环3与超导磁体2过盈配合。
[0047]
在本实施例中，如图6和图7所示，套环3由不锈钢材料加工成圆环结构，其外截面为圆形，内表面与超导磁体2外表面的形状相近。
[0048]
套环3与超导磁体2之间留有用于安装槽楔4的空隙，套环3通过槽楔4与超导磁体2过盈配合，即通过木槌将槽楔4砸入套环3与超导磁体2之间的空隙中，使套环3与超导磁体2紧密接触，从而将超导磁体2压紧在转子主骨架1上。槽楔4可以由不锈钢材料加工而成，主要作用是填充转子主骨架1与超导磁体2之间的空隙，从而使二者紧密接触，防止超导磁体2在转子主骨架1上晃动，通过采用槽楔4进行安装，安装更加方便。
[0049]
可以理解的是，套环3与超导磁体2也可以通过温差装配法进行安装，即先将超导磁体2和转子主骨架1在液氮中浸泡一段时间，待超导磁体2和转子主骨架1预冷收缩后再将套环3安装。
[0050]
具体的，槽楔4的数量可以为多个，安装更加方便，且连接效果更好。在本实施例中，如图8所示，槽楔4共分为4组，每组6个，且每组中的6个槽楔4形状各不相同。
[0051]
套环3的数量为多个，多个套环3沿轴向依次套设在转子本体上，并分别通过槽楔4与超导磁体2固定连接，安装更加方便；如图7和图9所示，套环3轴向开设有用于将多个套环3连接在一起的安装孔31，多个套环3之间通过拉杆5连接，方便拆卸。通过拉杆5在轴向把多个套环3连接在一起，使多个套环3形成一个整体，防止各个套环3在转动的情况下出现分离的风险。具体的，安装孔31的数量可以多个，拉杆5的数量与安装孔31的数量相等，且一一对应，通过采用多个拉杆5配合连接，固定更加牢靠。
[0052]
可以理解的是：由于槽楔4需要填满套环3与超导磁体2之间的空隙，需要根据空隙
的大小进行现场打磨，并反复尝试，才能保证压紧的力度刚好，因此通过多个套环3进行逐个安装，可以使槽楔4安装更加精确，进而更好的把超导磁体2压紧。
[0053]
多个套环3的总长度等于转子本体的长度，套环3的数量可根据转子本体的长度和安装需要进行切分。
[0054]
如图6所示，套环3径向开设有用于固定槽楔4的顶丝孔32，可通过顶丝加强槽楔4的固定，进一步提高整体机械强度。套环3径向开设有磁体定位孔33，可通过定位螺栓对套环3内侧的超导磁体2进行固定，进一步提高转子结构的机械强度。
[0055]
可以理解的是，在装入顶丝和定位螺栓后，可采用胶水进行放松动处理，即在顶丝与顶丝孔32之间的缝隙和定位螺栓与磁体定位孔33之间的缝隙中注入胶水，使其连接更加紧密。具体的，胶水可以采用stycast 2850胶。
[0056]
如图2所示，转子主骨架1上设置有用于与超导磁体2连接的凸台，如图3所示，超导磁体2上对应设置有与凸台相匹配的卡槽。在本实施例中，转子为2极结构，因此转子主骨架1上下各有一个凸台，可将2个超导磁体2分别套入其中。
[0057]
如图3和图4所示，超导磁体2由多个超导线圈、支撑结构和低温结构组成。具体的，超导线圈由超导带材绕制并经固化处理，多个超导线圈上下层叠排布，每个超导线圈的高度和长度相同，但匝数和宽度不同，中心孔在同一直线，因此其侧面呈阶梯状；支撑结构包括线圈骨架和盖板、压边条等部分，其均由不锈钢材料组成；低温结构主要是指嵌入超导线圈之间的导冷板和冷媒管道。
[0058]
本技术还提供了一种基于上述的超导电机转子结构的装配方法，该方法包括：
[0059]
步骤1：如图5所示，将两个超导磁体2分别装配到转子主骨架1的凸台上，构成转子本体。如果超导磁体2无法套在转子主骨架1的凸台上，则可以用木槌敲入，或者对安装位置进行打磨，安装到位后可使用螺丝固定超导磁体2。
[0060]
步骤2：如图1所示，将第一个套环3套设在转子本体上，并使用木槌将槽楔4嵌入套环3与超导磁体2之间的空隙中，实现套环3与超导磁体2的紧密接触，从而将超导磁体2压紧在转子主骨架1上；然后利用套环3外侧的顶丝孔32和磁体定位孔33加强对槽楔4和超导磁体2的固定，待顶丝和定位螺栓装入后，可用stycast 2850胶进行防松处理，安全性更好。
[0061]
步骤3：将拉杆5穿入第一个套环3的安装孔31内，然后将其余套环3依次穿入到拉杆5上，并按照步骤2中的方法依次固定在转子本体上，最后将拉杆5两端通过螺栓拧紧。
[0062]
需要说明的是：套环3上的定位螺栓和顶丝仅承担其自身的离心力，而拉杆5两端的螺栓受力方向是轴向，均不易松动。
[0063]
以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。