專利名稱：軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫超導電動機，具體涉及一種軸向磁通高溫超導電動機。
背景技術：
隨著高溫超導線材技術的發展，超導電力技術亦為經濟的發展和社會的 進步帶來極其深遠的影響，超導電動機以其能量密度高、單機極限容量大、 效率高、尺寸小、重量輕的優點被廣泛應用于艦船電力推進系統、電力機車 牽引等領域，由高溫超導電動機組成的艦船電力推進系統具有推動力大、耗 能低、航速高、噪聲小、結構簡單、維修方便、無污染、造價低等優點。但 是傳統的超導電動機的設計方案一般均效仿常規同步電動機的結構，其轉子 采用超導直流勵磁繞組，定子采用銅繞組，轉軸采用中空軸結構為制冷劑提 供流通路徑。但是這種設計方案帶來了低溫旋轉容器的密封、轉軸的冷收縮 補償等問題，增加了電機結構的復雜程度，難于制造，同時又降低了系統的 可靠性。發明內容本發明為了解決現有超導電動機結構帶來的低溫旋轉容器的密封、轉軸 的冷收縮補償的問題，而提出的一種軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機。軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，它包括電機轉軸、機殼、第一直 流勵磁盤、第一感應子轉子盤、電樞盤、與第一直流勵磁盤結構相同的第二 直流勵磁盤和與第一感應子轉子盤結構相同的第二感應子轉子盤;第一直流 勵磁盤、第一感應子轉子盤、電樞盤、第二直流勵磁盤、第二感應子轉子盤 的中心軸線和電機轉軸的中心軸線位于同一軸心線上；第一感應子轉子盤和 第二感應子轉子盤關于電樞盤對稱并安裝在電樞盤的左右端面上，第一直流 勵磁盤和第二直流勵磁盤關于電樞盤對稱并分別安裝在第一感應子轉子盤的 左端面和第二感應子轉子盤的右端面上；第一感應子轉子盤和第二感應子轉 子盤分別與電機轉軸固定連接，第一直流勵磁盤、第二直流勵磁盤和電樞盤 分別通過軸承與電機轉軸轉動連接；第一直流勵磁盤、第一感應子轉子盤、電樞盤、第二直流勵磁盤和第二感應子轉子盤裝設在機殼內部。本發明的有益效果本發明提出的基于電磁減速原理的軸向磁通高溫超 導電動機其電樞和直流勵磁部分均采用高溫超導材料，減少了損耗，而且超 導部分并不旋轉，簡化了電機的結構和低溫冷卻系統，提高了系統的可靠性; 采用液氮作為冷凍劑，降低了電機的運行成本，提高了系統的實用性，拓寬 了電機的使用范圍，使電機可廣泛應用于吊艙式電力推進系統、電力機車牽 引、風力發電、大型工業軋鋼等領域。
圖l為本發明的縱剖視圖；圖2為直流勵磁盤的結構示意圖；圖3為感 應子轉子盤的結構示意圖；圖4為電樞盤的結構示意圖；圖5為電樞盤的縱 剖視圖。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，它包括電機轉軸6和機殼 7、第一直流勵磁盤l、第一感應子轉子盤2、電樞盤3、與第一直流勵磁盤l 結構相同的第二直流勵磁盤5和與第一感應子轉子盤2結構相同的第二感應 子轉子盤4;第一直流勵磁盤l、第一感應子轉子盤2、電樞盤3、第二直流 勵磁盤5、第二感應子轉子盤4的中心軸線和電機轉軸6的中心軸線位于同 一軸心線上；第一感應子轉子盤2和第二感應子轉子盤4關于電樞盤3對稱 并安裝在電樞盤3的左右端面上，第一直流勵磁盤1和第二直流勵磁盤5關 于電樞盤3對稱并分別安裝在第一感應子轉子盤2的左端面和第二感應子轉 子盤4的右端面上；第一感應子轉子盤2和第二感應子轉子盤4分別與電機 轉軸6固定連接，第一直流勵磁盤l、第二直流勵磁盤5和電樞盤3分別通 過軸承與電機轉軸6轉動連接；第一直流勵磁盤l、第一感應子轉子盤2、電 樞盤3、第二直流勵磁盤5和第二感應子轉子盤4裝設在機殼7內部。
具體實施方式
二結合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于第一直流勵磁盤1由高溫超導直流勵磁繞組1-1、直 流超導繞組低溫屏蔽容器1-2、定子鐵芯l-3和背軛l-4組成；高溫超導直流 勵磁繞組1-1裝設在直流超導繞組低溫屏蔽容器1-2內部，直流超導繞組低 溫屏蔽容器l-2沿圓周方向貫穿嵌入裝設在定子鐵芯1-3內，背軛1-4貼附在定子鐵芯1-3的外端面上；定子鐵芯1-3通過軸承與電機轉軸6轉動連接。 其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。高溫超導繞組采用型號為BSCCO-2223的高溫超導帶材繞制而成。
具體實施方式
三結合圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方 式一不同點在于第一感應子轉子盤2由內向感應子2-1 、外向感應子2-2和復 合材料支撐件2-3組成；內向感應子2-l和外向感應子2-2的結構相同；內向 感應子2-1和外向感應子2-2分別沿圓周方向垂直貫穿嵌入裝設在復合材料 支撐件2-3內；內向感應子2-l交錯排列在外向感應子2-2外側。其它組成和 連接方式與具體實施方式
一相同。內向感應子2-l為朝向定子鐵芯1-3內部 的感應子；外向感應子2-2為朝向定子鐵芯1-3外部的感應子，內向感應子 2-1和外向感應子2-2的結構材質均相同。
具體實施方式
四結合圖4、圖5說明本實施方式，本實施方式與具體 實施方式一不同點在于電樞盤3由餅形高溫超導電樞繞組3-1 、電樞鐵芯3-2、 超導電樞繞組低溫屏蔽容器3-3、超導繞組支撐件3-4和超導繞組低溫屏蔽容 器3-5組成；餅形高溫超導電樞繞組3-1裝設在超導繞組支撐件3-4外端面的 凹槽內；裝設有餅形高溫超導電樞繞組3-l的超導繞組支撐件3-4裝設在超 導電樞繞組低溫屏蔽容器3-3內部，超導電樞繞組低溫屏蔽容器3-3沿圓周 方向裝設在超導繞組低溫屏蔽容器3-5內部，電樞鐵芯3-2垂直于餅形高溫 超導電樞繞組3-l貫穿嵌入裝設在超導繞組低溫屏蔽容器3-5內，餅形高溫 超導電樞繞組3-l、電樞鐵芯3-2、超導繞組支撐件3-4的中心軸線位于同一 軸線上，超導繞組低溫屏蔽容器3-5通過軸承與電機轉軸6轉動連接。其它 組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
三不同點在于內向感應 子2-1和外向感應子2-2采用高飽和磁通的鐵磁材料制成。其它組成和連接 方式與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
三不同點在于內向感應 子2-1和外向感應子2-2安裝時傾斜一定的角度；內向感應子2-1向定子鐵芯 1-3的內部傾斜，外向感應子2-2向定子鐵芯1-3的外部傾斜。其它組成和連 接方式與具體實施方式
三相同。內向感應子2-1和外向感應子2-2安裝時傾斜一定的角度的目的為了增大磁通流過截面的有效面積。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四不同點在于定子鐵芯 1-3和電樞鐵芯3-2采用高飽和磁通硅鋼片或坡莫合金粉芯制成。其它組成和 連接方式與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四不同點在于超導繞組 低溫屏蔽容器3-5包括真空層和隔熱層。其它組成和連接方式與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四不同點在于每個電樞鐵芯3-2上只套有一個餅形高溫超導電樞繞組3-l。其它組成和連接方式與具體實施方式
四相同。工作原理本發明所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機是將混合 式步進電機的結構沿軸向剖開，再沿圓周圍繞而形成的軸向磁路結構的電機， 并由直流電勵磁繞組代替永磁體產生軸向磁通。將原混合式歩進電機的轉子 齒與直流勵磁繞組分離，嵌入到復合材料的支撐件中，直流電勵磁繞組產生 的磁通從中通過，把這種結構稱之為感應子結構，采用此種結構電機實現了 超導繞組部分不旋轉，從而簡化了超導電機結構的復雜程度，提高了系統的 可靠性，簡化了低溫冷卻系統。采用液氮做冷凍劑降低了系統運行的成本。工作過程電機的高溫超導勵磁繞組通入直流電，產生恒定的軸向磁通， 使轉子上朝向定子鐵芯內部的內向感應子成N極，朝向定子鐵芯外部的外向感應子成S極，內外向感應子交錯相間排列形成N、 S極沿圓周方向相間排列。高溫超導電樞繞組通入三相交流電，產生旋轉磁場，使感應子轉子盤帶 動電機轉軸輸出轉矩。磁路經定子鐵芯，感應子，電樞鐵芯形成閉合回路。 根據電機定、轉子表面開槽時氣隙磁導變化的規律，可知氣隙磁導波在空間 轉過的角度比轉子轉過的角度大得多，氣隙磁導波在空間的轉速和轉子的轉 速的比為電磁減速系數，這時電機工作于電磁減速狀態，因此當電機的定子 繞組的極對數等于電樞鐵芯齒數與感應子數之差時，電機工作于電磁減速狀態；當定子繞組的極對數等于感應子數時，電機工作于同步電動狀態。
權利要求
1. 軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，它包括電機轉軸(6)和機殼(7)；其特征在于它還包括第一直流勵磁盤(1)、第一感應子轉子盤(2)、電樞盤(3)、與第一直流勵磁盤(1)結構相同的第二直流勵磁盤(5)和與第一感應子轉子盤(2)結構相同的第二感應子轉子盤(4)；第一直流勵磁盤(1)、第一感應子轉子盤(2)、電樞盤(3)、第二直流勵磁盤(5)、第二感應子轉子盤(4)的中心軸線和電機轉軸(6)的中心軸線位于同一軸心線上；第一感應子轉子盤(2)和第二感應子轉子盤(4)關于電樞盤(3)對稱并安裝在電樞盤(3)的左右端面上，第一直流勵磁盤(1)和第二直流勵磁盤(5)關于電樞盤(3)對稱并分別安裝在第一感應子轉子盤(2)的左端面和第二感應子轉子盤(4)的右端面上；第一感應子轉子盤(2)和第二感應子轉子盤(4)分別與電機轉軸(6)固定連接，第一直流勵磁盤(1)、第二直流勵磁盤(5)和電樞盤(3)分別通過軸承與電機轉軸(6)轉動連接；第一直流勵磁盤(1)、第一感應子轉子盤(2)、電樞盤(3)、第二直流勵磁盤(5)和第二感應子轉子盤(4)裝設在機殼(7)內部。
2、 根據權利要求1所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，其特征 在于第一直流勵磁盤(l)由高溫超導直流勵磁繞組(l-l)、直流超導繞組低溫屏 蔽容器(l-2)、定子鐵芯(l-3)和背軛(l-4)組成；高溫超導直流勵磁繞組(l-l)裝設 在直流超導繞組低溫屏蔽容器(l-2)內部，直流超導繞組低溫屏蔽容器(l-2)沿圓 周方向貫穿嵌入裝設在定子鐵芯(l-3)內，背軛(l-4)貼附在定子鐵芯(l-3)的外端 面上；定子鐵芯(l-3)通過軸承與電機轉軸(6)轉動連接。
3、根據權利要求1所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，其特征 在于第一感應子轉子盤(2)由內向感應子(2-l)、外向感應子(2-2)和復合材料支 撐件(2-3)組成；內向感應子(2-l)和外向感應子(2-2)的結構相同；內向感應子 (2-l)和外向感應子(2-2)分別沿圓周方向垂直貫穿嵌入裝設在復合材料支撐件 (2-3)內；內向感應子(2-l)交錯排列在外向感應子(2-2)外側。
4、根據權利要求1所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，其特征 在于電樞盤(3)由餅形高溫超導電樞繞組(3-l)、電樞鐵芯(3-2)、超導電樞繞組 低溫屏蔽容器(3-3)、超導繞組支撐件(3-4)和超導繞組低溫屏蔽容器(3-5)組成； 餅形高溫超導電樞繞組(3-l)裝設在超導繞組支撐件(3-4)外端面的凹槽內；裝設 有餅形高溫超導電樞繞組(3-l)的超導繞組支撐件(3-4)裝設在超導電樞繞組低溫屏蔽容器(3-3)內部，超導電樞繞組低溫屏蔽容器(3-3)沿圓周方向裝設在超導 繞組低溫屏蔽容器(3-5)內部，電樞鐵芯(3-2)垂直于餅形高溫超導電樞繞組(3-l) 貫穿嵌入裝設在超導繞組低溫屏蔽容器(3-5)內，餅形高溫超導電樞繞組(3-l)、 電樞鐵芯(3-2)、超導繞組支撐件(3-4)的中心軸線位于同一軸線上，超導繞組低 溫屏蔽容器(3-5)通過軸承與電機轉軸(6)轉動連接。
5、 根據權利要求3所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，其特征 在于內向感應子(2-l)和外向感應子(2-2)采用高飽和磁通的鐵磁材料制成。
6、 根據權利要求4所述的軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，其特征 在于定子鐵芯(l-3)和電樞鐵芯(3-2)采用高飽和磁通硅鋼片或坡莫合金粉芯制 成。
全文摘要
軸向磁通電磁減速式高溫超導電動機，涉及超導電動機，它為解決超導電動機結構存在的低溫旋轉容器密封、轉軸冷收縮補償的問題，它包括電機轉軸、機殼、兩個結構相同的直流勵磁盤、兩個結構相同的感應子轉子盤和電樞盤；直流勵磁盤、感應子轉子盤、電樞盤的中心軸線和電機轉軸中心軸同軸心線；兩個感應子轉子盤關于電樞盤對稱安裝在電樞盤左右端面，兩個直流勵磁盤關于電樞盤對稱并分別安在兩個感應子轉子盤外端面；兩個感應子轉子盤分別與電機轉軸固定連接，兩個直流勵磁盤和電樞盤通過軸承與電機轉軸轉動連接；兩個直流勵磁盤、兩個感應子轉子盤和電樞盤裝在機殼內。有益效果在于超導部分不旋轉，簡化了電機結構和低溫冷卻系統，提高了可靠性。
文檔編號H02K55/00GK101262169SQ20081006439
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月28日 優先權日2008年4月28日
發明者濤 于, 寇寶泉, 曹繼偉, 鵬 李, 李立毅 申請人:哈爾濱工業大學