專利名稱：一種超導(dǎo)電機(jī)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)及其制造方法，尤其是涉及一種超導(dǎo)電機(jī)及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有公知普通電機(jī)，其定子、轉(zhuǎn)子均在常溫下運(yùn)行，電機(jī)的功率因數(shù)均小 于l。公知超導(dǎo)電機(jī)的一般結(jié)構(gòu)為定子為超導(dǎo)定子，轉(zhuǎn)子為常規(guī)三相異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子。這種超導(dǎo)電機(jī)，體積較大，所需制冷效率高，功率因數(shù)仍小于l。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小，功率因數(shù)可達(dá)l，損耗為零的超導(dǎo)電機(jī) 及其制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
本發(fā)明之超導(dǎo)電機(jī)包括超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、定子、驅(qū)動(dòng)端端蓋、非驅(qū)動(dòng)端端蓋、液 氖容器，所述定子的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有公知的三相異步電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)相同，所述超 導(dǎo)轉(zhuǎn)子由內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子疊套密閉焊接而成，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子構(gòu)成兩個(gè)疊套的 密閉容器；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子由薄壁細(xì)長(zhǎng)管、非驅(qū)動(dòng)端端軸、非驅(qū)動(dòng)端力矩管、連接 管、超導(dǎo)磁極、裝有液氖的液氖容器、驅(qū)動(dòng)端力矩管、軸向冷縮補(bǔ)償裝置、驅(qū) 動(dòng)端端軸構(gòu)成；薄壁細(xì)長(zhǎng)管置于非驅(qū)動(dòng)端端軸中心孔和非驅(qū)動(dòng)端力矩管內(nèi)，并 通過(guò)連接管與液氖容器連通；超導(dǎo)磁極置于液氖容器外周；液氖容器底端通過(guò) 驅(qū)動(dòng)端力矩管和軸向冷縮補(bǔ)償裝置與驅(qū)動(dòng)端端軸相接。
所述薄壁細(xì)長(zhǎng)管長(zhǎng)徑比宜》6,厚度宜《lmm。
所述連接管宜由不銹鋼管與鋁管錐形對(duì)接構(gòu)成，連接管的不銹鋼管接口為 凹錐型，鋁管接口為凸錐型，這樣的對(duì)接方式加上摩擦悍焊接，可以有效提高不
銹鋼管與鋁管對(duì)接的牢固度及工作的可靠性；連接管的不銹鋼管端與薄壁細(xì)長(zhǎng) 管連接，連接管的鋁管端裝入液氖容器的配合孔中。 所述軸向冷縮補(bǔ)償裝置可選用碟型彈片。
本發(fā)明之超導(dǎo)電機(jī)制造需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題包括內(nèi)外轉(zhuǎn)子焊接密閉 方法，電機(jī)的薄壁細(xì)長(zhǎng)管加工方法，連接管的"不銹鋼+鋁"異種材料焊接方法， 液氖容器組件各部件的過(guò)盈配合冷凍套裝方法，由多段部件構(gòu)成的內(nèi)轉(zhuǎn)子裝配 方法及校動(dòng)平衡方法，內(nèi)外轉(zhuǎn)子焊接后去應(yīng)力方法。
本發(fā)明者經(jīng)長(zhǎng)期多次試驗(yàn)研究，所述關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題終于采用下述方法一一 獲得解決
內(nèi)、外轉(zhuǎn)子采用立式焊接；薄壁細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)圓的加工，采用立銑方式；薄壁 細(xì)長(zhǎng)管外圓的加工，用內(nèi)圓定位，用漲胎式心軸作漲胎進(jìn)行外圓加工；液氖容 器的密閉及連接管與液氖容器配合孔焊接前，采用同種材料的過(guò)盈配合冷凍套 裝；連接管中不銹鋼管與鋁管接口采用摩擦焊焊接；內(nèi)轉(zhuǎn)子裝配選用臥式裝配 方式，各段之間的聯(lián)接從中間向兩端擴(kuò)展；內(nèi)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡采用在內(nèi)轉(zhuǎn)子上的 非驅(qū)動(dòng)端端軸上增開(kāi)一組均布通孔，并增加一組相應(yīng)的鎖緊螺栓，使非剛性聯(lián) 接的內(nèi)轉(zhuǎn)子聯(lián)接成一個(gè)剛性整體，再進(jìn)行校動(dòng)平衡；待內(nèi)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡后，再 拆去鎖緊螺栓，并封焊非驅(qū)動(dòng)端端軸上的均布通孔，以保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間形 成的空間密閉軸向串動(dòng)式；采用超聲去應(yīng)力法，消除超導(dǎo)轉(zhuǎn)子密閉焊后產(chǎn)生的 應(yīng)力。
所述同種材料的過(guò)盈配合冷凍套裝是將連接管的鋁'管端置于液氮中，冷凍收 縮后快速裝入鋁質(zhì)液氖容器的配合孔中，再對(duì)液氖容器與連接管的鋁管端進(jìn)行 焊接。
所述內(nèi)轉(zhuǎn)子臥式裝配方式，采用先中間后兩端擴(kuò)展的方式進(jìn)行裝配，即先 從中間段的液氖容器開(kāi)始，逐段向其兩端加裝各段零部件；內(nèi)轉(zhuǎn)子各段裝配完 后，再將其兩端放置于兩個(gè)滾輪支架上滾動(dòng)裝配，以巻包內(nèi)轉(zhuǎn)子上的超導(dǎo)磁極 外表的雙層薄膜。
所述超聲去應(yīng)力法，可用頻率20千赫茲以上的超聲高頻能量直接沖擊焊件 焊縫的表面。
本發(fā)明之超導(dǎo)電機(jī)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子可在循環(huán)低溫冷介質(zhì)液氖產(chǎn)生的一243t:的 低溫環(huán)境下運(yùn)行，功率因數(shù)可以達(dá)到l,損耗為零，大幅度提高了單位質(zhì)量的功 率比，電機(jī)體積小，是大功率電機(jī)小型化的一項(xiàng)重大突破，所需制冷效率低；用 本發(fā)明制造方法制造的本發(fā)明之超導(dǎo)電機(jī)，運(yùn)行可靠，可長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明超導(dǎo)電機(jī)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖4為圖3中的薄壁細(xì)長(zhǎng)管的內(nèi)圓銑加工裝夾方式示意圖。
圖5為圖3中的薄壁細(xì)長(zhǎng)管的外圓加工漲胎心軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為圖3中的連接管異種材料焊接結(jié)構(gòu)放大圖。
圖中1、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子，2、驅(qū)動(dòng)端端蓋，3、定子，4、非驅(qū)動(dòng)端端蓋，5、內(nèi) 轉(zhuǎn)子，6、外轉(zhuǎn)子，7、內(nèi)、外轉(zhuǎn)子焊縫，8、薄壁細(xì)長(zhǎng)管，9、非驅(qū)動(dòng)端端軸， 10、非驅(qū)動(dòng)端力矩管，11、連接管，12、超導(dǎo)磁極，13、液氖容器，14、液氖， 15、驅(qū)動(dòng)端力矩管，16、碟型彈片，17、驅(qū)動(dòng)端端軸，18、上壓環(huán)，19、防轉(zhuǎn) 平行夾，20、下壓環(huán)，21、下壓板，22、漲胎式心軸，23、介質(zhì)，24、上壓板， 25、擰緊螺母，26、長(zhǎng)不銹鋼管，27、不銹鋼管，28、鋁管，29、長(zhǎng)鋁管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
參照?qǐng)D1、 2、 3，本發(fā)明超導(dǎo)電機(jī)實(shí)施例包括超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1、定子3、驅(qū)動(dòng)端 端蓋2、非驅(qū)動(dòng)端端蓋4、液氖容器組件13,定子3的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有公知的三相異 步電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)相同，所述超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1由內(nèi)轉(zhuǎn)子5、外轉(zhuǎn)子6疊套并通過(guò)焊縫 7進(jìn)行密閉焊接而成，內(nèi)轉(zhuǎn)子5、外轉(zhuǎn)子6構(gòu)成兩個(gè)疊套的密閉容器；
參照?qǐng)D3，內(nèi)轉(zhuǎn)子5由薄壁細(xì)長(zhǎng)管8、非驅(qū)動(dòng)端端軸9、非驅(qū)動(dòng)端力矩管10、 連接管ll、超導(dǎo)磁極12、裝有液氖14的液氖容器13、驅(qū)動(dòng)端力矩管15、碟型 彈片(也即軸向冷縮補(bǔ)償裝置)16、驅(qū)動(dòng)端端軸17構(gòu)成；薄壁細(xì)長(zhǎng)管8置于非 驅(qū)動(dòng)端端軸9中心孔和非驅(qū)動(dòng)端力矩管10內(nèi)，并通過(guò)連接管11與液氖容器13 連通；超導(dǎo)磁極12置于液氖容器13外周；液氖容器13底端通過(guò)驅(qū)動(dòng)端力矩管 15和碟型彈片16與驅(qū)動(dòng)端端軸17相接。
薄壁細(xì)長(zhǎng)管8長(zhǎng)徑比=6，厚度-lmm;連接管11由不銹鋼管與鋁管錐形對(duì) 接組成，連接管的不銹鋼管接口為凹錐型，鋁管接口為凸錐型；連接管的鋁管 端裝入鋁質(zhì)液氖容器13的配合孔中。
連接管11由不銹鋼管27與鋁管28錐形對(duì)接構(gòu)成，其中不銹鋼管27接口 為凹錐型，鋁管28接口為凸錐型，兩者對(duì)接吻合(參照?qǐng)D6)。
以下將關(guān)鍵制造方法加以介紹
內(nèi)轉(zhuǎn)子5與外轉(zhuǎn)子6焊接前，先將外轉(zhuǎn)子6垂直豎立，再將內(nèi)轉(zhuǎn)子5吊起 垂直套入外轉(zhuǎn)子6內(nèi)，然后在兩者均處于豎立情況下，對(duì)內(nèi)、外轉(zhuǎn)子焊縫7進(jìn) 行立式焊接；先立焊超導(dǎo)轉(zhuǎn)子l朝上的驅(qū)動(dòng)端內(nèi)、外轉(zhuǎn)子焊縫7，再翻轉(zhuǎn)超導(dǎo)轉(zhuǎn) 子l，并采用支撐筒支撐翻轉(zhuǎn)后的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子l，使之仍呈豎立狀態(tài)，然后立焊朝 上的非驅(qū)動(dòng)端內(nèi)、外轉(zhuǎn)子焊縫；最后，采用放倒裝置將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1放置水平,再
將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子l兩端的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子焊縫7焊滿。
在內(nèi)轉(zhuǎn)子5與外轉(zhuǎn)子6焊接后，構(gòu)成兩個(gè)疊套的密閉容器，對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1 真空夾層抽真空，并采用氦氣對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子 焊縫7，焊縫漏率均小于5X10'^a丄/s，檢漏合格。
內(nèi)轉(zhuǎn)子6各部件的過(guò)盈配合冷凍套裝是將連接管11的鋁管端置于液氮中， 冷凍收縮后快速裝入鋁質(zhì)液氖容器13的配合孔中，以實(shí)現(xiàn)兩者的過(guò)盈配合；在 過(guò)盈配合的基礎(chǔ)上，再對(duì)液氖容器13與連接管11的鋁管端進(jìn)行焊接。
多段式內(nèi)轉(zhuǎn)子6裝配因該內(nèi)轉(zhuǎn)子5軸向由多段零部件裝配而成，故選用 臥式裝配方式，同時(shí)采用先中間后兩端擴(kuò)展的方式進(jìn)行裝配，即先從中間段的 液氖容器13開(kāi)始，逐段向其兩端加裝各段零部件；內(nèi)轉(zhuǎn)子5各段裝配完畢后， 再將其兩端放置于兩個(gè)滾輪支架上滾動(dòng)裝配，以巻包內(nèi)轉(zhuǎn)子5上的超導(dǎo)磁極12 外表的雙層薄膜。
內(nèi)轉(zhuǎn)子5校動(dòng)平衡因內(nèi)轉(zhuǎn)子5軸向由多段零部件裝配而成，其中有一段 為碟型彈片16,通過(guò)碟型彈片16可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)轉(zhuǎn)子5在電機(jī)低溫運(yùn)行時(shí)的軸向自 由串動(dòng)。但由此，這種軸向串動(dòng)式內(nèi)轉(zhuǎn)子5，屬非剛性聯(lián)接，因而無(wú)法校動(dòng)平衡。 故在內(nèi)轉(zhuǎn)子5上的非驅(qū)動(dòng)端端軸9上增開(kāi)一組均布通孔，并增加一組相應(yīng)的鎖 緊螺栓，使非剛性聯(lián)接的內(nèi)轉(zhuǎn)子聯(lián)接成一個(gè)剛性整體，進(jìn)行校動(dòng)平衡。待內(nèi)轉(zhuǎn) 子5校動(dòng)平衡后，再拆去鎖緊螺栓，并封焊非驅(qū)動(dòng)端端軸9上的均布通孔，以 保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)子5、 6之間形成的空間密閉。
薄壁細(xì)長(zhǎng)管8的內(nèi)圓加工參照?qǐng)D4，將薄壁細(xì)長(zhǎng)管8置于上壓環(huán)18和下 壓環(huán)20之間，下壓環(huán)20上裝一防轉(zhuǎn)平行夾19，即可對(duì)薄壁細(xì)長(zhǎng)管8內(nèi)圓進(jìn)行 立銑加工。
薄壁細(xì)長(zhǎng)管8的外圓加工參照?qǐng)D5，將薄壁細(xì)長(zhǎng)管8置于下壓板21和上
壓板24之間，下壓板21和上壓板24中心裝有穿過(guò)薄壁細(xì)長(zhǎng)管8管心的漲胎式 心軸22，漲胎式心軸22外壁和薄壁細(xì)長(zhǎng)管8內(nèi)壁之間充填有介質(zhì)23，漲胎式 心軸22 —端設(shè)有螺母25，擰緊螺母25，薄壁細(xì)長(zhǎng)管8即可定位。然后，便可 對(duì)薄壁細(xì)長(zhǎng)管8進(jìn)行外圓加工。
連接管11的加工參照?qǐng)D6，連接管11由不銹鋼管27與鋁管28錐形對(duì)接 構(gòu)成，將不銹鋼管27端口插入長(zhǎng)不銹鋼管26的端口中，將鋁管28的端口插入 長(zhǎng)長(zhǎng)鋁管29的端口中，然后采用摩擦焊將不銹鋼管27與鋁管28的錐形對(duì)接口 焊接牢固。
超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1密閉焊后采用超聲去應(yīng)力法用20千赫茲的高頻能量直接沖擊 在焊件焊縫的表面。
超聲去應(yīng)力法去應(yīng)力的檢測(cè)依據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E837-92。主要測(cè)量?jī)x器為 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。測(cè)點(diǎn)布置為超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1兩端端部的環(huán)形角焊縫熔合線附近。 經(jīng)超聲去應(yīng)力法處理后各點(diǎn)的殘余應(yīng)力均有明顯下降。采用超聲去應(yīng)力法對(duì)超 導(dǎo)轉(zhuǎn)子l焊接后去應(yīng)力，能完全滿足該超導(dǎo)電機(jī)電氣、機(jī)械性能的要求。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電機(jī)，包括超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、定子、驅(qū)動(dòng)端端蓋、非驅(qū)動(dòng)端端蓋、液氖容器，其特征在于，所述超導(dǎo)轉(zhuǎn)子由內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子疊套密閉焊接而成，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子構(gòu)成兩個(gè)疊套的密閉容器；所述內(nèi)轉(zhuǎn)子由薄壁細(xì)長(zhǎng)管、非驅(qū)動(dòng)端端軸、非驅(qū)動(dòng)端力矩管、連接管、超導(dǎo)磁極、裝有液氖的液氖容器、驅(qū)動(dòng)端力矩管、軸向冷縮補(bǔ)償裝置、驅(qū)動(dòng)端端軸構(gòu)成；薄壁細(xì)長(zhǎng)管置于非驅(qū)動(dòng)端端軸中心孔和非驅(qū)動(dòng)端力矩管內(nèi)，并通過(guò)連接管與液氖容器連通；超導(dǎo)磁極置于液氖容器外周；液氖容器底端通過(guò)驅(qū)動(dòng)端力矩管和軸向冷縮補(bǔ)償裝置與驅(qū)動(dòng)端端軸相接。
2. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于，所述薄壁細(xì)長(zhǎng)管長(zhǎng)徑比 》6，厚度《lmm。
3. 如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于，所述連接管由不銹鋼管與 鋁管錐形對(duì)接構(gòu)成，連接管的不銹鋼管接口為凹錐型，鋁管接口為凸錐型；連 接管的不銹鋼管端與薄壁細(xì)長(zhǎng)管連接，連接管的鋁管端裝入液氖容器的配合孔 中。
4. 如權(quán)利要求l所述的超導(dǎo)電機(jī)，其特征在于，所述軸向冷縮補(bǔ)償裝置為 碟型彈片。
5. —種如權(quán)利要求1-4之一所述超導(dǎo)電機(jī)的的制造方法，其特征在于，內(nèi)、 外轉(zhuǎn)子采用立式焊接；薄壁細(xì)長(zhǎng)管內(nèi)圓的加工，采用立銑方式；薄壁細(xì)長(zhǎng)管外 圓的加工，用內(nèi)圓定位，用漲胎式心軸作漲胎進(jìn)行外圓加工；液氖容器的密閉 及連接管與液氖容器配合孔焊接前，采用同種材料的過(guò)盈配合冷凍套裝；連接 管中不銹鋼管與鋁管接口采用摩擦焊焊接；內(nèi)轉(zhuǎn)子裝配選用臥式裝配方式，各 段之間的聯(lián)接從中間向兩端擴(kuò)展；內(nèi)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡采用在內(nèi)轉(zhuǎn)子上的非驅(qū)動(dòng)端 端軸上增開(kāi)一組均布通孔，并增加一組相應(yīng)的鎖緊螺栓，使非剛性聯(lián)接的內(nèi)轉(zhuǎn) 子聯(lián)接成一個(gè)剛性整體，再進(jìn)行校動(dòng)平衡；待內(nèi)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡后，再拆去鎖緊 螺栓，并封焊非驅(qū)動(dòng)端端軸上的均布通孔，以保證內(nèi)、外轉(zhuǎn)子之間形成的空間 密閉軸向串動(dòng)式；采用超聲去應(yīng)力法，消除超導(dǎo)轉(zhuǎn)子密閉焊后產(chǎn)生的應(yīng)力。
6. 如權(quán)利要求5所述超導(dǎo)電機(jī)的制造方法，其特征在于，所述同種材料的 過(guò)盈配合冷凍套裝，是將連接管的鋁管端置于液氮中，冷凍收縮后快速裝入鋁質(zhì) 液氖容器的配合孔中，再對(duì)液氖容器與連接管的鋁管端進(jìn)行焯接。
7. 如權(quán)利要求5所述超導(dǎo)電機(jī)的制造方法，其特征在于，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子臥式 裝配方式，采用先中間后兩端擴(kuò)展的方式進(jìn)行裝配，即先從中間段的液氖容器 開(kāi)始，逐段向其兩端加裝各段零部件；內(nèi)轉(zhuǎn)子各段裝配完后，再將其兩端放置 于兩個(gè)滾輪支架上滾動(dòng)裝配，以巻包內(nèi)轉(zhuǎn)子上的超導(dǎo)磁極外表的雙層薄膜。
8. 如權(quán)利要求5-7之一所述超導(dǎo)電機(jī)的制造方法，其特征在于，所述超聲 去應(yīng)力法，是用20千赫茲以上的高頻能量直接沖擊焊件焊縫的表面。
全文摘要
一種超導(dǎo)電機(jī)及其制造方法，該超導(dǎo)電機(jī)包括超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、定子、驅(qū)動(dòng)端端蓋、非驅(qū)動(dòng)端端蓋、液氖容器，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子由內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子疊套密閉焊接而成，內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子構(gòu)成兩個(gè)疊套的密閉容器；內(nèi)轉(zhuǎn)子由薄壁細(xì)長(zhǎng)管、非驅(qū)動(dòng)端端軸、非驅(qū)動(dòng)端力矩管、連接管、超導(dǎo)磁極、裝有液氖的液氖容器、驅(qū)動(dòng)端力矩管、軸向冷縮補(bǔ)償裝置、驅(qū)動(dòng)端端軸構(gòu)成；薄壁細(xì)長(zhǎng)管置于非驅(qū)動(dòng)端端軸中心孔和非驅(qū)動(dòng)端力矩管內(nèi)，并通過(guò)連接管與液氖容器連通；超導(dǎo)磁極置于液氖容器外周；液氖容器底端通過(guò)驅(qū)動(dòng)端力矩管和軸向冷縮補(bǔ)償裝置與驅(qū)動(dòng)端端軸相接。本發(fā)明還包括該超導(dǎo)電機(jī)制造方法。本發(fā)明之超導(dǎo)電機(jī)功率因數(shù)可達(dá)1，體積小。
文檔編號(hào)H02K55/00GK101355291SQ20081014325
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者曾文鄂, 菁 王, 王志宏, 雄 雷 申請(qǐng)人:湘潭電機(jī)股份有限公司