專(zhuān)利名稱(chēng)：鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，具體涉及的是一種利用高溫超導(dǎo)材料制備 的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
具有高溫超導(dǎo)勵(lì)磁繞組的同步發(fā)電機(jī)是目前制備技術(shù)比較成熟的一類(lèi)超 導(dǎo)發(fā)電機(jī)。該種發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)發(fā)電機(jī)相似，主要由固定的定子和 可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，不同之處在于使用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(一般為
Bi-2223高溫超導(dǎo)材料)取代常規(guī)銅導(dǎo)線來(lái)制作轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組，并且在發(fā) 電機(jī)中還設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的低溫冷卻系統(tǒng)以便使超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。由于高溫超 導(dǎo)導(dǎo)線如Bi-2223高溫超導(dǎo)材料，具有較高的電流密度和栽流能力(其栽流 能力比同等截面積的銅導(dǎo)線高100倍以上)，使得該種高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與相 同體積的常規(guī)發(fā)電糸l4目比，能夠承載更大的電流，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)；在輸出
功率相同的情況下，高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的體積和重量能夠減小到常規(guī)發(fā)電機(jī)的 1/5-1/10。
盡管這種高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與常M電W目比具有顯著的優(yōu)越性，但是仍 存在一些明顯的缺點(diǎn)。比如Bi-2223高溫超導(dǎo)導(dǎo)線在直流條件下運(yùn)行，其電 阻基本為零，幾乎沒(méi)有損耗；但當(dāng)其處于交變磁場(chǎng)中時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的交 流損耗。這一缺點(diǎn)來(lái)源于第一代高溫超導(dǎo)材料本身的性質(zhì)。當(dāng)外磁場(chǎng)平行或 垂直于發(fā)電機(jī)的超導(dǎo)勵(lì)磁繞組上的Bi-2223高溫超導(dǎo)帶材的a-b面時(shí)，所用超 導(dǎo)材料的臨界電流將會(huì)顯著降低，導(dǎo)致磁滯損耗明顯增大。因此，為了避免
3交流損耗，Bi-2223高溫超導(dǎo)導(dǎo)線只被用于同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組，這 樣保證了超導(dǎo)材料在直流條件下的高載流能力，同時(shí)也使該種具有高溫超導(dǎo) 勵(lì)磁繞組的發(fā)電機(jī)只能用作同步發(fā)電機(jī)，這大大限制了高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的應(yīng) 用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的應(yīng)用問(wèn) 題，而提供一種鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在交流異步 發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，包
括
固定的定子和在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的鼠籠式轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子 端環(huán)和位于該轉(zhuǎn)子端環(huán)之間的沉積有YBCO高溫超導(dǎo)涂層的轉(zhuǎn)子銅棒。
進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子銅棒是通過(guò)將多層所述YBCO高溫超導(dǎo)涂層以化學(xué) 氣相沉積方式均勻覆蓋在絕緣銅襯底棒上構(gòu)成的。
進(jìn)一步地，所述多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層為3層。
進(jìn)一步地，在所述轉(zhuǎn)子銅棒兩端處的所述多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層被制 成階梯狀。
進(jìn)一步地，所述絕緣銅襯底棒為空心結(jié)構(gòu)，用于冷媒流動(dòng)。 進(jìn)一步地，所述YBCO高溫超導(dǎo)涂層和絕緣銅襯底棒的外表面包覆Ag 合金包套。
進(jìn)一步地，所述定子采用銅導(dǎo)線作為電樞繞組。 進(jìn)一步地，所述冷媒采用液氮。
因此，本發(fā)明該種結(jié)構(gòu)使得超導(dǎo)發(fā)電機(jī)能夠用于一部分需要交流異步發(fā) 電機(jī)的場(chǎng)合，擴(kuò)大了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的使用范圍。由于高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)具有的普遍特點(diǎn)，比一般的發(fā)電機(jī)具有更小的體積和重量，而且具有更高的效率。


圖1為本發(fā)明鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子示意圖2為本發(fā)明多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層覆蓋的轉(zhuǎn)子銅棒的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 如圖1顯示了具有鼠籠式結(jié)構(gòu)的異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分的示意 圖。該轉(zhuǎn)子的鼠籠式結(jié)構(gòu)主要由位于轉(zhuǎn)子兩端的轉(zhuǎn)子端環(huán)1和若干位于兩轉(zhuǎn) 子端環(huán)1之間的轉(zhuǎn)子銅棒2組成。轉(zhuǎn)子端環(huán)1由導(dǎo)電性能良好的銅材料制成， 每一根轉(zhuǎn)子銅棒2的兩端分別焊接在兩個(gè)轉(zhuǎn)子端環(huán)1的對(duì)應(yīng)位置，整個(gè)轉(zhuǎn)子 形成鼠籠式結(jié)構(gòu)(圖1中沒(méi)有顯示鐵芯部分)。
本發(fā)明提出的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)與常規(guī)的鼠籠式異步發(fā)電機(jī)的 結(jié)構(gòu)近似，主要由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的鼠籠狀轉(zhuǎn)子構(gòu)成。但是，該轉(zhuǎn)子銅 棒2上沉積有YBCO高溫超導(dǎo)涂層。從而，在鼠籠狀轉(zhuǎn)子上使用了 YBCO高 溫超導(dǎo)涂層作為交流勵(lì)磁電流的回路，而在定子上使用常規(guī)的銅導(dǎo)線作為電 樞繞組。由于YBCO高溫超導(dǎo)材料屬于第二代高溫超導(dǎo)體，不同于Bi-2223 高溫超導(dǎo)材料所屬的第一代高溫超導(dǎo)體，其涂層的臨界電流幾乎不受外部交 流磁場(chǎng)的影響，因而可以利用該種高溫超導(dǎo)材料制備負(fù)栽交流勵(lì)磁電流的發(fā) 電機(jī)的鼠籠狀轉(zhuǎn)子部分。由于高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)具有的普遍特點(diǎn)，本發(fā)明提出 的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)比一般的發(fā)電機(jī)具有更小的體積和重量，而且 具有更高的效率。
參見(jiàn)圖2本發(fā)明多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層覆蓋的轉(zhuǎn)子銅棒的示意圖，詳 細(xì)介紹本發(fā)明轉(zhuǎn)子銅棒2。該轉(zhuǎn)子銅棒2是由多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層4， 5，6以化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式均勻覆蓋在絕緣銅襯底棒3的一側(cè)上構(gòu)成 的。在本實(shí)施例中，多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層優(yōu)選為3層，并非用于限制本 發(fā)明YBCO高溫超導(dǎo)涂層的多層設(shè)置。而且，為了滿足與轉(zhuǎn)子端環(huán)1連接的 需要，轉(zhuǎn)子銅棒2上的YBCO涂層在銅棒兩端處被制成階梯狀，即涂層5比 涂層4稍短，涂層6比涂層5稍短。
如圖2所示，絕緣銅襯底棒3為空心結(jié)構(gòu)，這樣作為冷媒的液氮可以由 絕緣銅襯底棒3的一端流入，另一端流出。冷媒的選用并非僅限于液氮。這 樣覆蓋在絕緣銅村底棒3上的多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層4， 5， 6將得到冷卻， 以便在工作時(shí)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。也即該空心結(jié)構(gòu)的絕緣銅襯底棒形成了該鼠籠式 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)中的低溫冷卻系統(tǒng)的用于冷媒通過(guò)的通道，該系統(tǒng)還包括絕熱層 (圖中未示出)。
同時(shí)，如圖2所示在多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層4， 5， 6和絕緣銅村底棒 3的外表面包覆了 Ag合金包套7，以強(qiáng)化復(fù)合結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子銅棒2的強(qiáng)度，當(dāng) 然在此并不限制于Ag合金，也可用其他材料。
本發(fā)明鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)屬于感應(yīng)發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子呈鼠籠狀， 不需要由外界通入勵(lì)磁電流，完全依靠定子上的電樞繞組與鼠籠狀轉(zhuǎn)子的相 互感應(yīng)產(chǎn)生交流勵(lì)磁電流。因此該種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)少等 優(yōu)點(diǎn)，多用于中小型異步發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案和權(quán) 利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于包括固定的定子和在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的鼠籠式轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子端環(huán)和位于該轉(zhuǎn)子端環(huán)之間的沉積有YBCO高溫超導(dǎo)涂層的轉(zhuǎn)子銅棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 轉(zhuǎn)子銅棒是通過(guò)將多層所述YBCO高溫超導(dǎo)涂層以化學(xué)氣相沉積方式均勻覆 蓋在絕緣銅襯底棒上構(gòu)成的轉(zhuǎn)子銅棒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層為3層YBCO高溫超導(dǎo)涂層。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 轉(zhuǎn)子銅棒兩端處的所述多層YBCO高溫超導(dǎo)涂層被制成階梯狀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2-4任一所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在 于所述絕緣銅襯底棒為空心結(jié)構(gòu)，用于冷媒流動(dòng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 YBCO高溫超導(dǎo)涂層和絕緣銅襯底棒的外表面包覆Ag合金包套，以增大整 體強(qiáng)度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 定子采用常規(guī)的銅導(dǎo)線作為電樞繞組。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于所述 冷媒可采用液氮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鼠籠式異步高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，包括固定的定子和在所述定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的鼠籠式轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括兩個(gè)轉(zhuǎn)子端環(huán)和位于該轉(zhuǎn)子端環(huán)之間的沉積有YBCO高溫超導(dǎo)涂層的轉(zhuǎn)子銅棒。本發(fā)明該種結(jié)構(gòu)使得超導(dǎo)發(fā)電機(jī)能夠用于一部分需要交流異步發(fā)電機(jī)的場(chǎng)合，擴(kuò)大了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的使用范圍。由于高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)具有的普遍特點(diǎn)，比一般的發(fā)電機(jī)具有更小的體積和重量，而且具有更高的效率。
文檔編號(hào)H02K17/16GK101540530SQ20091007682
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者凱 涂, 王延軍, 旺 米, 陽(yáng)運(yùn)國(guó) 申請(qǐng)人:北京美爾斯通科技發(fā)展股份有限公司