專利名稱：一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在調(diào)速領(lǐng)域及發(fā)電領(lǐng)域，電機(jī)的容量越來(lái)越大，體積與重量亦隨之增大。尤其在大功率直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，傳統(tǒng)的直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)及直驅(qū)電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，其重量與體積越來(lái)越成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量往大發(fā)展的制約因素。采用直驅(qū)超導(dǎo)同步·發(fā)電機(jī)后，發(fā)電機(jī)的體積和重量大大降低；同時(shí)，由于超導(dǎo)發(fā)電機(jī)損耗小，效率高，大大提高了風(fēng)機(jī)機(jī)組整機(jī)的效率。使得直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的體積與重量大大降低，既簡(jiǎn)化了機(jī)組結(jié)構(gòu)，降低了運(yùn)輸成本，又提高了整機(jī)效率及整機(jī)可靠性。目前，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的研發(fā)尚處于不斷完善階段，其中，如何進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)矩密度就是當(dāng)前超導(dǎo)直發(fā)電機(jī)的重要改進(jìn)方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子，使其可有效冷卻到臨界溫度或以下以實(shí)現(xiàn)和維持超導(dǎo)性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，包括轉(zhuǎn)子支撐、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈和壓緊裝置，外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的外側(cè)，內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的內(nèi)側(cè)，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈或內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈之間用壓緊裝置固定。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，本方案還可通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn):所述的轉(zhuǎn)子支撐設(shè)有若干凸出結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈裝于所述的凸出結(jié)構(gòu)上。所述的壓緊裝置包括超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿及超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母。所述的轉(zhuǎn)子支撐、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿及超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母由耐低溫的材料制成。所述的外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈及內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈由高溫超導(dǎo)線材或低溫超導(dǎo)線材繞制。此外，本發(fā)明還提供了一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，使其更好的實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)勵(lì)磁，提高了超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的效率，以減小發(fā)電機(jī)的體積和重量。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，包括上述的轉(zhuǎn)子，以及位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的外定子和內(nèi)定子，其中:在外定子與轉(zhuǎn)子之間及內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間均設(shè)有隔熱套筒、低溫容器I及低溫容器II。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的轉(zhuǎn)子支撐前端設(shè)有前端板，后端設(shè)有后端板；內(nèi)外隔熱套筒通過(guò)安裝止口分別與對(duì)應(yīng)的前端板、后端板形成第一制冷真空空間；低溫容器通過(guò)安裝止口分別與對(duì)應(yīng)的前端板、后端板形成第二制冷真空空間及冷卻液流動(dòng)空間。
所述的外定子與內(nèi)定子的線圈均由圓銅線或扁銅線繞制而成。所述的內(nèi)、外定子采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式或分布式繞組形式。所述的分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式的定子包括定子鐵芯、定子線圈、壓緊裝置及槽楔，定子線圈裝于定子鐵芯上，同一定子槽內(nèi)的定子線圈用壓緊裝置固定，定子鐵芯靠近氣隙的槽口上有槽楔。所述的分布式繞組形式的定子包括定子鐵芯、定子線圈、槽底墊條、槽絕緣、層間墊條、槽楔及楔下墊條；定子線圈固定與定子鐵芯上，定子鐵芯槽底設(shè)置槽底墊條，槽內(nèi)設(shè)置槽絕緣，定子線圈有上下兩層，在上下層定子線圈之間設(shè)置有層間墊條，在下層定子線圈與定子槽楔之間設(shè)置有楔下墊條。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):1、保證轉(zhuǎn)子有效冷卻到臨界溫度或以下以實(shí)現(xiàn)和維持超導(dǎo)性。2、整個(gè)勵(lì)磁線圈及支撐結(jié)構(gòu)處于低溫環(huán)境下；鋁、鉻鎳鐵合金或鈦合金或玻璃鋼材料支撐的轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子線圈壓緊裝置具有耐低溫性。3、用作電機(jī)中轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組的超導(dǎo)線圈在冷卻和正常運(yùn)行過(guò)程中受到應(yīng)力與應(yīng)變的作用，以及瞬間短路故障的沖擊，轉(zhuǎn)子線圈支撐結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)子線圈壓裝裝置，可靠地保護(hù)了轉(zhuǎn)子超導(dǎo)線圈不會(huì)裂開、疲勞或斷裂。4、定子線圈采用定子線圈壓緊裝置，保證了定子的高強(qiáng)度性。5、定子采用雙氣隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小了超導(dǎo)電機(jī)的體積與重量。6、雙氣隙超導(dǎo)同步發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步提高了超導(dǎo)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度，減小了超導(dǎo)同步電機(jī)的重量與體積，降低了風(fēng)電機(jī)組整機(jī)的運(yùn)輸成本，提高了直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的效率及
可靠性。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子及其定子剖面圖，其中定子繞組采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式。圖2是本發(fā)明一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子及其定子剖面圖，其中定子繞組采用分布繞組形式。圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖4是圖3中V處的局部放大圖。圖5是圖3中VI處的局部放大圖。圖6是圖1中I處的局部放大圖。圖7是圖1中II處的局部放大圖。圖8是圖2中III處的局部放大圖。圖9是圖2中IV處的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種超導(dǎo)電機(jī)的轉(zhuǎn)子及其定子結(jié)構(gòu)。其中，定子為雙定子結(jié)構(gòu)，包括外定子及內(nèi)定子，外定子與轉(zhuǎn)子形成第一氣隙，轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子形成第二氣隙。請(qǐng)參閱圖1-3所示，轉(zhuǎn)子支撐6內(nèi)外兩側(cè)各設(shè)有若干凸出結(jié)構(gòu)，各凸出結(jié)構(gòu)上套裝有外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈7或內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈14。相鄰?fù)獬瑢?dǎo)勵(lì)磁線圈7之間用若干組壓緊裝置固定，壓緊裝置主要由外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板8、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿9、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母10組成，固定時(shí)需保證超導(dǎo)勵(lì)磁線圈沿切向固定。外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板8沿轉(zhuǎn)子支撐軸向方向可以是整長(zhǎng)的，也可以是分段的。相鄰內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈14之間用若干組壓緊裝置固定，壓緊裝置主要由內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板15、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿16、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母17組成，固定時(shí)需保證超導(dǎo)勵(lì)磁線圈沿切向固定。內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板15沿轉(zhuǎn)子支撐軸向方向可以是整長(zhǎng)的，也可以是分段的。在外定子、轉(zhuǎn)子間形成的第一氣隙內(nèi)，設(shè)置有外隔熱套筒11、外低溫容器I 12、外低溫容器II 13 ;在轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子間形成的第二氣隙內(nèi)，設(shè)置有內(nèi)隔熱套筒20、內(nèi)低溫容器I 19、內(nèi)低溫容器II 18。在轉(zhuǎn)子支撐6的前端設(shè)置有前端板I 28、前端板II 29、前端板III 30，在轉(zhuǎn)子支撐的后端設(shè)置有后端板I 34、后端板II 35、后端板III 36。轉(zhuǎn)子的三個(gè)前端板及三個(gè)后端板均設(shè)置有安裝止口。轉(zhuǎn)子的前端設(shè)置有真空泵26及制冷裝置27。外隔熱套筒11、內(nèi)隔熱套筒20分別通過(guò)安裝止口與前端板I 28、后端板III 36固定在一起，形成第一制冷真空空間31。外低溫容器I 12、內(nèi)低溫容器19分別通過(guò)安裝止口與前端板II 29、后端板II 35固定在一起，形成第二制冷真空空間32。外低溫容器II 13、內(nèi)低溫容器II 18分別通過(guò)安裝止口與前端板III30、后端板I 34固定在一起，形成冷卻液流動(dòng)空間33。參照?qǐng)D4、圖5所示，外隔熱套筒11、內(nèi)隔熱套筒20與前端板I 28、后端板III36的連接止口處設(shè)置有真空密封墊38;外低溫容器I 12、內(nèi)低溫容器I 19與前端板1129、后端板II 35的連接止口處設(shè)置有真空密封墊38 ;外低溫容器II 13、內(nèi)低溫容器II 18與前端板III 30、后端板I 34的連接止口處設(shè)置有真空密封墊38。第一制冷真空空間31與第二制冷真空空間32分別通過(guò)真空管道及閥門37與真空泵26聯(lián)接在一起。冷卻液的流動(dòng)空間33通過(guò)管道與制冷裝置27聯(lián)接在一起。本發(fā)明中所采用的內(nèi)、外定子可用分?jǐn)?shù)槽集中繞組或分布式繞組形式。實(shí)施例一參照?qǐng)D1、圖6-7所示，內(nèi)、外定子繞組采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式。外定子線圈2套裝于外定子鐵芯凸出的定子齒上，同一定子槽內(nèi)的外定子線圈用若干組外定子線圈壓板3、外定子線圈壓緊螺桿4及外定子線圈壓緊螺母5組成的壓緊裝置切向固定；外定子線圈壓板3沿外定子軸向方向可以是整長(zhǎng)的，也可以是分段的。外定子鐵芯I靠近氣隙的槽口打上槽楔43。由內(nèi)定子線圈22聯(lián)接組成的內(nèi)定子繞組也采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式，內(nèi)定子線圈22套裝于內(nèi)定子鐵芯凸出的定子齒上，同一定子槽內(nèi)的內(nèi)定子線圈用若干組內(nèi)定子線圈壓板23、內(nèi)定子線圈壓緊螺桿24、內(nèi)定子線圈壓緊螺母25組成的壓緊裝置切向固定；內(nèi)定子線圈壓板23沿內(nèi)定子軸向方向可以是整長(zhǎng)的，也可以是分段的。內(nèi)定子鐵芯21靠近氣隙的槽口打上槽楔44。實(shí)施例二請(qǐng)參閱圖2、圖8-9所示，內(nèi)、外定子繞組采用分布式繞組形式。外定子線圈2采用傳統(tǒng)的絕緣結(jié)構(gòu)及固定結(jié)構(gòu)，在外定子鐵芯槽底設(shè)置槽底墊條39，在外定子鐵芯槽內(nèi)設(shè)置槽絕緣40，外定子線圈2有上下兩層，在上下層外定子線圈2之間設(shè)置有層間墊條41，在下層外定子線圈與外定子槽楔43之間設(shè)置有楔下墊條42。內(nèi)定子線圈22采用傳統(tǒng)的絕緣結(jié)構(gòu)及固定結(jié)構(gòu)，在內(nèi)定子鐵芯槽底設(shè)置槽底墊條48，在內(nèi)定子鐵芯槽內(nèi)設(shè)置槽絕緣47，內(nèi)定子線圈22有上下兩層，在上、下層內(nèi)定子線圈之間設(shè)置有層間墊條46，在下層外定子線圈與外定子槽楔44之間設(shè)置有楔下墊條45。所述的外定子、內(nèi)定子處于常溫工作環(huán)境下，轉(zhuǎn)子支撐6、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈7、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈14及內(nèi)外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈之間的壓裝裝置處于低溫工作環(huán)境下。第一制冷真空空間31、第二制冷真空空間32、冷卻液流動(dòng)空間33具有一定的溫度梯度。轉(zhuǎn)子支撐6由鋁、鉻鎳鐵合金或鈦合金或玻璃鋼等耐低溫的材料制成。外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板8、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿9、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母10是由鋁、鉻鎳鐵合金或鈦合金或玻璃鋼等耐低溫的材料制成。內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板15、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿16、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母17是由鋁、鉻鎳鐵合金或鈦合金或玻璃鋼等耐低溫的材料制成的。外低溫容器II 13、內(nèi)低溫容器II 18、前端板11130、后端板I 34是由鋁、鉻鎳鐵合金或鈦合金或玻璃鋼等耐低溫的材料制成的。外定子鐵芯1、內(nèi)定子鐵芯21由常規(guī)硅鋼片疊壓而成；外定子線圈2、內(nèi)定子線圈22由圓銅線或扁銅線繞制而成；外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈7、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈14由高溫超導(dǎo)線材或低溫超導(dǎo)線材繞制而成。運(yùn)用本發(fā)明所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子及定子結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)可以是定子旋轉(zhuǎn)，也可以是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如上所述，本發(fā)明超導(dǎo)同步電機(jī)由于采用了雙定子結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子采用了可靠的線圈支撐及壓緊方式，進(jìn)一步降低了超導(dǎo)電機(jī)的重量與成本，大大提高了超導(dǎo)電機(jī)在調(diào)速領(lǐng)域特別是直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，可廣泛替代常規(guī)同步電機(jī)，應(yīng)用于調(diào)速領(lǐng)域及發(fā)電領(lǐng)域特別是直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于:包括轉(zhuǎn)子支撐、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈和壓緊裝置，外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的外側(cè)，內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的內(nèi)側(cè)，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈或內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈之間用壓緊裝置固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子支撐設(shè)有若干凸出結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈裝于所述的凸出結(jié)構(gòu)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述的壓緊裝置包括超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿及超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子支撐、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓板、超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺桿及超導(dǎo)勵(lì)磁線圈壓緊螺母由耐低溫的材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，其特征在于:所述的外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈及內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈由高溫超導(dǎo)線材或低溫超導(dǎo)線材繞制而成。
6.一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于包括權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，以及位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的外定子和內(nèi)定子，其中: 在外定子與轉(zhuǎn)子之間及內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間均設(shè)有隔熱套筒、低溫容器I及低溫容器II。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于: 所述的轉(zhuǎn)子支撐前端設(shè)有前端板，后端設(shè)有后端板； 內(nèi)外隔熱套筒通過(guò)安裝止口分別與對(duì)應(yīng)的前端板、后端板形成第一制冷真空空間； 內(nèi)外低溫容器通過(guò)安裝止口分別與對(duì)應(yīng)的前端板、后端板形成第二制冷真空空間及冷卻液流動(dòng)空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的外定子與內(nèi)定子的線圈均由圓銅線或扁銅線繞制而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的內(nèi)、外定子采用分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式或分布式繞組形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于:所述的分?jǐn)?shù)槽集中繞組形式的定子包括定子鐵芯、定子線圈、壓緊裝置及槽楔，定子線圈裝于定子鐵芯上，同一定子槽內(nèi)的定子線圈用壓緊裝置固定，定子鐵芯靠近氣隙的槽口上有槽楔。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其特征在于: 所述的分布式繞組形式的定子包括定子鐵芯、定子線圈、槽底墊條、槽絕緣、層間墊條、槽楔及楔下墊條； 定子線圈固定與定子鐵芯上，定子鐵芯槽底設(shè)置槽底墊條，槽內(nèi)設(shè)置槽絕緣，定子線圈有上下兩層，在上下層定子線圈之間設(shè)置有層間墊條，在下層定子線圈與定子槽楔之間設(shè)置有楔下墊條。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子支撐、外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈、內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈和壓緊裝置，外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的外側(cè)，內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈套裝于轉(zhuǎn)子支撐的內(nèi)側(cè)，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的外超導(dǎo)勵(lì)磁線圈或內(nèi)超導(dǎo)勵(lì)磁線圈之間用壓緊裝置固定。該發(fā)電機(jī)包括上述的轉(zhuǎn)子，以及位于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的外定子和內(nèi)定子，其中在外定子與轉(zhuǎn)子之間及內(nèi)定子與轉(zhuǎn)子之間均設(shè)有隔熱套筒、低溫容器Ⅰ及低溫容器Ⅱ。本方案保證了轉(zhuǎn)子有效冷卻到臨界溫度或以下，以實(shí)現(xiàn)和維持超導(dǎo)性。
文檔編號(hào)H02K55/02GK103166426SQ20131012996
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者肖珊彩, 秦明, 潘磊 申請(qǐng)人:國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司