超導(dǎo)同步電的制造方法
【專利摘要】一種超導(dǎo)同步電機(jī)，其超導(dǎo)線圈固定于圓柱形的密封的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔罩有密封的外罩，外罩上設(shè)有真空嘴，外罩通過軸承固定于定子外殼上；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩的一端均與旋轉(zhuǎn)接頭相連，旋轉(zhuǎn)接頭的另一端同時(shí)與制冷劑的輸入管和制冷劑的輸出管相連；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的另一端與外罩的另一端固定聯(lián)接；超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端與銅片的內(nèi)端相連，銅片穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩的外端通過電源線與電源的相接；超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端還與一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)相連，其具體連接結(jié)構(gòu)是：超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)線與超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端相連，超導(dǎo)線的一段與加熱器緊貼，加熱器的電源線穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩與加熱器電源相連。該種超導(dǎo)同步電機(jī)的可靠性高、效率高、使用壽命長(zhǎng)。
【專利說明】超導(dǎo)同步電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超導(dǎo)同步電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]同步電機(jī)是一種機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換的裝置。組成電機(jī)的兩個(gè)主要部件分別是:能在周圍空間產(chǎn)生特定磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子及由線圈組成的定子。當(dāng)機(jī)械能帶動(dòng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子自身的磁場(chǎng)也一起轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)變化的磁場(chǎng)會(huì)令定子線圈感生電流，即為同步發(fā)電機(jī)。向定子線圈通入交流電，在轉(zhuǎn)子周圍空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子自身的磁場(chǎng)隨交變磁場(chǎng)同步運(yùn)動(dòng)，即為同步電動(dòng)機(jī)。
[0003]同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子周圍產(chǎn)生隨轉(zhuǎn)子同步運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的場(chǎng)源，也就是通常所指的勵(lì)磁繞組或勵(lì)磁系統(tǒng)，可分為以下三種:第一種是由固定在轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，但這種方式不適合高磁場(chǎng)密度的情況，只適用于小型發(fā)電機(jī)；第二種是直接將直流電通過電刷、滑環(huán)傳輸給轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)；第三種是將交流電通過旋轉(zhuǎn)整流模塊向轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁線圈輸送直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)。第三種勵(lì)磁方式就是通常應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)中的無刷勵(lì)磁。
[0004]超導(dǎo)同步電機(jī)的勵(lì)磁線圈由超導(dǎo)線繞制而成。因超導(dǎo)線材固有的高電流密度特性，能產(chǎn)生非常大的磁場(chǎng)密度。因此，超導(dǎo)同步電機(jī)比傳統(tǒng)的電機(jī)具有更高的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度。例如，在發(fā)電功率相同的情況下，若超導(dǎo)轉(zhuǎn)子采用無刷勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)包括其制冷系統(tǒng)的尺寸都會(huì)減小一半。但是其勵(lì)磁電流仍需通過電刷/滑環(huán)或旋轉(zhuǎn)整流模塊引入，存在旋轉(zhuǎn)接觸環(huán)節(jié)，可靠性和使用壽命有待提高。對(duì)于超導(dǎo)同步直線電機(jī)，由于其轉(zhuǎn)子需要長(zhǎng)距離移動(dòng)，轉(zhuǎn)子附帶的電源增加了電機(jī)的負(fù)荷，減低了電機(jī)的效率。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的就是提供一種采用超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)同步電機(jī)，該種超導(dǎo)同步電機(jī)的可罪性聞、效率聞、使用壽命長(zhǎng)。
[0006]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種超導(dǎo)同步電機(jī)，包括定子及定子上的線圈、轉(zhuǎn)子內(nèi)勵(lì)磁的超導(dǎo)線圈，其特征在于:
[0007]所述的超導(dǎo)線圈固定于圓柱形的密封的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔罩有密封的外罩，外罩上設(shè)有真空嘴，外罩通過軸承固定于定子外殼上；
[0008]轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩的一端均與旋轉(zhuǎn)接頭相連，旋轉(zhuǎn)接頭的另一端同時(shí)與制冷劑的輸入管和制冷劑的輸出管相連；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的另一端與外罩的另一端固定聯(lián)接；
[0009]超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端與銅片的內(nèi)端相連，銅片穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩的外端通過電源線與電源相接；
[0010]超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端還與一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)相連，其具體連接結(jié)構(gòu)是:超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)線與超導(dǎo)線圈的兩個(gè)引出端相連，超導(dǎo)線的一段與加熱器緊貼，加熱器的電源線穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔及外罩與加熱器電源相連。
[0011]本實(shí)用新型的工作過程和原理是:[0012]首先通過旋轉(zhuǎn)接頭向轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中注入制冷劑，使轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中的超導(dǎo)線圈、超導(dǎo)線均處于低溫超導(dǎo)態(tài)。通過真空嘴將轉(zhuǎn)子內(nèi)腔與外罩之間的夾層抽成真空。通過加熱器的電源線接通加熱器電源，加熱器發(fā)熱，緊貼加熱器的超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線段溫度升高至其臨界溫度之上時(shí)，該段超導(dǎo)線呈阻性。
[0013]隨后接通電源，該電源通過電源線、銅片同時(shí)與超導(dǎo)線圈支路、超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線連通。由于此時(shí)超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線呈阻性，而超導(dǎo)線圈支路處于超導(dǎo)態(tài)，因此，電流只在電源、電源線、銅片和超導(dǎo)線圈形成的閉合回路中流通，至超導(dǎo)線圈的電流達(dá)到飽和。這一過程可視為電源向超導(dǎo)線圈“充電”。
[0014]“充電”完成(超導(dǎo)線圈的電流達(dá)到飽和)后，關(guān)閉加熱器電源，隨后緊貼加熱器的超導(dǎo)線段恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)，此時(shí)，超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線的電阻遠(yuǎn)小于電源與超導(dǎo)線圈之間連接的銅片、常規(guī)(非超導(dǎo))的電源線的電阻，“充入”超導(dǎo)線圈中的電流則轉(zhuǎn)為在超導(dǎo)線圈和超導(dǎo)線形成的超導(dǎo)閉合回路中流通，而不再與電源線、電源流通。由于該超導(dǎo)閉合回路的電阻幾乎為零，此時(shí)斷開電源，超導(dǎo)閉合回路中的電流仍將存在，并在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)流通。從而超導(dǎo)線圈的勵(lì)磁磁場(chǎng)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在；實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的無刷、也無旋轉(zhuǎn)整流模塊的勵(lì)磁。在此期間給同步電機(jī)定子線圈通電，同步電機(jī)即作為電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出機(jī)械能。若用機(jī)械能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同步電機(jī)即作為發(fā)電機(jī)對(duì)外輸出電能。
[0015]當(dāng)超導(dǎo)線圈中的電流衰減到臨界值后，可重復(fù)進(jìn)行以上操作，同步電機(jī)即可重新進(jìn)入可工作狀態(tài)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]一、巧妙的通過加熱器與超導(dǎo)線構(gòu)成的超導(dǎo)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超導(dǎo)線圈的“充電”?！俺淙搿背瑢?dǎo)線圈的電流在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在，從而實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的無刷、無旋轉(zhuǎn)整流模塊勵(lì)磁。在勵(lì)磁電流(“充入”超導(dǎo)線圈的電流)存在的整個(gè)過程中，無旋轉(zhuǎn)接觸環(huán)節(jié)，可靠性高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低和使用壽命長(zhǎng)。
[0018]二、對(duì)于超導(dǎo)同步直線電機(jī)，由于“充電”后的超導(dǎo)線圈無需再與外部電源相連，其勵(lì)磁電流持續(xù)存在。因此，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)可卸下電源，電源不再隨轉(zhuǎn)子長(zhǎng)距離移動(dòng)，減小了電機(jī)負(fù)荷，提聞了電機(jī)效率。
[0019]三、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外罩之間形成的真空夾層，進(jìn)一步減小了轉(zhuǎn)子內(nèi)腔與外界的漏熱，提高了轉(zhuǎn)子的保溫性能，延長(zhǎng)了超導(dǎo)線圈的電流衰減時(shí)間和重新注入制冷劑的時(shí)間，進(jìn)一步提聞了電機(jī)的效率。
[0020]上述的超導(dǎo)線圈為四個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，四個(gè)超導(dǎo)線圈的長(zhǎng)度方向與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔的軸線平行，四個(gè)超導(dǎo)線圈均勻分布于轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中。
[0021 ] 這樣產(chǎn)生的勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度大，且均勻的分布在轉(zhuǎn)子周圍，使得電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。
[0022]上述的每個(gè)超導(dǎo)線圈的中心設(shè)有鐵磁體。
[0023]這樣，可以增強(qiáng)其磁場(chǎng)密度，使勵(lì)磁電流持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是圖1的A-A剖視圖。[0027]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中轉(zhuǎn)子部分的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例
[0029]圖1-3示出，本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式是:一種超導(dǎo)同步電機(jī)，包括定子12及定子12上的線圈13、轉(zhuǎn)子內(nèi)勵(lì)磁的超導(dǎo)線圈6。其超導(dǎo)線圈6固定于圓柱形的密封的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5中，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5罩有密封的外罩1，外罩I上設(shè)有真空嘴7，外罩I通過軸承11固定于定子外殼12上；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5及外罩I的一端均與旋轉(zhuǎn)接頭2相連，旋轉(zhuǎn)接頭的另一端同時(shí)與制冷劑的輸入管3和制冷劑的輸出管4相連；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5的另一端與外罩I的另一端固定聯(lián)接；超導(dǎo)線圈6的兩個(gè)引出端a、b與銅片8的內(nèi)端相連，銅片8穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5及外罩的外端通過電源線14a與電源14相接;超導(dǎo)線圈6的兩個(gè)引出端a、b還與一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)相連，其具體連接結(jié)構(gòu)是:超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)線9a與超導(dǎo)線圈6的兩個(gè)引出端a、b相連，超導(dǎo)線9a的一段與加熱器9緊貼，加熱器的電源線10穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5及外罩I與加熱器電源15相連。
[0030]本例的超導(dǎo)線圈6為四個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，四個(gè)超導(dǎo)線圈的長(zhǎng)度方向與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5的軸線平行，四個(gè)超導(dǎo)線圈6均勻分布于轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5中。
[0031 ] 本例的超導(dǎo)線圈6的中心設(shè)有鐵磁體。
[0032]本例的超導(dǎo)線圈6為四個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，四個(gè)超導(dǎo)線圈6的長(zhǎng)度方向與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5的軸線平行，四個(gè)超導(dǎo)線圈6均勻分布于轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5中。
[0033]本例的超導(dǎo)線圈6的中心設(shè)有鐵磁體。
[0034]本例的工作過程和原理是:
[0035]首先通過旋轉(zhuǎn)接頭2向轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5中注入制冷劑，使轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5中的超導(dǎo)線圈6處于低溫超導(dǎo)態(tài)。通過真空嘴7將轉(zhuǎn)子內(nèi)腔5與外罩I之間的夾層抽成真空。通過加熱器9的電源線10接通加熱器電源15，加熱器9發(fā)熱，緊貼加熱器9的超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線9a的一段溫度升高至其臨界溫度之上時(shí)，該段超導(dǎo)線9a呈阻性。
[0036]隨后接通電源14，該電源14通過電源線14a、銅片8同時(shí)與超導(dǎo)線圈6支路、超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線9a連通。由于此時(shí)超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線9a呈阻性，而超導(dǎo)線圈6的支路處于超導(dǎo)態(tài)，因此，電流只在電源14、電源線14a、銅片8和超導(dǎo)線圈6形成的閉合回路中流通，至超導(dǎo)線圈6的電流達(dá)到飽和；這一過程可視為電源向超導(dǎo)線圈“充電”。
[0037]“充電”完成(超導(dǎo)線圈6的電流達(dá)到飽和)后，關(guān)閉加熱器電源15，隨后緊貼加熱器9的超導(dǎo)線9a恢復(fù)超導(dǎo)態(tài)，此時(shí)，超導(dǎo)開關(guān)中的超導(dǎo)線9a的電阻遠(yuǎn)小于電源14與超導(dǎo)線圈6之間連接的銅片8、常規(guī)(非超導(dǎo))電源線14a的電阻，“充入”超導(dǎo)線圈6中的電流則轉(zhuǎn)為在超導(dǎo)線圈6和超導(dǎo)線9a形成的超導(dǎo)閉合回路中流通，而不再與電源線14a、電源14流通。由于該超導(dǎo)閉合回路的電阻幾乎為零，此時(shí)斷開電源14，超導(dǎo)閉合回路中的電流仍將存在，并在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)流通。從而超導(dǎo)線圈6的勵(lì)磁磁場(chǎng)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在；實(shí)現(xiàn)了同步電機(jī)的無刷、也無旋轉(zhuǎn)整流模塊的勵(lì)磁。在此期間給同步電機(jī)定子線圈通電，同步電機(jī)即作為電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出機(jī)械能。若用機(jī)械能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同步電機(jī)即作為發(fā)電機(jī)對(duì)外輸出電能。
[0038]當(dāng)超導(dǎo)線圈6中的電流衰減到臨界值后，可重復(fù)進(jìn)行以上操作，同步電機(jī)即可重新進(jìn)入可工作狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)同步電機(jī)，包括定子(12)及定子(12)上的線圈(13)、轉(zhuǎn)子內(nèi)勵(lì)磁的超導(dǎo)線圈(6)，其特征在于: 所述的超導(dǎo)線圈(6)固定于圓柱形的密封的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)中，轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)罩有密封的外罩(1)，外罩⑴上設(shè)有真空嘴(7)，外罩⑴通過軸承(11)固定于定子外殼(12)上； 轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)及外罩(I)的一端均與旋轉(zhuǎn)接頭(2)相連，旋轉(zhuǎn)接頭的另一端同時(shí)與制冷劑的輸入管(3)和制冷劑的輸出管(4)相連；轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)的另一端與外罩(I)的另一端固定聯(lián)接； 超導(dǎo)線圈(6)的兩個(gè)引出端(a、b)與銅片(8)的內(nèi)端相連，銅片(8)穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)及外罩的外端通過電源線(14a)與電源(14)相接； 超導(dǎo)線圈(6)的兩個(gè)引出端(a、b)還與一個(gè)超導(dǎo)開關(guān)相連，其具體連接結(jié)構(gòu)是:超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)線(9a)與超導(dǎo)線圈(6)的兩個(gè)引出端(a、b)相連，超導(dǎo)線(9a)的一段與加熱器(9)緊貼，加熱器的電源線(10)穿出轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)及外罩⑴與加熱器電源(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)同步電機(jī)，其特征在于:所述的超導(dǎo)線圈(6)為四個(gè)串聯(lián)的超導(dǎo)線圈構(gòu)成，四個(gè)超導(dǎo)線圈的長(zhǎng)度方向與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)的軸線平行，四個(gè)超導(dǎo)線圈(6)均勻分布于轉(zhuǎn)子內(nèi)腔(5)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)同步電機(jī)，其特征在于:所述的超導(dǎo)線圈(6)的中心設(shè)有鐵磁體。
【文檔編號(hào)】H02K55/02GK203691206SQ201320813278
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】晏飛翔, 林群煦, 李靖, 陳鑫, 荊海蓮, 許媛媛, 鄭珺, 王素玉, 王家素, 張衛(wèi)華 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)