[发明专利]一种横向磁通高速超导电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导电机，尤其涉及一种横向磁通高速超导电机系统。

背景技术

随着超导技术的迅速发展，超导线材由于其无电阻、无损特性，国内外开发很多类型的超导电机用于船舶电力推进、风力发电等领域。此种类型的超导电机有使用镍钛合金的低温超导电机系统，也有使用Bi2223或者YBCO带材的高温超导电机。这种超导电机将超导体的超导电性运用到电机的转子中，使得超导线圈在低温环境中(例如4.2K或者77K)中产生高磁场密度，利用这种比传统电机磁场密度高2～3倍的磁场密度有效地减小电机的体积和质量，相关的研究证明，通过这种方式可以将同等功率的电机质量减小为原来的1/3左右。目前这种高温/低温超导电机已经成功研发并已应用到船舶推进和风力发电领域，并得到了广泛地应用。

但是这些超导电机的应用领域通常要求的转速不高，最高转速为1500转/分。其原因是目前的高温超导带材(Bi2223或者YBCO带材)或者低温超导带材(例如镍钛合金)的电载流特性都难以运行在高频电流的环境下，超导线材在高频条件下，载流能力下降且交流损耗严重，难以发挥超导电性的优势。此外，超导线圈在高频磁场条件下，超导体的临界电流也下降很多，因此，在超导线圈应用在超导电机中通常都运行在低速、低频条件下。

此外，一般的高温超导电机的体积较大，主要原因为现阶段高温超导线材的机械弯曲特性交叉，最小弯曲半径为25-30mm，弯曲半径一旦大于此限定值，超导线材容易出现不可回复性故障。因此，目前的高温超导电机都将超导线材绕制成尺寸较大的超导线圈，限制了超导电机的总体体积。

提高电机的功率密度也可以从提高转速上来实现，当电机运行在高速条件下时，高速电机的功率密度远远超过了超导电机的功率密度。且超导电机低速运行特性也严重限制了超导电机的应用和发展。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种横向磁通高速超导电机。

本发明提供的技术方案为：

一种横向磁通高速超导电机系统，所述电机由m个相同的电机模块组成，其中m大于等于3；所述电机模块包括定子和转子；

其中，定子包括定子异形导磁体、定子外部导磁环和超导线圈；

所述定子异形导磁体有两组，分别为第一定子异形导磁体和第二定子异形导磁体；每个定子异形导磁体包括一外接环和数量为n且n大于等于1的长方瓦片形磁导板，所述长方瓦片形磁导板与外接环连接并形成等间距的齿状结构；第一定子异形导磁体和第二定子异形导磁体的长方瓦片形磁导板相互不接触地插入齿状结构的间隙，形成一圆柱形导磁结构；定子外部导磁环为圆柱形结构，定子外部导磁环位于所述圆柱形导磁结构的外表面并与所述外接环结合，所述定子外部导磁环和圆柱形导磁结构之间形成一可封闭的空腔；

所述超导线圈绕圆柱形导磁结构的径向缠绕，所述超导线圈位于定子外部导磁环和圆柱形导磁结构之间的空腔中；

转子包括瓦片形永磁体和转轴；两个不同极性的永磁体为一组，N/S极交错排列地贴于转轴上；所述N/S极的极数p等于n；

电机模块之间的定子沿同一圆周方向依次相差360/m电角度而不同电机模块间的转子同极性的永磁体排列的空间位置相同，或者电机模块之间的转子沿同一圆周方向依次相差360/m电角度而不同电机模块间定子异形导磁体排列的空间位置相同；

优选的是，当电机模块之间的定子沿同一圆周方向依次相差360/m电角度而不同电机模块间的转子同极性的永磁体排列的空间位置相同时，不同电机模块间的转子为一体结构。

优选的是，当电机模块之间的转子沿同一圆周方向依次相差360/m电角度而不同电机模块间的定子异形导磁体排列的空间位置相同时，不同电机模块间的转子为分段式结构。

优选的是，所述定子外部导磁环和圆柱形导磁结构之间形成的空腔充满液氮冷却液。

本发明的有益效果：本发明的横向磁通超导电机摆脱了传统超导电机的跑道型结构，本发明的定子采用环形超导绕组，利用环形超导线圈提供磁场，通过定子异形导磁体改变定子磁通方向，从而使定子磁通与转子磁通相耦合；超导线圈通过间歇性的直流电流，可以有效地利用超导线圈的失超恢复特性，提高超导线圈的电流承载能力。本发明的模块化、微型化、高速化的横向磁通超导电机可以应用于对电机功率密度要求严格的航空航天等领域中，本发明通过高速和超导两方面的特点，提高电机的功率密度。

附图说明

图1为本发明的横向磁通高速超导电机系统的轴向剖面示意图；