[发明专利]一种双定子场调制超导电机中电枢反应的屏蔽方法

说明书

本发明公开一种双定子场调制超导电机中电枢反应的屏蔽方法，采用双定子结构，内定子、转子和外定子同轴心排列。外定子安放铜线电枢绕组，内定子上安放由超导线材绕制的超导磁体，其主要由超导线圈和低温恒温器组成。在超导磁体的外侧布置导磁环，合理设计外定子齿数、转子的凸极数和导磁环，使电枢反应磁场尽可能多的通过外定子、转子凸极和导磁环闭合，使其尽量远离超导线圈。同时在导磁环上布置鼠笼式阻尼屏蔽层，以抑制电枢反应的基波及低次谐波，在低温恒温器内侧布置铜屏蔽层，将超导线圈包围，以抑制电枢反应的高次谐波。本发明可以有效地减小超导绕组中的交流损耗，避免超导绕组因交流损耗过大而引发的失超。

技术领域

本发明涉及超导技术应用领域，尤其涉及一种双定子场调制超导电机中电枢反应的屏蔽方法。

背景技术

为了解决目前超导电机面临的冷却液动态密封复杂、电刷滑环可靠性低、力矩管设计困难等问题，一类基于磁场调制原理的超导电机受到了越来越多的关注，比如超导开关磁链电机、超导游标电机、超导磁齿轮电机、双定子超导场调制电机、双转子超导游标电机等。但不难发现，这类场调制超导电机在结构上存在相似性，即：电枢绕组与励磁绕组（两者均可由超导线材绕制，也可其中之一由超导线材绕制）都位于定子上（可位于同一个定子上，也可位于空间上相对独立的两个定子上），通过凸极齿的调制作用实现间接耦合。由于电枢绕组和励磁绕组都是静止的，因此可同时实现冷却液的静态密封和电流传输的无刷化。

但是磁场调制类超导电机却面临着一个共同的问题，即电枢反应磁场会降低超导绕组的载流能力、增大超导绕组的交流损耗。在传统的旋转磁场式超导励磁同步电机中，电枢反应磁场与超导绕组在时空上同步旋转，电枢反应的基波磁场相对于超导绕组是静止的，即电枢反应的基波磁场相对于超导绕组是一个外部的恒定磁场，故电枢反应的基波磁场不会在直流超导励磁绕组中引发交流损耗。但是磁场调制类超导励磁同步电机中，电枢绕组和超导励磁绕组都是静止的，电枢绕组通入交流电后产生的电枢反应磁场相对于静止的超导绕组而言是运动的。也就是说，电枢反应包含的基波和谐波磁场相对于超导绕组都是外部的交变磁场，会在超导励磁绕组中引发交流损耗。此外，电枢反应磁场还会在超导励磁绕组中引发周期性变化的感应电势，进而出现周期性的感应电流。超导励磁绕组中的直流电叠加感应电流，会造成励磁电流的波动。总之，磁场调制类超导电机中的电枢反应磁场相对于超导绕组是外部交变的磁场，既会引发超导绕组的交流损耗，还会造成超导绕组中的电流波动。如果不采取措施有效地屏蔽电枢反应磁场对超导绕组的影响，将会影响超导绕组的安全运行。

发明内容

本发明提出了一种双定子场调制超导电机中电枢反应的屏蔽方法，

首先，采用双定子结构将超导励磁绕组和电枢绕组在空间上隔离，以减弱电枢反应磁场与超导线圈的直接耦合；

然后，在超导励磁绕组外侧布置导磁环，合理设计外定子齿数、转子导磁块个数和导磁环，使尽可能多的电枢反应磁场通过外定子、转子导磁块和导磁环闭合，而使其不穿过或者不直接作用于超导线圈；

最后，利用法拉第电磁感应定律和楞次定律的原理，在导磁环上安装鼠笼式阻尼屏蔽层，以抑制电枢反应基波及低次谐波在超导线圈周围引发的交变磁场。在超导线圈外侧安装高导电率的铜或铝质金属屏蔽层，利用电枢反应高次谐波在金属屏蔽层上引发的涡流来抵消超导线圈周围的高次谐波；

其中所述双定子电机结构包括从外到内依次同心轴排列的外定子、转子、和内定子；所述外定子包括外定子轭、外定子齿、和嵌入外定子齿槽内的铜电枢绕组；

所述内定子包括内定子轭、内定子齿、和嵌套在内定子齿上的超导磁体；所述超导磁体主要由超导线圈、低温恒温器和包围超导线圈的铜屏蔽层组成；所述超导磁体的外侧安装导磁环；所述导磁环由极靴状导磁块和导磁桥组成，导磁桥将极靴状导磁块连接起来形成一个整体；