[发明专利]一种高温超导电机的组合支撑结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种高温超导电机的组合支撑结构，包括M个复合材料块、M‑1个不导磁/弱导磁金属板、粘接胶和N个复合材料杆组成（M≥2，N≥1），其中复合材料块为轴向带有N个孔的等腰梯形块，不导磁/弱导磁金属板为轴向带有N个孔、与复合材料块截面形状尺寸一样的等腰梯形板，复合材料杆贯穿于复合材料块和金属板的N个孔中；还公开了其制作方法，本发明在提高刚度、降低涡流损耗等方面均有较大程度的创新，特别适合在具有气隙电枢的高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、运行成本低等要求的船舶推进用高温超导电动机或高温超导直驱风力发电机中运用。

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种具有气隙电枢的高温超导电机的组合支撑结构，以及其制作方法。

背景技术

对于高温超导电机而言，由于超导线材的强载流能力，由其绕制的高温超导励磁绕组能在电机气隙中产生大约2T的磁场，而该磁场为铁磁材料的磁饱和点。为消除超高气隙磁密在定子铁心齿部产生严重磁饱和与数倍铁心损耗，一般采用无铁心齿槽的气隙电枢结构，即定子线圈由不导磁或弱导磁齿支撑。常见的不导磁或弱导磁材料有玻璃纤维、碳纤维、不锈钢、铜和铝等，其中碳纤维、不锈钢、铜和铝等均为导电材料。从涡流损耗最低的角度来看，玻璃纤维为最适合的选择。

气隙电枢采用玻璃纤维制成的不导磁齿，该结构在消除定子齿槽谐波的同时，具有重量轻、损耗低、振动噪声低等显著的优势。但是，由于玻璃纤维制成的不导磁齿相比硅钢齿具有更低的导热系数，其无法及时有效地将定子线圈产生的热量传导出去，进而影响线圈的绝缘寿命，给气隙电枢的热设计带来了极大的挑战。

此外，由于取消了铁齿，定子线圈直接处于主磁场下，则线圈承受较大的电磁力，然而玻璃纤维制成的不导磁齿相比硅钢齿具有更低的刚度，在电磁力的作用下，其无法可靠固定定子线圈，进而影响线圈的绝缘寿命，给气隙电枢的结构设计带来一定的困难。

基于此，提出一种高温超导电机的组合支撑结构，既能满足损耗低的要求，又能满足刚强度的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，从组合支撑结构入手，考虑成型工艺，提供一种能满足实际工作需求的组合支撑结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高温超导电机的组合支撑结构，由多个串行排列的复合材料块、设置在相邻两个复合材料块之间的不导磁/弱导磁金属板以及贯穿所述复合材料块和不导磁/弱导磁金属板的复合材料杆构成，所述的复合材料块和不导磁/弱导磁金属板之间设置有粘接胶，所述的复合材料块和不导磁/弱导磁金属板的截面为相同大小的等腰梯形，所述的不导磁/弱导磁金属板厚度≤5mm。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其复合材料块由玻璃纤维板或碳纤维板加工而成。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其不导磁/弱导磁金属板由不锈钢板、铝合金板或铜板加工而成。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其复合材料杆截面为圆形或方形，由纤维丝现场穿丝固化而成或采用复合材料成型杆加工而成。纤维丝为玻璃纤维丝或碳纤维丝。

一种高温超导电机的组合支撑结构的制作方法，步骤为：

步骤1，选用玻璃纤维板或碳纤维板加工得到复合材料块；选用不锈钢板、铝合金板或铜板加工得到不导磁/弱导磁金属板；

步骤2，用粘接胶将M（M≥2）个复合材料块和M-1个不导磁/弱导磁金属板首尾交替叠压粘接在一起，用工装保证其连接孔及侧面对齐；

步骤3，将玻璃纤维丝或碳纤维丝沿轴向分别穿进复合材料块和不导磁/弱导磁金属板连接孔中，随后浸渍树脂并固化，以形成复合材料杆；

步骤4，按图纸要求进行整体机加工，即为组合支撑结构。