[发明专利]一种定子超导的混合超导盘式电机

说明书

本发明公开了一种定子超导的混合超导盘式电机，定子包括：定子铁心、定子固定组件、定子壳体；转子包括：转子轴、转子背铁；定子壳体包括支架体，在支架体内圈上包括：用于嵌装定子铁芯的嵌槽、用于嵌装楔子的楔槽；定子固定组件包括在其回转周向上分布的楔槽；定子铁芯包括取向型硅钢层叠而成的楔形铁芯体；在楔形铁芯体两端的极靴间卷套超导带材；呈圆盘状排列的定子铁芯以同轴关系嵌装于定子壳体与定子固定组件之间；相邻的定子铁芯之间包括：用于沿定子径向拉紧定子壳体与定子固定组件并实现相邻定子铁心分隔的楔子；转子背铁位于定子壳体轴向的两端侧；两侧转子背铁上包括永磁铁。

技术领域

本发明涉及盘式电机及超导技术等技术领域，尤其涉及一种超导盘式电机的定子超导结构。

背景技术

盘式电机，即轴向磁通电机，其内部主要磁路方向为电机轴向。盘式电机相比与传统的径向磁通的筒式电机而言，具有体积小，重量轻，扭矩密度大以及功率密度大等优点。

现有的轴向磁通盘式电机的结构主要有单定子单转子、双定子单转子、双转子单定子以及多级电机等结构，其中定子部分由定子铁芯加铜线绕组构成，转子部分由转子支架与永磁体磁钢构成。

传统的双转子单定子结构的电机可参见 CN107408875A/CN109478808A。其中CN109478808A中的电机为YASA型无轭轴向磁通电机，该专利主要为一种新型的定子铁芯的结构与生产工艺。虽然该方案在YASA型电机基础上优化了机械稳定性和/或良好或改进的冷却能力，但其绕组仍采用的是铜线，故而虽然改良了散热，但是随着通入交流电，仍会以热能的形势产生铜线损耗，使得定子部分温度升高。且转子部分由于交流电感生出的涡旋电流，也会产生损耗，使得转子部分温度升高。

专利CN101262169A虽然名称含有“轴向磁通”、与“高温超导电机”字样，但本质上是一种步进电机的拓扑结构优化。

专利 CN101599690B虽然标题中也含有“轴向磁通电机”“高温超导电机”等字样，但是其内容重点仅涉及轴向与切向的磁路优化，与YASA型轴向磁通电机的磁路形式具有本质上的区别。同时，对于超导材料的描述及使用工艺并没有进行深入的创造性设计。

专利CN107769501B为YASA型盘式电机，但其方案主要涉及内容为转子部分的磁路优化，通过在轴向额外设置永磁体达到增强电机磁链强度的目的。

综上，在盘式电机中，采用铜线绕组时铜线中电流损耗会降低电机效率，并且发热使得定子温度升高；另外，转子盘的上磁钢的涡流损耗造成转子温升，若温度过高可能会造成磁钢退磁。

发明内容

本发明提供的一种技术方案是一种定子超导的混合超导盘式电机，其解决

1、定子铜线产生的损耗（热能形式）将大幅度降低电机的运行效率，同时使得电机运行过程中出现温升，电机铜损增加；

2、采用可以产生更强磁场的超导材料，可以进一步增强电机的气隙磁场，但是由于结构冷却方案的局限导致电机温度过高。

本发明的技术方案是：本发明的技术方案是：对于盘式超导电机，定子部分的设计采用定子铁芯、高温超导带材（YBCO）线圈以及高温超导带材保护套，而转子仍采用永磁体（如钕铁硼NdFeB材料）。

定子壳体，实施为一个盘状的支架体，在其轴向上为一个贯穿的中心孔。支架体的内圈表面上则开设一系列的槽，其中包括：用于嵌装定子铁芯的嵌槽、用于嵌装楔子的楔槽。嵌槽呈U型开口状，多个嵌槽沿着支架体内圈的回转方向均匀排列。在相邻的嵌槽之间布置T字型的楔槽，楔槽与嵌槽的排列保持同一回转中心。同时，在支架体上还布置了一系列的贯穿孔作为散热道。