[发明专利]一种模块化高温超导磁体系统及其装配方法

说明书

本发明公开了一种模块化高温超导磁体系统，包括容器上盖板、超导磁体、框架组件、M个支撑组件和容器下底板，容器上盖板和容器下底板均由本体和连接块组成，框架组件由框架本体以及过渡板组成，超导磁体由磁体下底板、磁体上盖板以及双饼线圈组成，磁体上盖板和磁体下底板上设置有固定块，连接块和固定块均为具有销钉孔的n形块，支撑组件由支撑杆一、支撑杆二和支撑杆三组成，所述超导磁体、支撑组件以及低温管路的外表面均包覆多层绝热材料；还公开了其装配方法，本发明特别适合在高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、低运行成本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

本发明属于超导应用领域，具体涉及一种模块化高温超导磁体系统，以及其装配方法。

背景技术

常规同步电机一般采用铜绕组转子，在运行工况下，由于铜绕组的电阻而产生大量的焦耳热，进而降低电机的效率。

由于超导材料具有在低温环境下电阻变为零的零电阻效应，转子绕组采用超导材料研制成的超导磁体将无功率损耗，进而极大提高电机的效率。此外，与常规铜绕组相比，超导磁体能在强磁场下承载更高的电流，从而使超导电机具有体积小、重量轻、功率密度大以及转矩密度大等优势。近年来，许多研究人员都致力开发一种可行的，高可靠性的高温超导电机。

现有技术中，有多种高温超导电机转子结构。大部分高温超导电机的超导磁体均安装固定于一个低温部件上，磁体与磁体之间通过电流引线串联在一起，与外部磁体电流源形成一个电路回路。其中，为了提供低温真空环境，所有超导磁体与低温部件一起置于一个巨大的真空容器中。在运行工况下，如果其中一个高温超导磁体发生故障，为了对发生故障的高温超导磁体进行维修或更换，则需要打开该真空容器，但如此巨大的真空容器给超导磁体的维修维护带来了很大的难度。

基于此，提出一种模块化超导磁体系统，既能满足运行环境（低温、真空、通流）的要求，又能满足性能（强度与漏热）要求，还能满足维修简单、高可靠性的要求，其中超导磁体系统在结构上是相互独立的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一是从高温超导磁体及其支撑组件的结构入手，考虑装配工艺，提供一种能满足实际工作需求的，并在结构上相互独立的模块化高温超导磁体系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模块化高温超导磁体系统，由真空容器、超导磁体以及支撑组件构成；所述的真空容器由容器上盖板、容器下底板以及通过螺栓和密封圈分别与容器上盖板和容器下底板连接在一起的框架组件组成，所述的容器下底板由下底板本体和成对设置在下底板本体左右侧的下底板连接块组成，所述的容器上盖板由容器上盖板本体和成对设置在容器上盖板本体上的上盖板连接块组成，所述的框架组件由连接容器上盖板和容器下底板的框架本体以及与框架本体相连接的过渡板组成，由分别连接容器上盖板和容器下底板的框架本体以及连接两个框架本体的过渡板组成，所述的过渡板上安装有密封接线柱、抽真空接头以及冷媒传输接头；所述的超导磁体由L形截面的跑道形磁体下底板、磁体上盖板以及夹持在磁体下底板和磁体上盖板之间的N个（N≥2）双饼线圈组成，三者通过销钉和螺栓贯穿连接在一起，形成一个整体，双饼线圈由内环、外环以及通过低温树脂固化在内环和外环之间的超导线圈组成，所述的N个双饼线圈通过引线串联在一起，所述的磁体上盖板和磁体下底板左右侧分别设置有与下底板连接块/上盖板连接块对应的固定块，所述的磁体下底板或磁体上盖板通过管路与冷媒传输接头相连，冷媒传输接头再通过管路与外部低温制冷系统相连，所述的超导磁体通过电流引线与密封接线柱相连，密封接线柱再与外部磁体电流源相连；所述的支撑组件由沿超导磁体长度方向布置在磁体下底板左右侧的多个支撑杆一、沿超导磁体宽度方向以X形交叉布置在磁体下底板上的支撑杆二和沿超导磁体长度方向布置在磁体上盖板左右侧的多个支撑杆三组成，所述的支撑杆一和支撑杆二两端通过销钉分别与下底板连接块和磁体下底板上的固定块连接，所述的支撑杆三两端通过销钉分别与上盖板连接块和磁体上盖板上的固定块连接；所述超导磁体、支撑组件以及低温管路的外表面均包覆多层绝热材料。