[发明专利]一种用于超导爪极电机的径向磁悬浮式转子轴承

说明书

本发明属于电机技术领域，是一种用于超导爪极电机的径向磁悬浮式转子轴承，包括机壳部分(1)和转子部分(2)，机壳部分(1)包括定子背铁(3)、支承定子(4)、支承定子磁极(5)和支承控制绕组(6)；转子部分(2)包括空心转轴(7)、转子磁轭(8)和磁轭爪极(9)。支承定子(4)上加工出支承定子磁极(5)，并缠绕支承控制绕组(6)，与转子磁轭(8)间形成磁悬浮气隙。此结构利用超导爪极电机主磁通(12)经过磁悬浮气隙的特性，将其作为径向磁悬浮轴承的偏置磁通，利用控制绕组(6)实现径向悬浮控制，实现了超导爪极电机与径向磁悬浮轴承的磁路和结构耦合设计，有效缩短了轴向尺寸，提高了超导爪极电机的紧凑性。

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体是一种用于超导爪极电机的径向磁悬浮式转子轴承。

背景技术

随着清洁能源利用技术的不断提高，机载电力系统对电机的要求也日益严苛，特别是对效率、功率及功率密度的需求。超导爪极电机是目前机载电机方案中最具有潜力的形式之一，爪极电机本身具有较高的磁通利用效率，再利用超导材料代替常规爪极电机的铜励磁绕组与电枢绕组，极大地提高了电机的励磁能力与效率，并且其体积和重量将大大缩小。

现有的超导爪极电机的轴承多为常规高速轴承，这极大的限制了超导爪极电机转速的提高，当改用磁悬浮轴承作为径向支承方式时，虽然可以提高超导爪极电机的极限转速，但磁悬浮轴承较大的结构会导致电机有效重量占比降低，并在电机主磁结构上额外增加轴向尺寸。

因此本发明专利针对以上大功率超导爪极电机面临的轴承问题，提出一种用于超导爪极电机的径向磁悬浮式转子轴承，该结构利用超导爪极电机主磁通作为径向磁悬浮轴承的偏置磁通，通过支承控制绕组产生控制磁通，实现转子的径向悬浮，实现了超导爪极电机和径向磁悬浮支承的磁路与结构耦合设计，有效缩短了径向磁悬浮支承转子的轴向尺寸，提高了超导爪极电机的紧凑性。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有超导爪极电机的径向磁悬浮轴承与电机主磁结构相互独立，导致电机有效重量占比降低，并额外增加轴向尺寸的问题，本发明提供一种用于超导爪极电机的径向磁悬浮式转子轴承，利用超导爪极电机主磁通经过磁悬浮气隙的特性，将其作为径向磁悬浮轴承的偏置磁通，通过电磁拓扑结构特殊设计，实现电机主磁路与径向磁悬浮磁路的耦合，实现磁悬浮支承方式，并有效缩短径向磁悬浮支承转子的轴向尺寸，降低电机体积与质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：包括机壳部分(1)和转子部分(2)，其机壳部分(1)包括定子背铁(3)、支承定子(4)、支承定子磁极(5)、支承控制绕组(6)；其转子部分(2)包括空心转轴(7)、转子磁轭(8)和磁轭爪极(9)。支承定子(4)位于定子背铁上(3)与转子磁轭(8)相接的部分，加工出支承定子磁极(5)结构，缠绕支承控制绕组(6)，并与转子磁轭(8)间形成磁悬浮气隙；转子磁轭(8)与空心转轴(7)相装配，两只磁轭上的磁轭爪极(9)在空间交错分布，配合固定的超导励磁绕组(11)形成旋转磁场，并且利用超导爪极电机主磁通(12)经过磁悬浮气隙的特性，将其作为径向磁悬浮轴承的偏置磁通，利用支承控制绕组(6)产生控制磁通(13)，实现转子的径向悬浮，实现超导爪极电机转子的悬浮轴承与电机主体结构的统一。

所述定子背铁(3)、支承定子(4)、支承定子磁极(5)采用高饱和导磁材料，作为超导爪极电机主磁通(12)和控制磁通(13)的主要载体，将转子内部的爪极电机主磁通经径向的磁悬浮气隙和支承定子磁极(5)磁路导流入支承定子(4)，再经支承定子(4)导流入定子背铁(3)，与转子磁路形成轴向环绕闭合磁路。

所述支承定子磁极(5)部分包括4×P个磁极(P≥1)，支承定子磁极(5)作为超导爪极电机定子背铁(3)与转子磁轭(8)相接处的结构，是主磁通(12)的重要载体，也是形成磁悬浮气隙的关键，为保证支承定子磁极(5)产生的磁拉力对称平衡并尽量减少各转子磁轭爪极(9)磁密差异，需保证支承定子磁极(5)个数为4×P(P≥1)。