[发明专利]一种采用直流超导励磁的场调制型外转子游标电机及应用

说明书

本发明涉及游标电机领域，具体的是一种采用直流超导励磁的场调制型外转子游标电机及应用，包括超导支撑模块、超导材料、低温杜瓦绝热壁、隔热端盖、定子电枢绕组、定子铁心、定子场调制极以及外转子铁心。超导支撑模块表面设置凹槽，超导材料以往复结构铺设其中，外层以低温杜瓦绝热壁覆盖，结合隔热端盖进行封闭；定子铁心设置有定子电枢绕组，并在定子齿部设计定子场调制极，起到磁场调制作用；外转子采用凸极结构，为超导材料产生的磁场与定子电枢磁场能够产生相互作用。本发明设计的游标电机，利用直流超导提供励磁磁场，并结合场调制原理，能够增大电机转矩密度，提高功率密度和响应速度，减少损耗，降低重量，减小体积并提高电机的可靠性。

技术领域

本发明涉及游标电机领域，具体的是一种采用直流超导励磁的场调制型外转子游标电机及应用。

背景技术

在现有技术中，使超导材料在液氮冷却条件下，能够俘获远高于永磁体的磁场强度，这意味着超导技术能够逐步在电磁装置领域拓展其应用范围，不仅能够取代传统电机中的绕组，达到降低损耗、减小体积和重量的目的，同时按照往复规律铺设直流通电的超导材料还能够产生较强的磁场，进而替代以稀土为主的永磁材料，进一步提高电机的功率密度和可靠性。为了避免超导材料在交变电磁环境下产生交流损耗，大部分学者会考虑将超导材料置于电机的直流励磁绕组上加以应用，而利用超导材料俘获磁场的能力进行励磁的方案则相对较少。而第二代高温超导Y系线材临界电流密度的提高，意味着超导电机的应用领域和前景得到了进一步的扩大，受到了业内专家的广泛关注。

与此同时，游标电机由于能够利用磁场耦合进行机电能量转换，实现了输入和输出之间的物理隔离。场调制原理的应用，使该外转子游标电机避免安装齿轮等机械结构，在效率、传动精度和响应速度等性能方面都具有一定的优势。目前，研究相对较多的一类游标电机通常采用同轴套设结构，包括由内而外设置的同轴心低速转子、调磁环和高速转子，高低速转子均采用稀土永磁提供磁场，随转子旋转的永磁体使电机机械可靠性降低，稀土永磁材料的稀缺也限制了其应用范围；调磁环由导磁材料和非导磁材料间隔排列，放置在高低速转子之间，所带来的双层气隙结构也在一定程度上降低了气隙磁场的利用率，同时增加了游标电机的加工难度。因此，对高可靠性且加工方便的游标电机结构的研究具有重要的理论意义和工程价值。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种采用直流超导励磁的场调制型外转子游标电机及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种采用直流超导励磁的场调制型外转子游标电机，，所述游标电机包括超导支撑模块、超导材料、低温杜瓦绝热壁、隔热端盖、定子电枢绕组、定子铁心、定子场调制极以及外转子铁心，所述超导支撑模块表面以径向往返的形式嵌设超导材料，超导支撑模块和超导材料由低温杜瓦绝热壁包裹并结合隔热端盖进行封闭；

所述定子铁心紧贴低温杜瓦绝热壁，定子齿部设有定子电枢绕组，定子铁心处设置有分裂齿结构形成定子场调制极，所述外转子铁心为凸极结构。

进一步地，所述超导支撑模块、低温杜瓦绝热壁、定子铁心以及外转子铁心由内向外依次同轴嵌套安装。

进一步地，所述超导支撑模块、外围超导材料、低温杜瓦绝热壁、隔热端盖和定子铁心静止设置，并与外壳固定。

进一步地，所述超导支撑模块表面开设有凹槽，超导材料按照轴向平行的方式铺设在凹槽中，超导材料并在端部间隔连接，使其形成往复结构的单向电流通路，在通以直流电时，产生径向磁场。

进一步地，所述外转子铁心外侧套设机壳，外转子铁心与机壳之间以轴承连接。

进一步地，所述外转子铁心凸极的个数为p_r，定子场调制极的个数为N_s，定子电枢绕组的极数为p_s，满足外转子极数p_r为定子场调制极的个数N_s与定子电枢绕组极数p_s的差值，即：