[发明专利]一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用

说明书

本公开公开一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用，属于游标电机领域，包括定子铁心、定子电枢绕组、隔热端盖、超导材料、超导支撑模块、低温杜瓦绝热壁以及外转子铁心，定子铁心为凸极结构，在定子齿部设有单齿绕线的电枢绕组；单回路超导材料以往复结构铺设，提供磁齿轮电机的场调制磁场，与超导支撑模块一同置于低温杜瓦绝热壁中，结合两端的隔热端盖进行封闭；定子铁心、定子电枢绕组与超导材料及其支撑和隔热结构一同构成电机的静止部分；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；利用单回路直流超导提供励磁磁场，显著简化了励磁回路复杂程度，采用冷却液静密封，极大降低了密封难度。

技术领域

本公开属于磁齿轮电机领域，具体涉及一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用。

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极性交替的径向磁场，进而替代以稀土为主的永磁材料，对定子电枢磁场进行调制，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，磁齿轮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，使该外转子磁齿轮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磁齿轮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，同时增加了磁齿轮电机的加工难度。因此，对高可靠性且加工方便的磁齿轮电机结构的研究具有重要的理论意义和工程价值。

另外，冷却液随其所在的转子旋转，需要动密封处理，对密封件的性能要求极高，加工难度大，也限制了其在苛刻环境中的应用，降低了系统寿命。因此，寻求冷却液静密封的结构将极大降低系统加工难度，提高可靠性和寿命。

公开内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机及应用，解决了现有技术中磁齿轮电机结构复杂程度和加工难度的问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：一种静密封励磁单回路超导磁齿轮电机，所述磁齿轮电机包括定子铁心、定子电枢绕组、隔热端盖、单回路超导材料、超导支撑模块、静密封低温杜瓦绝热壁以及外转子铁心。所述定子铁心、定子电枢绕组、隔热端盖、超导材料、超导支撑模块以及低温杜瓦绝热壁静止设置。

所述定子铁心齿部设有定子电枢绕组，用于产生定子电枢磁场。

所述单回路超导材料以径向往返的形式铺设在低温杜瓦绝热壁中，相邻单回路超导材料之间嵌入软磁材料作为超导支撑模块，并结合两端的隔热端盖进行封闭，并整体安装在定子铁心外侧。

所述外转子铁心为凸极结构，与内侧的低温杜瓦绝热壁之间设有气隙。

超导材料通直流电，产生磁场构成磁调制环对定子电枢磁场进行调制

进一步地，所述定子铁心、隔热端盖、单回路超导材料、低温杜瓦绝热壁以及外转子铁心由内向外依次同轴嵌套安装。

进一步地，所述定子铁心、定子电枢绕组、隔热端盖、单回路超导材料、超导支撑模块以及低温杜瓦绝热壁静止设置，并与电机外壳固定，低温杜瓦为静密封。