[发明专利]一种气浮轴承结构的超导电机系统

说明书

本发明涉及一种气浮轴承结构的超导电机系统，包括液氮储罐、加热器、压缩机、气浮超导电机，所述液氮储罐向所述气浮超导电机提供液氮对其进行冷却，同时也为气浮轴承模块提供工质，液氮经过所述加热器后相变为氮气并被加热到所述压缩机的许用温度，经过所述压缩机加压后向所述气浮超导电机中的气浮轴承模块供气，所述气浮超导电机，包括机壳、电机左右端盖、左右轴承端盖、一对止推气浮轴承、一对径向气浮轴承、转轴、定子、转子以及附件等，本发明将超导电机冷却系统和气浮轴承供气系统结合，利用气浮轴承解决了低温下超导电机轴承的润滑问题，具有运行稳定、可靠性高、低摩擦损耗等优点。

技术领域

本发明涉及超导体电机领域，尤其涉及一种气浮轴承结构的超导电机系统。

背景技术

超导电机的电枢绕组由超导材料绕制而成，得益于超导材料高载流密度、低损耗特性，超导电机相较于常规电机可以达到更高的功率密度和效率。超导绕组必须在超导体临界温度以下才能正常工作，因此超导电机中必须设计有冷却系统对超导绕组进行冷却，并带走由于交流损耗和系统漏热带来的热负荷，避免失超。目前，采用高温超导材料的超导绕组一般采用常压液氮冷却的方式，这种冷却方式可使超导绕组温度保持在77K左右，交流损耗、系统漏热等产生的热负荷被流动的液氮带走。

在超导电机中不可避免地存在漏热，电机中被冷却的部分会通过导热、辐射、对流等多种方式使周围结构温度降低，最终使得超导电机的轴承工作温度太低。在低温工作条件下，润滑普通轴承的润滑油或者润滑脂失效，大温差下的热变形会使轴承游隙减小进而导致轴承静摩擦力矩增大，这些不利因素均会使轴承转动困难甚至卡死，进而导致超导电机摩擦损耗增大运行效率降低，极端的卡死状态下可能使电流超过线材临界电流密度导致失超，造成重大事故。

气体润滑轴承是将气体作为润滑剂的一种润滑方式，与传统的液体滑动轴承和滚珠轴承相比，气体润滑轴承具有高速、高精度、高寿命、低功耗、耐热、耐冷等优点，使其在航空航天惯导系统、精密测试仪器、精密机床和极端冷、热场中具有巨大的应用优势。因此，气体润滑轴承技术可用于解决超导电机中低温工作条件下的润滑问题。

为解决超导电机轴承在低温下的润滑问题，本发明提出了一种气浮轴承结构的超导电机系统。

发明内容

本发明所述的一种气浮轴承结构的超导电机系统，其特征在于，包括液氮储罐、加热器、压缩机、气浮超导电机，所述气浮超导电机中的气浮轴承模块工作介质为氮气，所述气浮超导电机冷却工质为液氮；所述液氮储罐向所述气浮超导电机提供液氮对其进行冷却，同时也为所述气浮超导电机的气浮轴承模块提供工质，液氮经过所述加热器后相变为氮气并被加热到所述压缩机的许用温度，经过所述压缩机加压后向所述气浮超导电机中的气浮轴承模块供气。

作为优选，所述加热器的加热功率Q的计算公式如下：

Q＝G[r+c_p(T_out-T_sat)]

其中，G为所述气浮超导电机气浮轴承模块所需氮气的质量流量，r为液氮在工作状态下的汽化潜热，c_p为氮气在工作状态下的定压比热，T_out为所述压缩机的许用最低温度，T_sat为液氮在工作状态下的饱和温度。