一种超导电机转子、超导电机及超导线圈安装方法

技术领域

本发明涉及超导电机技术领域，尤其涉及一种超导电机转子、超导电机及超导线圈安装方法。

背景技术

超导电机的励磁绕组是采用能在强磁场下承载高密度电流的超导材料导线绕制而成。超导材料在临界条件下电阻为零，可使超导线圈能够流通强电流，产生强磁场，形成超导磁体，可使励磁绕组无功率损耗，从而提高超导电机效率。

专利文献CN114301216A公开了一种散热组件及内置有该散热组件的超导电机，内转子内部具有内储液腔，其中一端的外转子内具有连通内储液腔的输液通道；定子的外周壁与外壳的内周壁贴合，外壳的外壁内开设有外储液腔；内储液腔和外储液腔共同构成散热组件。该专利文献公开了一种超导电机的散热设计，超导电机的转子内部具有内储液腔，内储液腔通过转轴内的通道与外部联通。

在上述专利中，超导线圈卷绕呈跑道形，位于外转子与内转子之间的真空空间内，固定在内转子外表面。这种转子的冷却结构存在如下问题：

内转子超导线圈的卷绕方式是沿着内转子的切线方向延伸，外侧的超导线圈不与内转子外表面直接接触，因此内转子对超导线圈的冷却效果有限，卷绕的匝数越多，外侧的超导线圈与内转子中心间的距离就会越远，进一步降低了冷却效果，而且磁场沿内转子的切线方向向内转子两侧延伸分布，越是外侧的磁场就越不能发挥驱动电机旋转的功能，基波含量降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种超导电机转子、超导电机及超导线圈安装方法，用于改善超导电机转子的超导线圈的冷却效果以及磁场分布。

本发明提供了一种超导电机转子，包括转子主体和超导线圈，所述转子主体内部设置空腔，所述空腔内用于存储冷却液，所述转子主体两端分别设置通向所述空腔的中空管状转轴，一端的转轴用于输入冷却液，另一端的转轴用于输出冷却液，所述转子主体外表面对称设置多个腰圆形径向凸起部，所述凸起部的长边与转子主体的轴向平行，所述凸起部个数为不小于四的偶数；

所述超导线圈卷绕固定在所述凸起部圆周表面，且所述超导线圈的超导带材由内向外呈逐渐向所述转子主体偏移的倾斜状，使每匝超导带材靠近转子主体的一侧紧贴转子主体表面。

优选地，所述超导线圈相邻超导带材之间的偏移距离不超过超导带材宽度的十分之一。

进一步优选地，所述转子主体与所述凸起部圆周连接处为斜面，所述超导线圈的超导带材紧贴在所述斜面上。

优选地，所述凸起部与所述转子主体一体成型。

优选地，还包括槽状盖板，所述槽状盖板固定并包覆在每组凸起部和超导线圈外表面。

进一步优选地，所述槽状盖板为中空双层结构。

更进一步优选地，所述槽状盖板在与所述转子主体外表面接触的端面上设置密封垫，所述槽状盖板还设置真空阀。

本发明还提供了一种超导电机，包括上述任一项所述超导电机转子。

针对上述本发明提供的一种超导电机转子，本发明还相应提供了一种超导线圈安装方法，步骤包括：

将水平超导线圈卷绕在所述凸起部圆周；

将槽状盖板扣放在所述水平超导线圈外圆周顶部，向所述转子主体方向按压槽状盖板直至槽状盖板两端面与转子主体外表面抵接；

将绝缘胶涂覆在槽状盖板圆周端面以将槽状盖板与转子主体固定连接；

对另一个凸起部进行上述操作，直至完成对所有凸起部的上述操作。

优选地，还包括：通过所述槽状盖板上的真空阀对槽状盖板与转子主体之间的空间抽真空。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种超导电机转子，超导线圈的超导带材由内向外呈逐渐向所述转子主体偏移的倾斜状，使每匝超导带材紧贴转子主体外表面，相对传统超导线圈卷绕方式缩短了外侧超导带材与转子主体轴心的距离，能够直接对外侧超导带材降温冷却，提高了对超导线圈的冷却效果；同时，也使外侧超导带材向转子主体偏移，优化了超导线圈产生的磁场分布，提高了超导电机转动效率；各个凸起部的超导线圈相互独立，使转子超导线圈模块化布置，当超导线圈损坏需要更换时，无需整体拆装所有超导线圈，可避免资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种超导电机转子的立体结构图；

图2为本发明实施例一提供的一种超导电机转子的横剖图；

图3为本发明超导线圈的超导带材的卷绕状态示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种超导线圈安装方法示意图一；

图5为本发明实施例三提供的一种超导线圈安装方法示意图二；

其中，附图标记说明：转子主体1，超导线圈2，转轴3，凸起部4，卷绕部5，斜撑部6，槽状盖板7，密封垫8，水平超导线圈9，超导带材10。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明实施例一提供了一种超导电机转子，如图1～2所示，包括转子主体1和超导线圈2，转子主体1内部设置空腔，空腔内用于存储冷却液，冷却液具体可为液氮，转子主体1两端分别设置通向空腔的中空管状转轴3，一端的转轴3用于输入冷却液，另一端的转轴3用于输出冷却液，可实现在超导电机工作时动态更换冷却液，转子主体1外表面设置四个腰圆形径向凸起部4，凸起部4的长边与转子主体1的轴向平行，四个凸起部4沿转子主体1轴线对称分布，凸起部4的个数为不小于四的偶数，也可以为六、八、十等偶数；

如图2所示，超导线圈2卷绕固定在凸起部4圆周表面，且超导线圈2的超导带材由内向外呈逐渐向转子主体1偏移的倾斜状，使每匝超导带材靠近转子主体1的一侧紧贴转子主体1表面。

本实施例一提供的一种超导电机转子，超导线圈2的超导带材由内向外呈逐渐向转子主体1偏移的倾斜状，使每匝超导带材紧贴转子主体1外表面，相对传统超导线圈卷绕方式缩短了外侧超导带材与转子主体轴心的距离，能够直接对外侧超导带材降温冷却，提高了对超导线圈2的冷却效果；同时，也使外侧超导带材向转子主体1偏移，外侧磁场也相应向转子主体1中心偏转，使内外磁场都能发挥驱动作用，优化了超导线圈2产生的磁场分布，提高了超导电机转动效率；各个凸起部4的超导线圈2相互独立，使转子超导线圈模块化布置，当超导线圈2损坏需要更换时，无需整体拆装所有超导线圈，可避免资源浪费。

具体的，如图3所示，由于超导带材不同于通常的圆截面线材，而是椭圆形平板截面的带材，将超导线圈2相邻超导带材之间的偏移距离控制在不超过超导带材宽度的十分之一，可避免相邻超导带材之间的偏移距离过大而使相邻超导带材之间发生卷边甚至撕裂缺陷，图3中x为相邻超导带材10之间的偏移距离，y为超导带材10的宽度。

在一个更具体的实施例中，转子主体1与凸起部4圆周连接处为斜面，超导线圈2的超导带材紧贴斜面，通过斜面可靠控制卷绕时相邻超导带材之间的偏移距离，并确保超导带材与转子主体1外表面接触。如图4～5所示，在一具体实施方式中，可将凸起部4设计为由卷绕部5和斜撑部6构成，斜撑部6环绕在卷绕部5四周并带有向转子主体4倾斜的斜面，该斜面用于支撑和限位超导线圈2的超导带材。

具体的，凸起部4与转子主体1一体成型，避免连接间隙，可使转子主体1空腔内的冷却液对超导线圈2的冷却更充分。

在一个更具体的实施例中，超导电机转子还包括槽状盖板7，如图2和图5所示，槽状盖板7固定并包覆在每组凸起部4和超导线圈2外表面，保证超导带材之间紧密接触，且能防止外侧超导带材倾倒。对槽状盖板7采用可拆卸的固定方式可方便维修，具体可选用绝缘胶粘接等，以在需要维护超导线圈2时，仅需拆卸对应的槽状盖板7，然后拆卸更换超导线圈2即可。

在一个更具体的实施例中，槽状盖板7为中空双层结构，能起到一定的隔热作用，避免定子部分产生的热量影响到转子超导线圈2的正常工作。

在一个更具体的实施例中，槽状盖板7在与转子主体1外表面接触的端面上设置密封垫8，安装槽状盖板7时，需确保密封垫8与转子主体1外表面抵接，以将槽状盖板7与转子主体1外表面之间的空间密封，避免漏气，槽状盖板7还设置真空阀(未在图中展示)，在槽状盖板7安装至转子主体1的外表面后，用于对槽状盖板7与转子主体1外表面之间的内部空间抽真空，从而进一步起到隔热作用。

本发明实施例二提供了一种超导电机转子，包括上述任一项所述超导电机转子。

针对实施例一中的超导线圈，本发明实施例三相应提供了一种超导线圈安装方法，如图4～5所示，步骤包括：

将水平超导线圈9卷绕在其中一个凸起部4圆周，此时水平超导线圈9外侧的超导带材不与转子主体1外表面接触；

将槽状盖板7扣放在水平超导线圈9外圆周顶部，向转子主体1方向按压槽状盖板7直至槽状盖板7两端面与转子主体1外表面抵接，此时槽状盖板7的内表面与凸起部4和超导线圈2的外表面贴合，即通过按压槽状盖板7，利用槽状盖板7自身倾斜的内表面挤压水平超导线圈9的超导带材使超导带材产生偏移形成匝间错位，由内向外形成逐渐向转子主体1偏移的倾斜状；

将绝缘胶涂覆在槽状盖板7圆周端面以将槽状盖板7与转子主体1固定连接；

对另一个凸起部4进行上述操作，直至完成对所有凸起部4的上述操作。

在一个具体的实施例中，还包括通过槽状盖板7上的真空阀对槽状盖板7与转子主体1之间的空间抽真空。

该安装方法操作简单，可使超导带材之间产生合理的匝间错位，且维修方便，若后期超导电机运行中转子超导线圈损坏需维护时，只需打开槽状盖板7即可对超导线圈2进行更换。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。