[其他]扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86208437
• 申請日: 1986-12-10
• 公開（公告）號: CN86208437U
• 公開（公告）日: 1987-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)鴻飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00
• 代理公司: 西安交通大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 汪人和

本發(fā)明屬于利用超導(dǎo)技術(shù)的一種交流發(fā)電機(jī)。

二十多年來，為突破交流發(fā)電機(jī)單機(jī)極限功率，并對中小型發(fā)電機(jī)進(jìn)一步提高其效率，縮小體積，減輕重量，工業(yè)發(fā)達(dá)國家研制了多種形式的超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)。這些超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)都采用傳統(tǒng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，即旋轉(zhuǎn)的激磁繞組和固定的電樞繞組，沒有鐵芯，激磁繞組選用超導(dǎo)線材。由于現(xiàn)有的超導(dǎo)線材不耐交變磁通，所以要用轉(zhuǎn)子屏蔽來隔絕交變磁通。由于不用鐵芯，激磁繞組和電樞繞組的耦合很弱，時(shí)間常數(shù)也大，激磁安匝數(shù)很大，而使超導(dǎo)線的用量增加，電機(jī)參數(shù)也較難選擇。同時(shí)，現(xiàn)有的超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)都存在較多難點(diǎn)，它們是：旋轉(zhuǎn)的超導(dǎo)激磁繞組制造技術(shù)復(fù)雜，難度大；維護(hù)運(yùn)行技術(shù)難度也大。要求超導(dǎo)激磁繞組在低溫恒溫器內(nèi)一同高速旋轉(zhuǎn)（如為50赫發(fā)電機(jī)，則同步轉(zhuǎn)速每分鐘應(yīng)旋轉(zhuǎn)3000轉(zhuǎn)）；要求低溫恒溫器在4.2K下保持高真空，并不斷輸入液氦，輸出氦氣，送入激磁電流使繞組不斷產(chǎn)生磁場。正是由于這些難點(diǎn)而降低了這種超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)的可靠性而阻礙了它的快速發(fā)展和影響了企業(yè)家們對超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的興趣。

本發(fā)明的特點(diǎn)是盡可能采用傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)制造工藝和現(xiàn)有的技術(shù)概念（見IEE????PROCEEDINGS，VOL????130，PT.B.NO.6，NOV，1983），和利用超導(dǎo)新技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)成為具有高效、小而輕，技術(shù)難點(diǎn)少，盡快實(shí)現(xiàn)中小型超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)實(shí)用化而提出一種扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)。

這種扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯及其繞組和用超導(dǎo)線制作的激磁繞組都是靜止的，轉(zhuǎn)動(dòng)部件是由轉(zhuǎn)子磁軛（2）和在其兩端的扇形磁極（1）組成的轉(zhuǎn)軸。軸向激磁，由扇形磁極（1）將主磁通導(dǎo)向外周，經(jīng)過氣隙，從端面進(jìn)入圓筒狀的電樞鐵芯（5），主磁通在電樞鐵芯中沿圓周方向流過180°電角，經(jīng)過另一端的氣隙進(jìn)入該端的扇形磁極（1），并經(jīng)轉(zhuǎn)子磁軛（2）沿軸向穿過超導(dǎo)激磁線圈（6）而閉合。

圖1是扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)示意圖。

圖2是扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)的電樞鐵芯磁路圖。

圖3是扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)電流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁軛示意圖。

圖中（1）是扇形磁極，（2）是轉(zhuǎn)子磁軛，（3）是主軸動(dòng)力端，（4）是主軸支承端，（5）是電樞鐵芯，（6）是超導(dǎo)激磁繞組，（7）是低溫恒溫器，（8）是電樞繞組，（9）是主磁通的走向，（10）是激磁電流和液氦，氣氦引入引出口。

本發(fā)明的電樞繞組（8）和傳統(tǒng)的環(huán)形鐵芯上的銅線繞組相似，可以是單相，三相半四相或其它相數(shù)要降低電機(jī)短路比時(shí)，也可以采用有槽電樞鐵芯。用無槽繞組即氣隙繞組時(shí)，絕緣層可以加厚，按現(xiàn)有工藝技術(shù)水平，其線電壓可達(dá)11萬伏級。氣隙繞組線棒的換位和冷卻方法，可選用現(xiàn)行規(guī)范。超導(dǎo)激磁繞組（6）放置在電樞鐵芯（5）與轉(zhuǎn)子磁軛（2）之間的一個(gè)靜止的低溫恒溫器（7）中。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，激磁繞組（6）基本上不受力。低溫恒溫器（7）內(nèi)的超導(dǎo)激磁繞組（6）用超臨界氦或二相流氦冷卻。激磁電流和液氦、氣氦引入引出口（10）可安排在電樞鐵芯（5）端面的槽中或筒體中部的孔中。轉(zhuǎn)子由主軸動(dòng)力端（3），主軸支承端（4），扇形磁極（1）和轉(zhuǎn)子磁軛（2）構(gòu)成。轉(zhuǎn)子磁軛（2），主軸動(dòng)力端（3）和扇形磁極（1）應(yīng)用導(dǎo)磁材料制成。主軸支承端（4）用非導(dǎo)磁的材料制成。????????轉(zhuǎn)子磁軛（2）兩端的扇形磁極（1）形成南北磁極。扇形磁極（1）的每端有兩個(gè)扇面，即為四極電機(jī)；如每端有一個(gè)扇面另加平衡重物，則為兩極電機(jī)。當(dāng)然，根據(jù)每端扇面的多少也可以是六極或以上的。本發(fā)明是以四極為例陳述的，其轉(zhuǎn)子主軸兩端（3），（4）即尾端軸伸應(yīng)安置在非導(dǎo)磁性如：1Cr18Ni9Ti材料的軸承座上，以免磁短路。電樞鐵芯（5）的軸向和圓周向通過脈振磁通，應(yīng)用硅鋼片捲繞而成，呈圓筒狀。電樞繞組（8）則配置在該圓筒狀鐵芯的內(nèi)外表面。硅鋼片各層間固定成為一個(gè)整體。電樞鐵芯（5）可以用高剛度絕緣、絕磁襯筒作成的內(nèi)圓筒支承，電樞鐵芯（5）筒內(nèi)部按需要安排冷卻通道，電樞鐵芯（5）的外圓及其端面安排適當(dāng)?shù)闹挝铮员愎潭ā?/p>

本發(fā)明所述的扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)，其突出的優(yōu)越性是：

1、激磁系統(tǒng)損耗包括致冷的總損耗比一般的超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)磁場繞組交流發(fā)電機(jī)為小，其總損耗約在50千瓦以下。如為5萬千瓦發(fā)電機(jī)，其激磁系統(tǒng)總損耗在0.1％以下。對于更大的發(fā)電機(jī)而言，其損耗的比值就更小了。如加上各種節(jié)能措施，這種扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)激磁發(fā)電機(jī)比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高效率0.5％是綽綽有余的。

扇形轉(zhuǎn)子超導(dǎo)交流發(fā)電機(jī)的體積重量不如一般超導(dǎo)發(fā)電機(jī)那樣小，但比常規(guī)交流發(fā)電機(jī)還是小而且輕。