[其他]扇形轉子超導交流發電機

無效

• 申請號: 86208437
• 申請日: 1986-12-10
• 公開（公告）號: CN86208437U
• 公開（公告）日: 1987-07-15
• 發明（設計）人: 費鴻飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00
• 代理公司: 西安交通大學專利事務所
• 代理人: 汪人和

本發明屬于利用超導技術的一種交流發電機。

二十多年來，為突破交流發電機單機極限功率，并對中小型發電機進一步提高其效率，縮小體積，減輕重量，工業發達國家研制了多種形式的超導交流發電機。這些超導交流發電機都采用傳統電機的結構形式，即旋轉的激磁繞組和固定的電樞繞組，沒有鐵芯，激磁繞組選用超導線材。由于現有的超導線材不耐交變磁通，所以要用轉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，時間常數也大，激磁安匝數很大，而使超導線的用量增加，電機參數也較難選擇。同時，現有的超導交流發電機都存在較多難點，它們是：旋轉的超導激磁繞組制造技術復雜，難度大；維護運行技術難度也大。要求超導激磁繞組在低溫恒溫器內一同高速旋轉（如為50赫發電機，則同步轉速每分鐘應旋轉3000轉）；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生磁場。正是由于這些難點而降低了這種超導交流發電機的可靠性而阻礙了它的快速發展和影響了企業家們對超導發電機的興趣。

本發明的特點是盡可能采用傳統的發電機制造工藝和現有的技術概念（見IEE????PROCEEDINGS，VOL????130，PT.B.NO.6，NOV，1983），和利用超導新技術的優點，使發電機成為具有高效、小而輕，技術難點少，盡快實現中小型超導交流發電機實用化而提出一種扇形轉子超導交流發電機。

這種扇形轉子超導交流發電機的電樞鐵芯及其繞組和用超導線制作的激磁繞組都是靜止的，轉動部件是由轉子磁軛（2）和在其兩端的扇形磁極（1）組成的轉軸。軸向激磁，由扇形磁極（1）將主磁通導向外周，經過氣隙，從端面進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，經過另一端的氣隙進入該端的扇形磁極（1），并經轉子磁軛（2）沿軸向穿過超導激磁線圈（6）而閉合。

圖1是扇形轉子超導交流發電機示意圖。

圖2是扇形轉子超導交流發電機的電樞鐵芯磁路圖。

圖3是扇形轉子超導電流發電機的轉子磁軛示意圖。

圖中（1）是扇形磁極，（2）是轉子磁軛，（3）是主軸動力端，（4）是主軸支承端，（5）是電樞鐵芯，（6）是超導激磁繞組，（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。

本發明的電樞繞組（8）和傳統的環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要降低電機短路比時，也可以采用有槽電樞鐵芯。用無槽繞組即氣隙繞組時，絕緣層可以加厚，按現有工藝技術水平，其線電壓可達11萬伏級。氣隙繞組線棒的換位和冷卻方法，可選用現行規范。超導激磁繞組（6）放置在電樞鐵芯（5）與轉子磁軛（2）之間的一個靜止的低溫恒溫器（7）中。發電機正常運行時，激磁繞組（6）基本上不受力。低溫恒溫器（7）內的超導激磁繞組（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。轉子由主軸動力端（3），主軸支承端（4），扇形磁極（1）和轉子磁軛（2）構成。轉子磁軛（2），主軸動力端（3）和扇形磁極（1）應用導磁材料制成。主軸支承端（4）用非導磁的材料制成。????????轉子磁軛（2）兩端的扇形磁極（1）形成南北磁極。扇形磁極（1）的每端有兩個扇面，即為四極電機；如每端有一個扇面另加平衡重物，則為兩極電機。當然，根據每端扇面的多少也可以是六極或以上的。本發明是以四極為例陳述的，其轉子主軸兩端（3），（4）即尾端軸伸應安置在非導磁性如：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外表面。硅鋼片各層間固定成為一個整體。電樞鐵芯（5）可以用高剛度絕緣、絕磁襯筒作成的內圓筒支承，電樞鐵芯（5）筒內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的支撐物，以便固定。

本發明所述的扇形轉子超導交流發電機，其突出的優越性是：

1、激磁系統損耗包括致冷的總損耗比一般的超導旋轉磁場繞組交流發電機為小，其總損耗約在50千瓦以下。如為5萬千瓦發電機，其激磁系統總損耗在0.1％以下。對于更大的發電機而言，其損耗的比值就更小了。如加上各種節能措施，這種扇形轉子超導激磁發電機比常規發電機提高效率0.5％是綽綽有余的。

扇形轉子超導交流發電機的體積重量不如一般超導發電機那樣小，但比常規交流發電機還是小而且輕。