[实用新型]一种内转子超导开关磁阻发电机及其定子结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及风力发电机领域，特别是涉及一种内转子超导开关磁阻发电机及其定子结构。

背景技术

开关磁阻发电机为双凸极电机，定子、转子均为凸极齿槽结构，定子上设有集中绕组，转子上既无绕组也无永磁体，由此带来变频器及控制、驱动的简洁性。开关磁阻电机本身具有可控参数多、非线性、缺少明确的数学模型的特点,电机气隙磁场和相磁链随转子位置和绕组相电流而持续、周期性变化，没有传统电机的稳定磁路工作点，而是一个动态三维磁空间。

开关磁阻电机机械结构简单、坚固可靠。随着大功率电力电子器件性价比的提高以及控制策略的发展，开关磁阻电机在调速领域及直驱风力发电领域的优势将会逐渐得以体现。

然而，随着电机功率的增大，电机的体积越来越大。特别是对于低速电机，例如开关磁阻风力发电机，当功率大于兆瓦或数兆瓦以上时，其体积将会变得相当庞大，以至于会对运输带来极大困难。

另外，开关磁阻电机的定子绕组通常采用传统的铜导线绕组，定子中的定子铁芯由硅钢片叠成或铁材料加工而成，而铜导线绕组的电阻产生的铜损耗，降低了电机的效率及功率因数。

开关磁阻电机采用超导定子线圈绕组后，电机的体积和重量大大降低；同时，电机的效率和功率因数大大提高。

但是，通常所用的定子超导定子线圈是由脆性超导材料制成的，而且必须冷却到临界温度或以下以实现和维持超导性，由硅钢片叠成或铁加工成的定子铁芯在低温下的脆性不能用于定子磁路中。

定子铁芯的气隙磁场大约为2特斯拉时饱和，若超导定子采用空气芯设计，在定子中，没有导磁的定子铁芯，可以达到3特斯拉或更高的气隙磁场。高气隙磁场提高了电机的能量密度，使电机的重量和尺寸显著地减小，但是空气芯超导体定子需要大量的超导线材，从而增加了所需的线圈匝数、线圈支撑的复杂程度、以及超导定子线圈和定子的生产成本。

由此可见，上述现有的一种开关磁阻发电机在结构与使用上，仍存在有不便与缺陷，亟待加以进一步改进。如何能创设一种既能避免空气芯耗材量大、线圈支撑复杂的缺陷，又能使超导定子铁芯能正常工作的新的超导开关磁阻发电机及其定子结构,实属当前重要研发课题之一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种内转子超导开关磁阻发电机及其定子结构，使其定子铁芯临界温度下能够正常工作且线圈支撑能保护超导定子线圈，从而克服现有的超导定子铁芯临界温度下易开裂疲劳的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种内转子超导开关磁阻发电机的定子结构，包括定子铁芯、线圈支撑、超导定子线圈和低温容器，其中，超导定子线圈固定在线圈支撑上，超导定子线圈和线圈支撑安装在低温容器的封闭空间内，低温容器和线圈支撑通过绝热螺钉与定子铁芯固定连接。

作为本实用新型的一种改进，所述的低温容器在连接绝热螺钉的通孔处装有密封垫，并在所述的绝热螺钉上套有绝热套管。

所述的绝热套管设有与密封垫对应的下端止口。

所述的低温容器由低温容器Ⅰ及低温容器Ⅱ两部分通过焊接或螺栓连接组成，分别安装在线圈支撑的外侧和内侧。

所述的定子铁芯包括定子槽和定子齿，所述的超导定子线圈为跑道形状，所述的线圈支撑为中空的跑道形并在外圈设有与超导定子线圈对应的凹槽，安装有超导定子线圈的线圈支撑以及低温容器套在定子铁芯的定子齿处。

所述的定子齿端处设有槽口，并通过该槽口在定子槽开口处装有定子槽楔，将超导定子线圈、线圈支撑以及低温容器固定在定子槽内。

所述的定子铁芯的轭部以及低温容器和线圈支撑的上端面，在靠近定子齿两侧的对应位置分别开设有通孔、螺纹孔，所述的绝热螺钉穿过定子铁芯和低温容器的通孔，与线圈支撑的螺纹孔螺接紧固。

所述线圈支撑由耐低温的非磁性材料制成。

所述的低温容器由耐低温的非磁性材料制成。

本实用新型还提供一种内转子超导开关磁阻发电机，所述的发电机采用上述的定子结构。

采用这样的设计后，本实用新型至少具有以下优点：

1、与传统的电机相比，本实用新型的开关磁阻电机具有明显的容错能力强、组合起动与发电容易、大容量、高效率及高功率密度运行等优点。

2、开关磁阻电机采用超导定子线圈绕组后，电机的体积和重量大大降低；同时，电机的效率和功率因数大大提高；应用于低速调速领域，尤其是应用于低速直驱风力发电领域，既简化了风电整机机组结构，降低了运输成本，又提高了风电整机效率及整机可靠性。