[发明专利]电机

说明书

本发明题为“电机”。本发明示出了一种电机（304）。该电机包括定子（401），该定子具有完全非磁芯（402）和由非超导换位导线形成的用于减少涡流损耗的定子绕组（403）。该电机还包括转子（404），该转子具有完全非磁芯和超导绕组（405）或超导磁体，所述超导绕组或超导磁体产生用于与定子绕组相互作用的磁场。低温冷却系统（408，409）被布置用于冷却定子绕组以减少定子绕组中的传导损耗。

技术领域

本公开涉及电机。

背景技术

虽然使用电机进行航空推进是已知的，但常规的电机通常不具有在大型客机中使用的足够的比扭矩和功率密度(无论在重量还是体积方面进行测量)。

常规电机的大部分重量可存在于其磁芯(通常称为“铁”)中。磁芯由铁磁材料形成，因此通常构成机器的有效重量的约50％至70％(在一些情况下)。

不存在非铁磁性的已知实用磁性材料，因此可用于减小定子磁芯重量的唯一方法是将其完全移除(通常称之为“空气芯”构型)。然而，由于磁阻的增大，这对定子中的磁场强度具有显著影响，进而对形成的扭矩产生影响。实际上，这种影响大到使得功率与重量的比率可比保留磁芯的情况更糟。

发明内容

本发明涉及电机。在一个方面，此类电机包括定子，该定子具有完全非磁芯和由非超导换位导线形成的用于减少涡流损耗的定子绕组。

该电机还包括转子，该转子具有完全非磁芯和超导绕组或超导磁体，该超导绕组或超导磁体产生用于与定子绕组相互作用的磁场。

低温冷却系统被布置用于冷却定子绕组以减少定子绕组中的传导损耗。

如前所述，移除常规机器中的磁芯导致场强的大幅减小。然而，使用超导绕组或超导磁体使得能够产生极高的场，尽管是完全非磁芯的，但该场能够产生高扭矩，从而产生高功率与重量比。

然而，应当理解，移除定子磁芯将使定子绕组暴露于该高场。常规的非超导定子绕组或超导定子绕组的情况都是如此。这是因为超导定子绕组在暴露于时不变场时仅表现出理想的零损耗——而在电机中，定子绕组清楚地暴露于来自转子的时变场。这些时变场产生涡流损耗，这可导致超导定子绕组骤冷并因此需要关闭机器。

因此，在本发明中，所采取的方法是使用非超导换位导线。在一个实施方案中，换位导线可以是绞合导线。这样，涡流损耗被最小化。然而，显然，传导损耗仍然存在于常规的非超导导线中，因此提供冷却系统来冷却定子绕组。本发明人已发现，通过使用低温冷却系统最大限度地减小传导损耗，机器的性能出人意料地提高。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施方案，附图仅为示意图并且未按比例绘制，并且在附图中：

图1示出了一个实施方案的飞行器；

图2示出了另一个实施方案的飞行器；

图3为图1的飞行器和图2的飞行器中的推进系统的框图；

图4为可用于图3的系统中的电机的示意图；

图5示出了用于为图4的电机中的定子设定操作温度的方法；并且

图6示出了用于四种构型的电机的效率与定子温度的曲线图。

具体实施方式

图1中示出了飞行器101，并且在该示例中包括两个电动推进单元102。

电动推进单元102经由配电总线103连接到电力源，该电力源在本示例中为被配置为驱动电机的内燃机。在图1的具体实施方案中，电力源为涡轮发电机104，其中内燃机为燃气涡轮引擎。在一个另选的实施方案中，内燃机可为活塞引擎或类似装置。另选地，电力源可由燃料电池、蓄电池等来替代。