[实用新型]一种基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机

说明书

本实用新型公开了一种基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机，包括定子和相对于定子转动的转子，所述转子的转子磁体包括第一磁体和第二磁体；所述第一磁体包括永磁材料；所述第二磁体包括混合磁体，所述第一磁体和第二磁体均匀布置于转子铁芯；所述混合磁体包括超导磁体和永磁体，所述超导磁体与所述永磁体堆叠固定。本实用新型公开的基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机，相对于同体积的永磁同步电动机，功率密度和磁体的磁场上限明显提高，极限转矩大；相对于同样极限转矩的超导同步电动机，不需要额外的励磁装置，制造成本和维护成本低，且安全性可靠高。

技术领域

本实用新型涉及同步电动机技术领域，尤其涉及一种基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机。

背景技术

同步电动机是属于交流电机，定子绕组与异步电动机相同，转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度相同。同步电动机的转子转速n与磁极对数p、电源频率f之间满足n＝60f/p，即转速n决定于电源频率f。所以，当电机电源频率一定时，转速不变，与负载无关，具有运行稳定性高和过载能力大等特点，常用于多机同步传动系统、精密调速稳速系统和大型设备(如轧钢机)等。

传统同步电动机的转子磁体采用稀土永磁体，而稀土永磁体存在磁场强度上限，且功率密度相对较低，限制了同步电动机的转子磁场上限，使得电动机转矩存在上限。而在工业应用中，很多场合要求电动机产生更大的转矩，那么只能通过增大电动机的体积来实现。考虑到同体积的超导磁体明显大于稀土永磁体磁场强度，采用以超导堆叠带材作为转子磁体的同步电动机，能够克服了电动机的磁场上限与功率密度问题。但存在成本高、励磁困难和运行可靠性不高的新问题：1)为了使堆叠带材的磁场强度超过永磁体，需要大量的超导带材堆叠在一起，使得超导转子磁体是转子磁体的数倍；2)进一步地，由于定子线圈的线径和匝数限制，其产生的脉冲磁场往往不能完全磁化渗透较厚的超导堆叠带材，而额外的励磁装置会增加电动机的体积和成本；3)超导转子磁体同步电动机的转子磁场完全依赖超导堆叠带材中稳定的超导恒流。因此，超导磁体制冷系统一旦失效，引起超导堆叠带材失超，超导恒流会很快由于发热而消失，导致电动机的转子磁场消失，电动机将停转。因此，超导转子磁体同步电动机的失超问题安全隐忧限制了其应用于安全要求更高的场合，如航空电动机，船用电动机等。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机，能够兼顾较高的转子磁场强度、较小的转子体积和较高的安全可靠性，且经济成本较低。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何通过合理的设计，能够兼顾转子磁场强度高、转子体积小、安全可靠性高且经济成本低的基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于超导永磁混合转子磁体的同步电动机，包括定子和相对于定子转动的转子，所述转子的转子磁体包括第一磁体和第二磁体；其中，所述第一磁体包括永磁材料；所述第二磁体包括混合磁体，所述第一磁体和所述第二磁体的数量相等，沿所述转子圆周等间隔交叉布置于转子铁芯；所述混合磁体包括超导磁体和永磁体，所述超导磁体与所述永磁体堆叠固定。

可选地，所述的超导磁体，由若干层超导带材堆叠组成。

可选地，所述超导磁体沿转子半径延伸方向堆叠固定在所述永磁体内圈或外圈。

可选地，所述超导带材为YBCO高温超导带材。

可选地，所述混合磁体的厚度为5mm。

可选地，超导带材堆叠的厚度为0.5mm，永磁体厚度为4.5mm。

可选地，所述永磁材料和所述永磁体采用基于钕铁硼或铝镍钴的稀土永磁体。

可选地，还包括用于保持所述超导永磁混合磁体超导性能的液氮冷却装置；所述液氮冷却装置与所述超导永磁混合磁体通过接触式交换制冷或者直接浸泡式制冷。