[发明专利]一种用于降低交流损耗的超导低温恒温器

说明书

本发明公开了一种用于降低交流损耗的超导低温恒温器，属于超导电磁装置领域。该恒温器包括：恒温器外壳、支撑结构件、冷却区域壳体、冷却剂、导磁块和超导体；超导体浸泡在冷却剂中构成冷却浸泡区域，导磁块与冷却浸泡区域共同构成冷却区域；冷却区域包裹在冷却区域壳体内；冷却区域壳体包裹在恒温器外壳内，两者之间为真空区域；支撑结构件均匀分布在恒温器外壳与冷却区域外壳之间。本发明通过在冷却区域设置导磁块，能够吸收超导线圈周围的交变磁场，有效减小外部交变磁场对超导线圈的干扰，以及超导线圈的交流损耗，提高超导线圈的安全性与可靠性。

技术领域

本发明属于超导电磁装置领域，更具体地，涉及一种用于降低交流损耗的超导低温恒温器。

背景技术

由于拥有巨大的资源空间和相对稳定的风能，近十年来，海上风能市场得以持续发展。如今，近海风电行业有向大型直驱风力发电机(10MW或更高)发展的趋势，因为随着涡轮机尺寸的增大，其整个生命周期内的成本/MW降低。然而，大功率直接驱动风力发电机需要产生大扭矩，这导致它们对于诸如永磁电机和电励磁同步电机的常规风力发电机拓扑而言是巨大的。因此，大规模海上风力发电迫切需要开发高转矩密度的电机。而许多高转矩密度的电机中，超导电机被认为是大规模海上风力发电应用的最佳选择之一。

近年来，超导电机的研究迅猛发展，但主要研究拓扑为超导同步发电机，同时采用集成化低温恒温器。在集成化恒温器中，所有超导线圈都集中在同一个恒温容器里，对于大功率超导电机，这会导致运输、安装及维护的困难性。另外，由于恒温器需要较大的冷却空间，会明显增加电机的物理气隙，导致生成同样大的气隙磁密时，需要的超导带材大量增加，消耗了巨大超导成本。而采用模块化低温恒温器能有效解决上述问题，每个超导线圈都有自己单独的低温恒温器。但是，由于超导电机内部磁场复杂，在该磁场环境下，超导线圈会产生交流损耗。特别是全超导电机，超导线圈直接处于大的交变磁场中，电机交流损耗大，会明显增加超导线圈的冷却的复杂程度，特别严重的情况下，会导致超导线圈过热失超，损坏设备。因此，降低超导线圈交流损耗是超导电机设计中非常重要的研究课题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于降低交流损耗的超导低温恒温器，其目的在于减小外部交流磁场导致的超导交流损耗。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于降低交流损耗的超导低温恒温器，包括：恒温器外壳、支撑结构件、冷却区域壳体、冷却剂、导磁块和超导体；

超导体浸泡在冷却剂中构成冷却浸泡区域，导磁块与冷却浸泡区域共同构成冷却区域；冷却区域包裹在冷却区域壳体内；

冷却区域壳体包裹在恒温器外壳内，两者之间为真空区域；

支撑结构件均匀分布在恒温器外壳与冷却区域外壳之间。

进一步地，导磁块为一块，位于超导体的上方或下方。

进一步地，导磁块为多块，各个导磁块分开放置于超导体的四周，不能相连。

优选地，导磁块为立方体结构或“凹”字形结构。

进一步地，导磁块由厚度为0.1或0.2mm的硅钢片堆叠形成，或采用SMC复合材料。

优选地，导磁块的宽度为超导体宽度的3倍。

进一步地，导磁块和超导体垂直方向的最优距离以最大限度的降低交流损耗为目标选取。

本发明还提供了一种全超导电机，上述超导低温恒温器包裹在全超导电机的超导励磁绕组上；每个超导励磁绕组对应一个单独的超导低温恒温器。

本发明还提供了一种磁场调制类超导电机，上述超导低温恒温器包裹在磁场调制类超导电机的超导励磁绕组上；每个超导励磁绕组对应一个单独的超导低温恒温器。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。