[发明专利]一种高温超导电机转子及其装配方法

说明书

本发明公开了一种高温超导电机转子，由转轴、制冷机冷媒传输管路、多个冷头和模块化超导磁体组以及盘式滑环构成，还公开了其装配方法，本发明在降低低温制冷系统的设计难度，减少低温制冷系统的数量，减少体积和重量，降低电机装配的技术要求和难度、降低维修维护难度、提高整机可靠性、提高磁体系统刚度等方面均有较大程度的创新，特别适合在高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、运行成本低等要求的船舶推进用高温超导电动机或高温超导直驱风力发电机中运用。

技术领域

本发明属于超导应用领域，具体涉及一种高温超导电机转子，以及其装配方法。

背景技术

由于超导材料具有在低温环境下电阻变为零的零电阻效应，转子绕组采用超导材料研制成的超导磁体将无功率损耗，进而极大提高电机的效率。此外，与常规铜绕组相比，超导磁体能在强磁场下承载更高的电流，从而使超导电机具有体积小、重量轻、功率密度大以及转矩密度大等优势。近年来，许多研究人员都致力开发一种可行的，高可靠性的高温超导电机。

美国于2008年完成了36.5MW高温超导推进电机样机的研制，基本具备工程化研制能力。德国西门子公司在2011年又成功研制4MW高温超导电动机。韩国为超导技术的发展制定了DAPAS计划，日本于2013年完成 3MW高温超导推进电机的研制。国内中国船舶集团公司第七一二研究所分别于2007年、2012年以及2019年完成100kW高温超导电机、1000kW高温超导电动机以及2MW高温超导直驱风力发电机研制的研制。清华大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学，分别开展了定子超导电枢同步电机、定子超导感应电机和混合磁通超导电机等研制工作。

现有技术中，有多种高温超导电机转子结构。大部分高温超导电机的超导磁体均安装固定于一个低温部件上，磁体与磁体之间通过电流引线串联在一起，与外部磁体电流源形成一个电路回路。其中，为了提供低温真空环境，所有超导磁体与低温部件一起置于一个巨大的真空容器中。在运行工况下，如果其中一个高温超导磁体发生故障而失效，另一个线圈就会通过多米诺骨牌效应也失效。此外，为了对发生故障的高温超导磁体进行维修或更换，则需要打开该真空容器，但如此巨大的真空容器给超导磁体的维修维护带来了很大的难度。

基于此，提出一种基于模块化超导磁体组的高温超导电机转子，既能满足超导磁体运行环境（低温、真空与通流）的要求，又能满足电机性能要求（刚强度以及漏热）、还能满足电机转子维修简单、高可靠性的要求，其中超导磁体组在结构上是相互独立的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一是从模块化超导磁体及其支撑组件的结构入手，考虑低温管路以及电流引线的连接，提供一种能满足实际工作需求的高温超导电机转子。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导电机转子，由转轴、制冷机冷媒传输管路、M个（M≥2）个冷头和M个模块化超导磁体组、盘式滑环以及电流引线构成；所述的转轴由法兰轴以及通过加强筋与法兰轴连接的转轴筒体组成；所述的制冷机冷媒传输管路由与冷头连接的冷媒总进管和冷媒总回管组成，冷媒总回管通过冷媒传输装置连接压缩机，冷媒总进管和冷媒总回管上分别设置有M个冷媒进管支管和冷媒回管支管，冷媒总进管和冷媒总回管分别通过冷媒传输装置连接制冷机；所述的模块化超导磁体组由均匀设置在转轴筒体上的N+1个（N≥1）超导磁体盒以及连接超导磁体盒的N个电流引线连接管和N个冷媒连接管组成；所述的盘式滑环由径向和轴向均带螺纹孔的绝缘底板、呈同心式分布在绝缘底板上的多个局部带凸台的铜滑环和双倍数量的一端带螺纹一端为接线端的铜导电杆组成；所述的超导磁体盒由超导磁体、容器上盖板、容器下底板以及框架组件组成，所述的容器上盖板和容器下底板分别通过多个支撑组件与超导磁体连接，所述的容器上盖板和容器下底板均由本体和本体左右侧成对出现的连接块组成，所述的框架组件内设置有换热器和冷媒传输泵，换热器由冷头冷却；所述的超导磁体通过电流引线和冷媒传输管分别连接铜导电杆和换热器，各形成一个回路；