一种串联超导电机组合的制作方法

本发明属于电机，具体涉及一种串联超导电机组合。

背景技术：

1、高温超导材料在1986年被发现以来，科研人员就构想利用高温超导材料来制造高性能电机。在此之前也有低温超导电机面世，但由于其昂贵的成本始终没有商业化。但高温超导体与低温超导体相比，具有载流能力强，临界温度高，磁场下性能相对较好的优势，因此受到人们的广泛关注。

2、高温超导电机(hts电机)是指用高温超导导线线圈代替常规铜导线线圈作为电机的励磁绕组或电枢绕组而制成的新型高性能电机。高温超导材料具有高载流密度的特性，可以突破铁磁材料饱和磁密的限制，从而有效提高电机的功率密度，减小体积和降低重量。与常规铜导线制成的电机相比，高温超导电机具有以下优势：

3、(1)体积小，重量轻，功率密度高；

4、高温超导导线通电能力(电流密度)要比铜导线大100倍以上，因此用高温超导导线制成的hts电机绕组的重量和体积要比常规电机的小得多。另外常规电机所用到的铁芯的饱和磁感应强度一般小于2特斯拉，而hts电机的高温超导绕组可产生大于5特斯拉的磁场强度。因而hts电机的功率密度可以比常规电机的高得多，其体积和重量可以做到只有常规电机的30％～50％。

5、(2)效率高；

6、高温超导导线电流密度比铜导线高约2个数量级，且几乎无焦耳热损耗。一台4mw的hts电机效率高达98.7％，比同级别的常规电机高出约2.0％。低功率输出时效率依然很高。

7、(3)其他优势如噪音小，维护相对简单等。

8、高温超导电机有直流电机、交流同步电机、直线电机、磁阻电机等多种形式。高温超导导线通过直流电流时的损耗极小、可以忽略，但在交流情况下会有较明显的损耗，如果不在结构上加以创新和优化，这些额外损耗会大幅度抵消采用超导材料获得的效率提高，甚至妨碍高温超导电机的正常运行。

9、为此，我们提出一种串联超导电机组合，来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的技术问题，本发明提出一种串联超导电机组合，旨在优化电机结构形式，提供一种能满足实际工作需求的损耗低、效率高的超导电机结构，节省用电成本。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种串联超导电机组合，包括多组超导电机组和组合电源，所述超导电机组包括全超导电机和半超导电机，所述全超导电机和半超导电机的输出轴通过传动三爪相连接，所述全超导电机和半超导电机分别依次串联后连接在组合电源上以形成超导电机组合，所述全超导电机包括电机壳、定子、转子和低温冷却系统，所述电机壳内为真空状态，所述定子包括定子铁芯和间隔布置在定子铁芯上的多个定子超导绕组，所述定子铁芯可转动的安装在电机壳内，所述转子包括转轴、转子铁芯和间隔布置在转子铁芯上的多个转子超导绕组，所述转轴贯穿电机壳且所述转轴与电机壳旋转连接，所述转子铁芯固定套设在转轴上，所述转轴上设有驱动组件，所述驱动组件的输出端与定子铁芯传动配合且能够驱动定子铁芯相对转子铁芯旋转，所述低温冷却系统用于冷却定子超导绕组和转子超导绕组，所述半超导电机的结构与全超导电机的区别在于绕组材料为铜线绕组。

4、在进一步的技术方案中，所述驱动组件包括齿环、主动齿轮和从动齿轮，所述齿环连接在定子铁芯的一端，所述主动齿轮固定套设在转轴上，所述从动齿轮可旋转的设置在电机壳上，所述齿环和主动齿轮均与从动齿轮相啮合。

5、在进一步的技术方案中，还包括连接板，所述连接板固定连接在电机壳上，所述转轴贯穿连接板并与连接板可转动连接，所述从动齿轮设有多个且环形布置在连接板上，所述从动齿轮均与连接板可旋转连接。

6、在进一步的技术方案中，所述低温冷却系统包括冷媒容器、制冷机、冷媒进管、冷媒出管和低温循环泵，所述冷媒容器和制冷机连通，所述冷媒进管的两端分别与制冷机和电机壳连通，所述冷媒出管的一端连通在电机壳的下方，另一端与低温循环泵连通，所述低温循环泵与冷媒容器连通。

7、在进一步的技术方案中，所述的冷媒采用冷氦气、液氖和液氮中的一种。

8、在进一步的技术方案中，所述定子铁芯的外侧壁上环形布置有多个滑块，所述电机壳的内侧壁上开设有与滑块相配合的滑槽，所述滑块位于滑槽内。

9、在进一步的技术方案中，所述定子超导绕组和转子超导绕组均采用高温超导导线绕制而成。

10、在进一步的技术方案中，所述高温超导导线是bi-2223/ag高温超导导线或bi-2212/ag高温超导导线的一种。

11、在进一步的技术方案中，所述定子超导绕组和转子超导绕组均为跑道型、椭圆形或矩形。

12、在进一步的技术方案中，所述电机壳的形状是圆筒形、立方体和长方体中的一种，所述电机壳内的真空度范围为10pa～0.1mpa。

13、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

14、本发明提供了一种串联超导电机组合的结构，通过全超导电机对轴带动半超导电机高效旋转，从而产生高效的电能，且全超导电机中定子和转子相对运行，定子和转子的磁场变化速度加快，能够增加发电量和发电效率，且定子超导绕组和转子超导绕组在循环低温冷煤产生的低温环境下运行，利用了超导材料零电阻和完全排斥外部磁场等特殊性能，得到功率大、损耗低的超导电机，大幅度提高了超导电机单位质量的功率比，不仅在电机体积小上得到了突破，而且所需制冷效率低，运行可靠，可长时间无故障运行，特别适用于风力发电、水力发电等领域，能够有效的满足实际工作需求，节省用电成本。

1.一种串联超导电机组合，其特征在于，包括多组超导电机组和组合电源(a)，所述超导电机组包括全超导电机(b)和半超导电机(c)，所述全超导电机(b)和半超导电机(c)的输出轴通过传动三爪相连接，所述全超导电机(b)和半超导电机(c)分别依次串联后连接在组合电源(a)上以形成超导电机组合，所述全超导电机(b)包括电机壳(1)、定子、转子和低温冷却系统，所述电机壳(1)内为真空状态，所述定子包括定子铁芯(2)和间隔布置在定子铁芯(2)上的多个定子超导绕组(3)，所述定子铁芯(2)可转动的安装在电机壳(1)内，所述转子包括转轴(4)、转子铁芯(5)和间隔布置在转子铁芯(5)上的多个转子超导绕组(6)，所述转轴(4)贯穿电机壳(1)且所述转轴(4)与电机壳(1)旋转连接，所述转子铁芯(5)固定套设在转轴(4)上，所述转轴(4)上设有驱动组件(7)，所述驱动组件(7)的输出端与定子铁芯(2)传动配合且能够驱动定子铁芯(2)相对转子铁芯(5)旋转，所述低温冷却系统用于冷却定子超导绕组(3)和转子超导绕组(6)，所述半超导电机(c)的结构与全超导电机(b)的区别在于绕组材料为铜线绕组。

2.根据权利要求1所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述驱动组件(7)包括齿环(701)、主动齿轮(702)和从动齿轮(703)，所述齿环(701)连接在定子铁芯(2)的一端，所述主动齿轮(702)固定套设在转轴(4)上，所述从动齿轮(703)可旋转的设置在电机壳(1)上，所述齿环(701)和主动齿轮(702)均与从动齿轮(703)相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，还包括连接板(8)，所述连接板(8)固定连接在电机壳(1)上，所述转轴(4)贯穿连接板(8)并与连接板(8)可转动连接，所述从动齿轮(703)设有多个且环形布置在连接板(8)上，所述从动齿轮(703)均与连接板(8)可旋转连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述低温冷却系统包括冷媒容器(9)、制冷机(10)、冷媒进管(11)、冷媒出管(12)和低温循环泵(13)，所述冷媒容器(9)和制冷机(10)连通，所述冷媒进管(11)的两端分别与制冷机(10)和电机壳(1)连通，所述冷媒出管(12)的一端连通在电机壳(1)的下方，另一端与低温循环泵(13)连通，所述低温循环泵(13)与冷媒容器(9)连通。

5.根据权利要求4所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述的冷媒采用冷氦气、液氖和液氮中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述定子铁芯(2)的外侧壁上环形布置有多个滑块(14)，所述电机壳(1)的内侧壁上开设有与滑块(14)相配合的滑槽，所述滑块(14)位于滑槽内。

7.根据权利要求1所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述定子超导绕组(3)和转子超导绕组(6)均采用高温超导导线绕制而成。

8.根据权利要求7所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述高温超导导线是bi-2223/ag高温超导导线或bi-2212/ag高温超导导线的一种。

9.根据权利要求1所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述定子超导绕组(3)和转子超导绕组(6)均为跑道型、椭圆形或矩形。

10.根据权利要求1所述的一种串联超导电机组合，其特征在于，所述电机壳(1)的形状是圆筒形、立方体和长方体中的一种，所述电机壳(1)内的真空度范围为10pa～0.1mpa。