[发明专利]一种静态密封自预防失超高温超导电机

说明书

本发明涉及一种静态密封自预防失超高温超导电机，包括由外向内依次布置的外定子、第一气隙、转子、第二气隙及高温超导励磁内定子；外定子包括外定子铁心和电枢线圈；转子包括间隔排列的导磁铁心块和非导磁材料块；内定子包括非导磁性绕组支撑、高温超导励磁线圈以及设置于高温超导励磁线圈外侧的导磁环。导磁环既可以为高温超导励磁线圈提供径向磁路，减少高温超导线材用量，又可以为电枢反应磁场提供切向磁路，消除电枢反应磁场对高温超导励磁绕组临界电流的影响。高温超导励磁线圈外部的导磁环具有磁场屏蔽功能，可预防交变的电枢反应磁场作用在高温超导励磁线圈所引起的失超，有效保护了高温超导励磁线圈，提高了电机运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种静态密封自预防失超高温超导电机，属于高温超导电机领域。

背景技术

风能作为目前人类所掌握的开发应用技术最为成熟的可再生能源之一，以其可开发量大、分布区域广、安全环保等优点，日益受到各国政府的普遍关注和高度重视。相较陆上风力发电，海上风力发电因具有风力资源稳定、湍流强度小、风能强劲以及不占用土地资源等优点，已成为风电领域的重要发展方向。对于海上风力发电而言，为提高系统发电效率，降低单位容量发电成本，其单机容量逐渐增大，目前，5MW等级的风力发电机组已投入运行。然而，单机容量的增大，势必使得发电机组体积庞大、质量重，给整个风电机组的制造、运输、安装等带来巨大困难。因此，为减小大容量风力发电机的体积和重量，提高系统发电效率，近年来国内外学者尝试将具有高效率、高功率密度等显著优点的超导电机引入风电领域，开发研制单机容量 10MW以上等级的风力发电机，以期实现整个系统的高效率、低成本运行。

通常，旋转超导电机主要将超导线材用作励磁绕组，采用非导磁支架将其固定于电机转子上，电枢绕组则为常规铜绕组，并采用空气心电枢结构，因此，需使用大量昂贵的超导线材以提供强励磁磁场；同时，为保证超导线材的低温运行条件，必须采用低温耦合传输装置，以动态密封形式实现低温冷却介质在旋转的电机转子与静止的外部制冷设备之间循环流通。故此类超导电机不仅价格昂贵，而且为保证低温耦合传输装置的密封性能，还需对其定期维护，大大增加了运行成本，并降低了系统可靠性。为降低超导电机的加工难度及制造成本，近年来国内外学者提出了一类超导绕组静止不动的静态密封高温超导电机及其构成的风力发电系统，从而去除了结构复杂的低温传输耦合器、介于低温环境与室温环境之间的力矩管以及采集超导绕组的温度、电流及电压等检测信号所必需的滑环和电刷，因此，改善了该类电机的运行稳定性。

然而，对于上述静态密封高温超导电机而言，由于交变的电枢反应磁场直接作用于超导绕组，容易引发失超，不利于风电系统的稳定运行。因此，基于静态密封超导电机冷却系统简单的特点，结合动态密封超导电机的超导励磁绕组通以直流电流获得强磁场的特性，提出兼具高功率密度、高效率、低成本、运行可靠优点的新型具有自预防失超能力的静态密封高温超导电机，对于海上风力发电的长足发展具有重要的理论意义与工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有静态密封高温超导电机中存在的电枢反应磁场导致的高温超导绕组失超问题，提出一种新型静态密封自预防失超双定子高温超导电机，从而解决现有技术存在的上述问题。为达到上述目的，本发明拟采用如下技术方案：一种静态密封自预防失超高温超导电机,包括由外向内依次布置的外定子、转子及高温超导励磁内定子；所述的外定子与转子之间具有第一气隙，所述的高温超导励磁内定子与转子之间具有第二气隙；所述的外定子包括外定子铁心和固定于外定子铁心内侧面的电枢线圈；所述的转子包括间隔排列的导磁铁心块和非导磁材料块；所述的高温超导励磁内定子包括非导磁性绕组支撑及固定于非导磁性绕组支撑上的高温超导励磁线圈；所述高温超导励磁线圈的极对数psc、导磁铁心块的个数nr、以及电枢线圈的等效极对数ps满足以下关系：psc＝nr-ps；所述的高温超导励磁内定子还包括设置于高温超导励磁线圈外侧的导磁环。