[发明专利]具有感应馈电和持续电流的混合绕线转子电机和发电机

说明书

具有感应馈电和持续电流的混合绕线转子电机和发电机。在一个或更多个示例中，一种在发电机模式下操作的系统包括低温制冷机以冷却超导线圈。该系统还包括磁通泵以向超导线圈提供磁通。另外，该系统包括原动机的轴以接收转矩以使转子旋转。另外，该系统包括超导线圈以通过旋转磁场与主定子线圈电相互作用。此外，该系统包括控制定子线圈以从控制器接收电流并与非超导线圈电相互作用。在一个或更多个示例中，与由超导线圈单独生成的磁场的大小、相位和/或频率相比，改变超导线圈和非超导线圈的旋转磁场的大小、相位和/或频率，以控制输出电压的大小、相位和/或频率。

技术领域

本公开涉及转子电机/发电机。具体地，本公开涉及一种具有感应馈电和持续电流的混合绕线转子电机/发电机。

背景技术

为了增加飞行器中的电力推进的使用，一直期望开发具有更高比功率的技术。示例包括高功率密度电机和发电机(M/G)以及功率转换设备。

为了实现高比功率，常常期望电机/发电机(M/G)中的超导绕组。超导体中的电流密度远大于诸如铜或铝的传统导体，并且功率常常是转子中的电流和定子绕组中的电流的函数。超导绕组通常实现于转子中，该转子经历基本恒定的磁场，因此具有低损耗。由于超导体需要低温温度以保持其超导状态，所以任何损耗均需要诸如低温制冷机(cryocooler)的冷却装置来去除热。然而，如果损耗非常高，则低温制冷机的重量抵消了超导装置的重量优势。

通常，用于这些超导M/G的定子绕组是传统导体，其中定子经历显著变化的磁场。在大多数设计中，由于这些变化而引起的损耗对于当今的超导体而言太高，无法将其包括在定子绕组中。

目前，在绕线转子中建立电流的一个方法是通过使用电刷。除了由于电刷的磨损而引起的维护问题之外，使电流流入超导绕组中的正常导体的存在给系统带来大量的热，其必须通过制冷系统去除。这通常意味着设计必须由许多匝组成，这生成高电感和低电流。

避免向转子中引入电流的一个方法是使用块状俘获磁通磁体形式的超导体，类似于功率永磁体。此构思的问题在于难以原位激励超导体。此外，难以短时间内关闭磁化。因此，如果定子绕组中存在短路，则来自转子的磁场将继续在这些线圈上施加电压，并且存在定子绕组将过热并且可能着火的危险。

替代方法是使用感应来激励转子绕组。然而，超导体所经历的变化场引起大的损耗，这使得冷却系统过重。

鉴于上述，需要改进的高功率密度电学M/G设计。

发明内容

本公开涉及一种用于具有感应馈电和持续电流的混合绕线转子电机/发电机的方法、系统和设备。在一个或更多个示例中，一种用于装置在发电机模式下的操作的方法包括：利用低温制冷机来冷却转子的超导线圈，直至超导线圈的绕组的温度处于超导操作温度。该方法还包括：由磁通泵向超导线圈提供磁通，直至流过超导线圈的绕组的持续电流处于持续操作电流。另外，该方法包括：从原动机的轴接收转矩以使转子旋转。另外，该方法包括：通过超导线圈的持续电流和转子的旋转来生成旋转磁场。另外，该方法包括：由超导线圈通过旋转磁场与主定子线圈电相互作用。另外，该方法包括：通过与主定子线圈耦合的超导线圈的旋转磁场在主定子线圈内生成电动势(EMF)。另外，该方法包括：由控制定子线圈从控制器接收电流。另外，该方法包括：由控制定子线圈与转子的非超导线圈电相互作用。另外，该方法包括：通过控制定子线圈的电流的磁场在非超导线圈内感应控制电流。另外，该方法包括：通过非超导线圈内的控制电流生成磁场以与主定子线圈耦合。另外，该方法包括：通过非超导线圈内的控制电流所生成的磁场来调制超导线圈所生成的磁场。此外，该方法包括：与由超导线圈单独生成的磁场的大小、相位和频率中的至少一个相比，改变线圈和非超导线圈的旋转磁场的组合的大小、相位和频率中的至少一个，以控制输出电压的大小、相位和频率中的至少一个。