CN110912376A - 电机 - Google Patents
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Abstract
本发明题为“电机”。本发明示出了一种电机（304）。该电机包括定子（401），该定子具有完全非磁芯（402）和由非超导换位导线形成的用于减少涡流损耗的定子绕组（403）。该电机还包括转子（404），该转子具有完全非磁芯和超导绕组（405）或超导磁体，所述超导绕组或超导磁体产生用于与定子绕组相互作用的磁场。低温冷却***（408，409）被布置用于冷却定子绕组以减少定子绕组中的传导损耗。
Description
技术领域
本公开涉及电机。
背景技术
虽然使用电机进行航空推进是已知的，但常规的电机通常不具有在大型客机中使用的足够的比扭矩和功率密度(无论在重量还是体积方面进行测量)。
常规电机的大部分重量可存在于其磁芯(通常称为“铁”)中。磁芯由铁磁材料形成，因此通常构成机器的有效重量的约50％至70％(在一些情况下)。
不存在非铁磁性的已知实用磁性材料，因此可用于减小定子磁芯重量的唯一方法是将其完全移除(通常称之为“空气芯”构型)。然而，由于磁阻的增大，这对定子中的磁场强度具有显著影响，进而对形成的扭矩产生影响。实际上，这种影响大到使得功率与重量的比率可比保留磁芯的情况更糟。
发明内容
本发明涉及电机。在一个方面，此类电机包括定子，该定子具有完全非磁芯和由非超导换位导线形成的用于减少涡流损耗的定子绕组。
该电机还包括转子，该转子具有完全非磁芯和超导绕组或超导磁体，该超导绕组或超导磁体产生用于与定子绕组相互作用的磁场。
低温冷却***被布置用于冷却定子绕组以减少定子绕组中的传导损耗。
如前所述，移除常规机器中的磁芯导致场强的大幅减小。然而，使用超导绕组或超导磁体使得能够产生极高的场，尽管是完全非磁芯的，但该场能够产生高扭矩，从而产生高功率与重量比。
然而，应当理解，移除定子磁芯将使定子绕组暴露于该高场。常规的非超导定子绕组或超导定子绕组的情况都是如此。这是因为超导定子绕组在暴露于时不变场时仅表现出理想的零损耗——而在电机中，定子绕组清楚地暴露于来自转子的时变场。这些时变场产生涡流损耗，这可导致超导定子绕组骤冷并因此需要关闭机器。
因此，在本发明中，所采取的方法是使用非超导换位导线。在一个实施方案中，换位导线可以是绞合导线。这样，涡流损耗被最小化。然而，显然，传导损耗仍然存在于常规的非超导导线中，因此提供冷却***来冷却定子绕组。本发明人已发现，通过使用低温冷却***最大限度地减小传导损耗，机器的性能出人意料地提高。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施方案，附图仅为示意图并且未按比例绘制，并且在附图中：
图1示出了一个实施方案的飞行器；
图2示出了另一个实施方案的飞行器；
图3为图1的飞行器和图2的飞行器中的推进***的框图；
图4为可用于图3的***中的电机的示意图；
图5示出了用于为图4的电机中的定子设定操作温度的方法；并且
图6示出了用于四种构型的电机的效率与定子温度的曲线图。
具体实施方式
图1中示出了飞行器101，并且在该示例中包括两个电动推进单元102。
电动推进单元102经由配电总线103连接到电力源，该电力源在本示例中为被配置为驱动电机的内燃机。在图1的具体实施方案中，电力源为涡轮发电机104，其中内燃机为燃气涡轮引擎。在一个另选的实施方案中，内燃机可为活塞引擎或类似装置。另选地，电力源可由燃料电池、蓄电池等来替代。
每个电动推进单元102包括被配置为驱动推进风扇的电机。在本示例中，电动推进单元102为涵道风扇，但应当理解，在另选的实施方案中，电动推进单元102可被配置作为开放式推进器(一种推进风扇)，或能够通过使入射气流中的压力升高而产生推力的任何其它构型。
图2中示出了另选的飞行器201，并且在该示例中包括分别含有相应的电机的两个涡轮风扇引擎202。电机充当电力源，其经由配电总线203提供到边界层摄取***204。边界层摄取***204包括被配置为驱动风扇的电机，这改进了飞行器201的推进效率。
图3中以框图形式示出了飞行器101和飞行器201两者所采用的推进***的公共特征。因此，在本示例中，燃气涡轮引擎301通过互连轴驱动作为发电机工作的电机302，从而提供电力源。该电力分布在总线303上。另一个电机302从总线303提取电力，在这种情况下其作为马达工作。该电机继而通过互连轴驱动推进风扇304，从而提供推进。应当理解，在该实施方案中，发电机和马达由相同构型的电机302提供。然而，在另选的实施方案中，马达和发电机可具有不同构型。应当理解，根据飞行器(例如，飞行器101)的构型，可提供另外的推进风扇和用于驱动它们的电机。
还应当理解，可提供附加的电力源，其形式为另外的涡轮发电机、燃料电池或蓄电池等或它们的任何组合(例如，与飞行器201一样)。
在本实施方案中，电机302具有本文受权利要求书保护的类型。图4中示出了沿子午面的横截面以及支撑硬件。
如前所述，电机302包括具有完全非磁芯402(也称为“空气芯”)和非超导绕组403的定子401。在本实施方案中，非磁芯402包括其中嵌入有非超导绕组403的树脂。在一个具体的实施方案中，树脂为聚合物树脂，例如环氧树脂、聚氨酯树脂等。另选的非磁芯材料和/或支撑框架可用于在操作期间支撑非超导绕组403以处理反应扭矩。
非超导绕组403由换位导线形成。换位导线是多股导线，其中每根股线均为绝缘的并且为了沿特定长度占据每个可能位置而换位。股线的换位可以是连续的、离散的或无规的。这样，当导线暴露于磁场时，每根股线将通常与跟每一其他股线相同数量的磁通线相连，从而在股线之间平均地划分电流。股线具有足够小的直径以致可能发生小的集肤效应，从而减少由旋转转子场引起的感生涡电流带来的损失。
在本实施方案中，定子401中的非超导绕组403由绞合导线形成。绞合导线是一种特定类型的换位导线，其中圆形横截面的股线沿电缆长度连续地换位。可设想其他换位导线，诸如使用在离散间隔处换位的矩形股线的罗贝尔导线。
在一个实施方案中，可选择小于1毫米的股线直径。例如，可使用0.3毫米、0.2毫米、0.1毫米和0.08毫米的股线直径。
在一个实施方案中，换位导线可由铜形成。在另一个实施方案中，换位导线可由铝形成。另选地，可选择任何其他非超导导线。
电机302还包括转子404，该转子也具有完全非磁芯以及超导绕组405。另选地，转子404可包括超导磁体。在本示例中，超导绕组405安装到由轴承407支撑的轴406上。
提供低温冷却***以使超导绕组405保持在超导状态下。在本示例中，低温冷却***包括用于储存低温冷却流体的低温罐408，以及用于循环流体的泵409，在本实施方案中，该流体为液氮。在返回路径中包括冷却器410以除去热量。可使用另选的流体，例如液氦等。此类布置方式对本领域的技术人员来说将是熟知的。
在本实施方案中，低温冷却***也用于冷却非超导定子绕组403。在另选的布置方式中，可提供两个低温冷却***，以用于定子401和转子404各自进行专用冷却。
在本实施方案中，低温冷却***为高温型低温冷却***。本领域的技术人员应当理解，术语“高温型低温”从温度角度来说在本领域中具有223开氏度的一般定义上限。在一个实施方案中，低温冷却***被配置为将非超导绕组403保持在低温温度，即223开氏度或以下。
应当指出的是，利用与超导绕组405相同的低温冷却***来冷却非超导绕组403的一个优点在于降低了其与转子404中的超导绕组405之间的温差。这有利于减小气隙，因为需要较少的绝热。
例如，在本实施方案中，转子404和定子401之间的气隙长度包括10毫米的机械间隙加上2毫米的隔热，以有利于它们之间充分的热隔离。这使得定子中的低温操作温度高于转子中的低温操作温度。然而，预期使非超导绕组403的操作温度更接近超导绕组405的操作温度将有利于将该气隙减小到较小的长度，例如5毫米。因此，气隙长度将不再由所需的隔热决定，而是由不需要如此大的气隙长度的转子动力约束决定。
在图4的具体实施方案中，定子401还包括磁屏411以容纳由超导绕组405生成的高场。在一个示例中，磁屏可以是超导磁屏，其冷却由低温冷却***提供。
在本实施方案中，电机302被配置为在12000转/分钟的速度下具有1兆瓦的功率输出。在本示例中，电机为8磁极机器，然而也可设想16磁极构造。此外，定子绕组403中的电流密度可为8安培/平方毫米，或者另选地，可为16安培/平方毫米，这取决于所需的功率输出。还设想，定子绕组403将以800赫兹的频率被供给交流电。
然而，应当理解，极数、电流密度和频率的选择在很大程度上取决于机器的预期应用(尤其是在功率输出和供应特性方面)，因此可采用不同的各参数值。
如前所述，电机302将由换位导线形成的非超导定子绕组403结合到非磁芯定子401中，并通过低温冷却***对其进行冷却。
应当理解，随着温度的降低，回路中涡电流的大小以及与之相关联的损耗由于伴随的电导率上升而增加。涡电流还与股线半径的平方成正比。传导损耗与电阻率成正比，但仅取决于总的导线体积，而不取决于股线半径。因此，其大小不受换位导线使用的影响，而仅随温度变化。
因此，随着温度下降，传导损耗的下降比涡流损耗的增加更急剧。最终，温度将下降到绕组的残余电阻率的点，并且传导损耗将基本恒定，而以涡流损耗为主。本发明人已确定，使用被布置用于冷却非超导定子绕组403的低温冷却***将机器302置于操作方案中，该操作方案在这些损耗机制之间提供极为有效的平衡。
虽然预期在本文所定义的任何低温温度下操作非超导定子绕组403将产生这种效应，但在图5中给出用于确定定子绕组403的最佳低温温度的方法。
常规的机器设计公式通常将转子扭矩与转子体积和假定的电负荷和磁负荷相关联。然而，就电机302而言，非磁芯402意味着由超导绕组405产生的磁场不是恒定的，而是径向位置的复杂函数。
然而，假设没有谐波场并且电机302的功率因数接近于1，可能将机器产生的扭矩与转子体积和仅定子和转子的电负荷相关联。
因此，在步骤501处，设置初始参数集：
τ：由电机302产生的扭矩；
g：定子401和转子404之间的磁气隙长度；
n：磁极对数；
Js：定子401的非超导绕组403中的电流密度；
Jr：转子404的超导绕组405中的电流密度；
α：电机302的纵横比；
hs：定子401的非超导绕组403的径向高度；
hr：转子404的超导绕组405的径向高度。
在步骤502处，可通过使用以下关系式来评估定子401中的非超导绕组403的平均直径Ds：
τ＝kτJsJrf(Ds) [公式1]
其中：
和：
公式1、2和3源于针对放置在超导绕组405的平均直径Dr处的电流片的自由空间中磁场分布的二维解析解，其中Dr与Ds、hs和g相关。这使得Ds处的磁场以Dr、Jr和n来表示。
可使用例如牛顿法来求解公式1以得出Ds。
一旦已对Ds进行求值，则可在步骤503处对该位置处的磁场进行求值。
非超导绕组403的一根股线中的涡流损耗Peddy可表示为：
其中B为磁场强度，ω为取决于转子速度和磁极对数n的频率，rstrand为换位导线中的股线的半径，并且ρ(T)为换位导线在给定绝对温度T下的电阻率。
非超导绕组403的一根股线中的传导损耗Pconduction可表示为：
Pconduction＝Js 2ρ(T) [公式5]
以这种方式定义，Peddy和Pconduction两者均以瓦特/立方米为单位。
因此，可构造出由于这些机制而在特定绝对温度T下的总损耗Ptot的表达式：
Ptot＝V(Peddy+Pconduction) [公式6]
其中V为非超导绕组403的总体积。
因此，可在步骤505处通过将公式6相对于ρ进行微分来确定提供最低损耗的ρ的值，以确定非超导绕组403被冷却到的最佳温度。这就产生了针对ρ的以下关系式：
然后，可通过使用针对非超导绕组403所选择的特定材料的已确立的电导率对温度数据，将该ρ值转换为温度。
当然，本领域的技术人员应当理解，确立最佳操作温度的其他方法也可为有效的，并且可用于代替图5给出的方法。
电机302的效率相对于定子401中的非超导绕组403的操作温度的示例性曲线图在图6中示出。可以看出，在低温范围内获得了高效率。
通过图5的方法生成曲线601，其针对具有1兆瓦目标功率、12000转/分钟的速度、8个磁极、具有0.1毫米的股线直径的铜绞合线绕组403、以及电流密度Js为8安培/平方毫米的机器。在确定此类配置的电机302的尺寸之后，推导出20.1千瓦/千克的估计功率密度。非超导绕组403的最佳操作温度为104.8开氏度，继而得出估计效率为99.87％。
通过图5的方法生成曲线602，其针对具有1兆瓦目标功率、12000转/分钟的速度、8个磁极、具有0.1毫米的股线直径的铜绞合线绕组403、以及电流密度Js为16安培/平方毫米的机器。在确定此类配置的电机302的尺寸之后，推导出29.4千瓦/千克的估计功率密度。非超导绕组403的最佳操作温度为68.4开氏度，继而得出估计效率为99.85％。
通过图5的方法生成曲线603，其针对具有1兆瓦目标功率、12000转/分钟的速度、8个磁极、具有0.1毫米的股线直径的铝绞合线绕组403、以及电流密度Js为8安培/平方毫米的机器。在确定此类配置的电机302的尺寸之后，推导出26.3千瓦/千克的估计功率密度。非超导绕组403的最佳操作温度为87.7开氏度，继而得出估计效率为99.86％。
通过图5的方法生成曲线604，其针对具有1兆瓦目标功率、12000转/分钟的速度、8个磁极、具有0.1毫米的股线直径的铝绞合线绕组403、以及电流密度Js为16安培/平方毫米的机器。在确定此类配置的电机302的尺寸之后，推导出36.6千瓦/千克的估计功率密度。非超导绕组403的最佳操作温度为70.3开氏度，继而得出估计效率为99.85％。
已经描述了各种示例，每个示例都以各种特征组合为特征。本领域技术人员将理解，除非明显相互排斥，否则任何特征可单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本发明扩展到并包括本文所述的一个或多个特征的所有组合和子组合。
Claims (15)
1.一种电机，包括：
定子，所述定子具有完全非磁芯和由非超导换位导线形成的用于减少涡流损耗的定子绕组；
转子，所述转子具有完全非磁芯和超导绕组或超导磁体，所述超导绕组或超导磁体产生用于与所述定子绕组相互作用的磁场；和
低温冷却***，所述低温冷却***被布置用于冷却所述定子绕组以减少所述定子绕组中的传导损耗。
2.根据权利要求1所述的电机，其中所述换位导线为绞合导线。
3.根据权利要求1所述的电机，其中所述定子绕组由直径小于1毫米的股线形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其中所述定子绕组由下列中的一者形成：
铜；
铝。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的电机，其中所述低温冷却***为高温型低温冷却***。
6.根据权利要求5所述的电机，其中所述低温冷却***被配置为在操作中使所述定子绕组保持在223开氏度或更低的温度。
7.根据权利要求1所述的电机，其中所述低温冷却***被布置成冷却除所述定子绕组之外的所述转子中的所述超导绕组或超导磁体。
8.根据权利要求1所述的电机，其中所述定子中的所述完全非磁芯包括树脂。
9.根据权利要求1所述的电机，包括下列中的一者：
8个磁极；
16个磁极。
10.根据权利要求1所述的电机，其中在操作中，所述定子绕组中的电流密度为下列中的一者：
8安培/平方毫米；
16安培/平方毫米。
11.根据权利要求1所述的电机，其中在操作中，所述定子绕组以800赫兹的频率被供给交流电。
12.一种用于飞行器的推进***，包括：
电网，所述电网用于分配电力；
电力源，所述电力源与所述电网连接；和
根据权利要求1所述的一个或多个电机，所述一个或多个电机与所述电网连接用以驱动风扇以推进所述飞行器。
13.根据权利要求12所述的推进***，其中所述一个或多个电机中的至少一个电机驱动边界层摄取风扇。
14.一种用于飞行器的推进***，包括：
电网，所述电网用于分配电力；
根据权利要求1所述的一个或多个电机，所述一个或多个电机与所述电网连接用以生成所述电力；和
一个或多个电力推进单元，所述一个或多个电力推进单元与所述电网连接用以推进所述飞行器。
15.根据权利要求14所述的推进***，其中所述或每个电机由相应的内燃机驱动，并且任选地其中所述或每个内燃机为下列中的一者：
活塞引擎；
涡轮机。
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|---|---|---|---|---|
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| DE102022204761A1 (de) | 2022-05-16 | 2023-11-16 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Antriebssystem für ein Luftfahrzeug |
| US20240030766A1 (en) * | 2022-07-22 | 2024-01-25 | Raytheon Technologies Corporation | Indirect rotor cooling of electric machine |
| EP4376266A1 (en) * | 2022-11-24 | 2024-05-29 | GKN Aerospace Services Limited | Electric machine having cryocooled armature litz windings |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6489701B1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-12-03 | American Superconductor Corporation | Superconducting rotating machines |
| US20070270314A1 (en) * | 2006-05-19 | 2007-11-22 | Xianrui Huang | A low ac loss single-filament superconductor for a superconducting magnet and method of making same |
| US20110239443A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-10-06 | Korea Polytechnic University Industry Academic Cooperation Foundation | Multiple transposition method for superconducting wire |
| CN102668327A (zh) * | 2009-09-29 | 2012-09-12 | 美国超导公司 | 定子组件 |
| CN102969873A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-13 | 清华大学 | 一种高温超导电机 |
| CN103312124A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-18 | 北京交通大学 | 一种阵列式转子磁极结构的高温超导同步电动机 |
| CN107707090A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-16 | 东南大学 | 双定子超导无刷双馈风力发电机 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4058746A (en) * | 1973-01-29 | 1977-11-15 | Westinghouse Electric Corporation | Dynamoelectric machinery utilizing superconductive windings |
| US5177054A (en) * | 1991-04-08 | 1993-01-05 | Emerson Electric Co. | Flux trapped superconductor motor and method therefor |
| US7211919B2 (en) * | 1999-08-16 | 2007-05-01 | American Superconductor Corporation | Thermally-conductive stator support structure |
| SE0001748D0 (sv) * | 2000-03-30 | 2000-05-12 | Abb Ab | Induktionslindning |
| US6605886B2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-08-12 | General Electric Company | High temperature superconductor synchronous rotor coil support insulator |
| US7282832B2 (en) * | 2001-09-19 | 2007-10-16 | American Superconductor Corporation | Axially-expandable EM shield |
| US7545062B2 (en) * | 2006-05-26 | 2009-06-09 | Satcon Technology Corporation | Devices and systems for cooling insulated, strip-laminated structures by convection |
| US7492073B2 (en) * | 2006-06-30 | 2009-02-17 | General Electric Company | Superconducting rotating machines with stationary field coils |
| GB0723149D0 (en) * | 2007-11-27 | 2008-01-02 | Rolls Royce Plc | A superconducting electrical machine |
| GB201018992D0 (en) | 2010-11-10 | 2010-12-22 | Rolls Royce Plc | A superconducting winding |
| US10000293B2 (en) * | 2015-01-23 | 2018-06-19 | General Electric Company | Gas-electric propulsion system for an aircraft |
| DE102015215130A1 (de) | 2015-08-07 | 2017-02-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebssystem und Verfahren zum Antreiben eines Vortriebsmittels eines Fahrzeugs |
| US10392119B2 (en) * | 2016-04-11 | 2019-08-27 | General Electric Company | Electric propulsion engine for an aircraft |
| US10703496B2 (en) * | 2017-04-21 | 2020-07-07 | General Electric Company | Propulsion system for an aircraft |
| US11303194B1 (en) * | 2018-07-05 | 2022-04-12 | United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Wound field synchronous machine |
| US11097849B2 (en) * | 2018-09-10 | 2021-08-24 | General Electric Company | Aircraft having an aft engine |
| CN113785480A (zh) * | 2019-04-24 | 2021-12-10 | 国立大学法人九州大学 | 超导感应旋转电机以及使用该超导感应旋转电机的超导驱动力产生*** |
| GB2594706A (en) * | 2020-04-29 | 2021-11-10 | Gkn Aerospace Services Ltd | Motor drive system |
-
2018
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6489701B1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-12-03 | American Superconductor Corporation | Superconducting rotating machines |
| US20070270314A1 (en) * | 2006-05-19 | 2007-11-22 | Xianrui Huang | A low ac loss single-filament superconductor for a superconducting magnet and method of making same |
| CN102668327A (zh) * | 2009-09-29 | 2012-09-12 | 美国超导公司 | 定子组件 |
| US20110239443A1 (en) * | 2009-11-11 | 2011-10-06 | Korea Polytechnic University Industry Academic Cooperation Foundation | Multiple transposition method for superconducting wire |
| CN102969873A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-13 | 清华大学 | 一种高温超导电机 |
| CN103312124A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-09-18 | 北京交通大学 | 一种阵列式转子磁极结构的高温超导同步电动机 |
| CN107707090A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-16 | 东南大学 | 双定子超导无刷双馈风力发电机 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 机械工业部桂林电器科学研究所, 机械工业出版社 * |
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