CN112564452B - 一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机 - Google Patents

一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机技术领域，是一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，包括转子结构(100)、定子结构(200)、真空隔热结构(300)、超导电枢绕组(400)、超导励磁绕组(500)、液氢喷雾冷却结构(600)和轴向双通道磁通回路(700)；静置的超导励磁绕组与超导电枢绕组降低了超导冷却难度，轴向双通道磁通回路采用超导电励磁增大了气隙磁密，转子爪极导磁结构适合高转速工作，液氢喷雾冷却充分地发挥了液氢的汽化潜热能力，使得全超导电机冷却结构紧凑，提高了电机的功率密度。

Description

一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机
技术领域：
本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机。
背景技术：
多电飞机、全电飞机是未来航空发展的趋势，电机是实现电动飞行的关键性保障。全超导电机具有高可靠性、高功率密度和高效率的优势，是实现电动航空的优选方案。
传统的全超导电机大部分采用转子超导励磁，超导供电采用滑环供电，同时超导受到离心力的作用，电力性能会衰减，影响到全超导电机的性能，导致全超导电机不能工作于高转速，无法满足航空电机高转速工作的需求。并且，全超导电机的冷却一般采用低温浸泡冷却或低温传导冷却，但浸泡冷却与传导冷却的附属结构对于电机而言，显得过于庞大，使得全超导电机的高功率密度增益效果大打折扣。
发明内容：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，该电机将超导励磁绕组固定在定子结构上，通过优化电磁拓扑结构，避免了滑环供电结构，实现转子与励磁解耦、转子转动与超导供电解耦，电机可以在高转速下运行；同时采用液氢喷雾冷却技术简化了全超导电机低温冷却的附属结构，使得电机结构更加紧凑，大幅提高电机的功率密度。
为实现上述目的，本发明提供采用的技术方案如下：
一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，包括转子结构(100)、定子结构(200)、真空隔热结构(300)、超导电枢绕组(400)、超导励磁绕组(500)、液氢喷雾冷却结构(600)和轴向双通道磁通回路(700)；其中，所述转子结构(100)由转轴(110)、左半爪极(120)、右半爪极(130)和阻磁桥(140)构成，阻磁桥(140)起到阻碍左半爪极(120)和右半爪极(130)磁路连通及物理连接作用；所述定子结构(200)由左端盖(210)、背铁(220)、右端盖(230)和密闭筒(240)组成；所述超导励磁绕组(500)由两个独立的超导励磁线圈安装在定子上；所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成；所述轴向双通道磁通回路(700)由定子结构(200)分别与转子结构的左半爪极(120)、右半爪极(130)围绕两个静置的超导励磁线圈形成了两条磁通回路。
优选地，所述轴向双通道磁通回路(700)分别是围绕左、右两个超导励磁线圈的两条磁通回路，左侧磁通回路：左端盖(210)→背铁(220)→超导电枢绕组(400)→左半爪极(120)→左端盖(210)；右侧磁通回路：右端盖(230)→右半爪极(130)→超导电枢绕组(400)→背铁(220)→右端盖(230)。
优选地，所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成，所述液氢输运结构(610)包括液氢供给口(611)、液氢输送管路(612)、液氢缓冲室(613)和液氢雾化喷嘴(614)；所述气氢输运结构(620)包括液氢汽化室(621)、气氢导气通路(622)、背铁气氢冷却通路(623)、背铁端盖导气通路(624)、端盖气氢冷却通路(625)和气氢回收口(626)。
优选地，所述液氢喷雾冷却结构(600)将液氢雾化，在超导励磁线圈表面形成一层均匀薄膜，利用液氢的汽化潜热对超导励磁线圈进行换热降温，汽化后的气氢对定子结构(200)进行再次冷却。
与现有技术相比，本发明有效益果是：
1、本发明提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，定子励磁结构将转子与超导励磁解耦，转子适合高转速工作，满足航空电机高转速的需求；
2、本发明提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，液氢喷雾冷却结构利用电机定子本身以及少量的输运管道，替代了低温浸泡冷却的大容腔或传导冷却的庞大的低温制冷机，使得电机结构更加紧凑，缩小了体积和质量，提高了电机功率密度，更适宜航空电机的需求。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例，下面对实施例中的附图作简要介绍，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机结构纵向剖视图；
图2是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机结构横向断面图；
图3是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机爪极结构图；
图4是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机液氢输运结构图；
图5是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机定转子结构和气氢输运结构剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1和图2分别是实施例提供的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机结构纵向剖视图和横向断面图，包括转子结构(100)、定子结构(200)、真空隔热结构(300)、超导电枢绕组(400)、超导励磁绕组(500)、液氢喷雾冷却结构(600)和轴向双通道磁通回路(700)；其中，所述转子结构(100)由转轴(110)、左半爪极(120)、右半爪极(130)和阻磁桥(140)构成，阻磁桥(140)起到阻碍左半爪极(120)和右半爪极(130)磁路连通及物理连接作用；所述定子结构(200)由左端盖(210)、背铁(220)、右端盖(230)和密闭筒(240)组成，密闭筒(240)将气氢密封在液氢汽化室(621)，防止汽化的气氢冲击高速转动的转子，降低了电机风磨损；所述超导励磁绕组(500)由两个独立的超导励磁线圈安装在定子上，通直流为电机工作提供励磁场，超导电励磁产生较大的气隙磁密；所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成；所述轴向双通道磁通回路(700)由定子结构(200)分别与转子结构的左半爪极(120)、右半爪极(130)围绕两个静置的超导励磁线圈形成了两条磁通回路。
参阅图1、图2、图3和图5所示，所述轴向双通道磁通回路(700)分别是围绕左、右两个超导励磁线圈的两条磁通回路，超导励磁绕组通直流在空间感应磁场，磁场沿着磁导率高的结构形成闭合回路，左侧磁通回路：左端盖(210)→背铁(220)→超导电枢绕组(400)→左半爪极(120)→左端盖(210)；右侧磁通回路：右端盖(230)→右半爪极(130)→超导电枢绕组(400)→背铁(220)→右端盖(230)。
参阅图4和图5所示，所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成，所述液氢输运结构(610)包括液氢供给口(611)、液氢输送管路(612)、液氢缓冲室(613)和液氢雾化喷嘴(614)；所述气氢输运结构(620)包括液氢汽化室(621)、气氢导气通路(622)、背铁气氢冷却通路(623)、背铁端盖导气通路(624)、端盖气氢冷却通路(625)和气氢回收口(626)。
所述液氢喷雾冷却结构(600)将液氢雾化，在超导励磁线圈表面形成一层均匀薄膜，利用液氢的汽化潜热对超导励磁线圈进行换热降温，汽化后的气氢对定子结构(200)进行再次冷却，该结构避免了浸泡冷却设置较大容腔的结构以及传导冷却配备的笨重制冷机设备，使得电机结构紧凑，体积减小，重量减轻，功率密度提高。
以上实施例仅用以清楚说明本发明的技术及特点，以便所属领域的普通技术人员容易理解并加以实施，并不用以限制本发明，凡是未脱离本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，其特征在于，包括转子结构(100)、定子结构(200)、真空隔热结构(300)、超导电枢绕组(400)、超导励磁绕组(500)、液氢喷雾冷却结构(600)和轴向双通道磁通回路(700)；其中，所述转子结构(100)由转轴(110)、左半爪极(120)、右半爪极(130)和阻磁桥(140)构成，阻磁桥(140)起到阻碍左半爪极(120)和右半爪极(130)磁路连通及物理连接作用；所述定子结构(200)由左端盖(210)、背铁(220)、右端盖(230)和密闭筒(240)组成；所述超导励磁绕组(500)由两个独立的超导励磁线圈安装在定子上；所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成；所述轴向双通道磁通回路(700)由定子结构(200)分别与转子结构的左半爪极(120)、右半爪极(130)围绕两个静置的超导励磁线圈形成了两条磁通回路；所述液氢喷雾冷却结构(600)由液氢输运结构(610)与气氢输运结构(620)两部分组成，所述液氢输运结构(610)包括液氢供给口(611)、液氢输送管路(612)、液氢缓冲室(613)和液氢雾化喷嘴(614)；所述气氢输运结构(620)包括液氢汽化室(621)、气氢导气通路(622)、背铁气氢冷却通路(623)、背铁端盖导气通路(624)、端盖气氢冷却通路(625)和气氢回收口(626)。
2.如权利要求1所述的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，其特征在于，所述轴向双通道磁通回路(700)分别是围绕左、右两个超导励磁线圈的两条磁通回路，左侧磁通回路：左端盖(210)→背铁(220)→超导电枢绕组(400)→左半爪极(120)→左端盖(210)；右侧磁通回路：右端盖(230)→右半爪极(130)→超导电枢绕组(400)→背铁(220)→右端盖(230)。
3.如权利要求1所述的一种采用液氢喷雾冷却的全超导爪极电机，其特征在于，所述液氢喷雾冷却结构(600)将液氢雾化，在超导励磁线圈表面形成一层均匀薄膜，利用液氢的汽化潜热对超导线圈进行换热降温，汽化后的气氢对定子结构(200)进行再次冷却。
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