專利名稱：一種超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)。
背景技術(shù)：
直線電機(jī)按工作原理主要可以分為感應(yīng)直線電機(jī)、同步直線電機(jī)、直流直線電機(jī)、 步進(jìn)直線電機(jī)等；按結(jié)構(gòu)形式分類主要可分為扁平型、圓筒型、圓盤型和圓弧型。其中圓筒型直線電機(jī)也稱管型直線電機(jī)，為一種外形如旋轉(zhuǎn)電機(jī)的圓柱型直線電機(jī)，它是把扁平型的直線電機(jī)的初級和次級沿橫向卷成筒型，主要應(yīng)用于短行程往復(fù)運(yùn)動的場合。這里研究的就是圓筒型同步直線電機(jī)。隨著高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)和發(fā)展，因其有利于電機(jī)實現(xiàn)高效化、小型化、節(jié)能化， 很快應(yīng)用到電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。對于同步電機(jī)而言，其電樞由繞組構(gòu)成，磁極由永磁或電磁體構(gòu)成。高溫超導(dǎo)線材具有高傳導(dǎo)電流密度，用其替代銅線制作電樞繞組或電磁磁極線圈，可使其電流顯著提高，體積減小。現(xiàn)在，使用superpower公司生產(chǎn)的YBCO高溫超導(dǎo)線材繞制的最大的磁體在制冷劑液氮冷卻下(77K)能產(chǎn)生超過IT的磁場,如果使用制冷機(jī)通過制冷劑氦氣降溫至20K-30K能產(chǎn)生5T左右的磁場，使用制冷劑液氦冷卻(4. 2K)能產(chǎn)生接近IOT 的磁場。并且，超導(dǎo)材料電流密度高，繞制的磁體不需要鐵芯，除制冷外也不消耗電能。因此，產(chǎn)生相同的磁場，相比普通磁體高溫超導(dǎo)磁體更輕且更節(jié)能。高溫超導(dǎo)材料在電機(jī)中的應(yīng)用起初主要集中于旋轉(zhuǎn)電機(jī)。現(xiàn)在其電磁特性的優(yōu)越性已被實踐證明，因此更適用于側(cè)重要求高效的直線電機(jī)的制備?，F(xiàn)有超導(dǎo)直線電機(jī)多為扁平型，很少有研究其他形狀直線電機(jī)的。對于圓筒型直線電機(jī)，有研究使用高溫超導(dǎo)線材制作電樞繞組的報道。但使用高溫超導(dǎo)線材或塊材制作圓筒型同步直線電機(jī)磁極僅有少數(shù)文章提到這種可能性。可是，圓筒型直線電機(jī)電磁氣隙與極距的比值通常較大，所需的磁化電流也較大；初級鐵芯兩端開斷，產(chǎn)生縱向邊緣效應(yīng)， 從而引起波形畸變，導(dǎo)致?lián)p耗增加，因此其效率和功率因數(shù)比同容量的旋轉(zhuǎn)電機(jī)要低。這就使得圓筒型同步直線電機(jī)更需要高效的磁極彌補(bǔ)上述缺陷。對于同步電機(jī)而言，普通永磁磁極可產(chǎn)生IT左右最高磁場；帶鐵芯的電磁磁極能廣生2T左右的最聞磁場，但要消耗電能。其最聞磁場都有進(jìn)一步提聞的空間，以便使得電機(jī)推力獲得提聞。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是設(shè)計一種新型的圓筒型同步直線電機(jī)，使之能克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的。一種超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，主要由圓筒型交流直線電機(jī)電樞和超導(dǎo)磁體磁極構(gòu)成，所述超導(dǎo)磁體磁極具有一低溫隔熱容器，低溫隔熱容器中心設(shè)置有圓筒型不導(dǎo)磁軸，至少一個高溫超導(dǎo)磁體套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上；當(dāng)設(shè)置一個以上高溫超導(dǎo)磁體時，在兩個磁體之間設(shè)置有一環(huán)形導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體同樣套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上。本發(fā)明將高溫超導(dǎo)磁體用于制作圓筒型同步直線電機(jī)磁極。由于高溫超導(dǎo)磁體在低溫環(huán)境下(77K以下)通電后，能產(chǎn)生高電流密度、高磁場。因此，本發(fā)明超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，在使用制冷機(jī)通過制冷劑，或直接使用制冷劑(如液氦)將磁極降至低溫后，其磁極磁場可明顯高于普通圓筒型同步直線電機(jī)磁極的1-2T，從而產(chǎn)生更大的推力； 且由于超導(dǎo)線材電流密度高，繞制的磁體不需要鐵芯，除制冷外不消耗電能，其磁極輕便、 節(jié)能，可廣泛應(yīng)用于推進(jìn)、拖動等方面。


圖I是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)剖視圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所示，圓筒型直線電機(jī)電樞I使用普通銅線或超導(dǎo)線材繞制而成。圖中磁極運(yùn)行至電樞頂部，電樞僅畫出其上半部分。超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)主要由圓筒型交流直線電機(jī)電樞和超導(dǎo)磁體磁極構(gòu)成，超導(dǎo)磁體磁極具有一低溫隔熱容器4，低溫隔熱容器中心設(shè)置有圓筒型不導(dǎo)磁軸5，高溫超導(dǎo)磁體2與環(huán)形導(dǎo)磁體3套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上。因為超導(dǎo)磁體磁極為單極時結(jié)構(gòu)簡單，僅需一個高溫超導(dǎo)磁體繞組，本實施例中超導(dǎo)磁體磁極設(shè)計為三極，用以說明磁極為多級時的情況。圓筒型直線電機(jī)磁極主要有徑向磁化結(jié)構(gòu)、軸向磁化結(jié)構(gòu)Halbach結(jié)構(gòu)。由于高溫超導(dǎo)線材本身的特點(diǎn)和其彎曲半徑限制，只宜采用軸向磁化結(jié)構(gòu)。使用的高溫超導(dǎo)磁體為多層空心螺線管型線圈。在超導(dǎo)磁體磁極中，高溫超導(dǎo)磁體2在低溫下通以直流電，不同磁體電流方向不同，以確保相鄰高溫超導(dǎo)磁體對極排列。不同磁體間隔環(huán)形導(dǎo)磁體3，并且磁體與導(dǎo)磁體均套在固定于低溫隔熱容器4中心的圓筒型不導(dǎo)磁軸5上。多個高溫超導(dǎo)磁體按圓筒型同步直線電機(jī)磁極軸向磁化結(jié)構(gòu)依次對極排布。具體排布方式如圖I所示。高溫超導(dǎo)磁體2、環(huán)形導(dǎo)磁體3與低溫隔熱容器4保留微小間隙保證制冷劑流通。因為氣隙越大推力越小，在保證制冷劑流通的情況下間隙應(yīng)盡可能小。整個過程全部在制冷劑中進(jìn)行。高溫超導(dǎo)磁體2與環(huán)形導(dǎo)磁體3的高度選擇要保證超導(dǎo)磁體磁極極距與圓筒型直線電機(jī)電樞I極距相同，確保電機(jī)能同步運(yùn)行。在低溫環(huán)境高下高溫超導(dǎo)磁體2通電后可以產(chǎn)生高磁場，高于普通永磁體和帶鐵芯的電磁體。因此使用高溫超導(dǎo)磁體非常有利于制造大推力電機(jī)。環(huán)形導(dǎo)磁體3內(nèi)、外徑與高溫超導(dǎo)磁體2相同，起到將相鄰兩塊對極高溫超導(dǎo)磁體磁感線擠出的作用。圖中，環(huán)形導(dǎo)磁體3上設(shè)置有通孔7、圓筒型不導(dǎo)磁軸5兩側(cè)設(shè)置有貫穿的小孔8，這是為了便于制冷劑流通(如圖中箭頭所示)，保證對高溫超導(dǎo)磁體繞組的制冷。低溫隔熱容器4應(yīng)使用非金屬材料制作，如無磁杜瓦，避免感應(yīng)產(chǎn)生磁場和電渦流，影響到高溫超導(dǎo)磁體，使其磁場發(fā)生變化。電機(jī)氣隙越大，推力就越小，因此在保證隔熱效果的前提下，隔熱容器應(yīng)制作的盡可能薄。圓筒型不導(dǎo)磁軸5對磁極的各個部分起固定作用，避免出現(xiàn)磁極偏心等情況。之所以將其設(shè)計為圓筒型，是因為這樣可以在其內(nèi)部給制冷劑留下空間，保證制冷效果。其對應(yīng)環(huán)形導(dǎo)磁體的小孔打有小孔，確保液氮流通。制冷劑導(dǎo)管6連接制冷機(jī)和電機(jī)磁極，確保不間斷制冷。本管應(yīng)考慮使用軟管，以便在電機(jī)磁極運(yùn)動時有伸縮性。圓筒型直線電機(jī)電樞I通三相交流電后，通電的超導(dǎo)磁體磁極便受力作垂直運(yùn)動，運(yùn)動方向、速度、啟動、停止等由電機(jī)驅(qū)動器控制。本發(fā)明所述的超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，上述針對較佳實施例的描述過于具體，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據(jù)上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認(rèn)為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，主要由圓筒型交流直線電機(jī)電樞和超導(dǎo)磁體磁極構(gòu)成，其特征在于，所述超導(dǎo)磁體磁極具有一低溫隔熱容器，低溫隔熱容器中心設(shè)置有圓筒型不導(dǎo)磁軸，至少一個高溫超導(dǎo)磁體套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上；當(dāng)設(shè)置一個以上高溫超導(dǎo)磁體時，在兩個磁體之間設(shè)置有一環(huán)形導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體同樣套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，其特征在于所述多個高溫超導(dǎo)磁體按照圓筒型同步直線電機(jī)軸向磁化磁極結(jié)構(gòu)依次對極排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述之超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，其特征在于，所述環(huán)形導(dǎo)磁體上和圓筒型不導(dǎo)磁軸上設(shè)置有供制冷劑流通的小孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，主要由圓筒型交流直線電機(jī)電樞和超導(dǎo)磁體磁極構(gòu)成。所述超導(dǎo)磁體磁極具有一低溫隔熱容器、低溫隔熱容器中心設(shè)置有圓筒型不導(dǎo)磁軸，至少一個高溫超導(dǎo)磁體套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上；當(dāng)設(shè)置一個以上磁體時，在兩個磁體之間設(shè)置有一環(huán)形導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體同樣套置在所述圓筒型不導(dǎo)磁軸上。本發(fā)明超導(dǎo)磁體磁極圓筒型同步直線電機(jī)，在低溫環(huán)境下(77K以下)，磁極的磁場可明顯高于普通永磁和電磁磁體，可廣泛應(yīng)用于推進(jìn)、拖動等方面，具有產(chǎn)生較普通圓筒型同步直線電機(jī)更大推力且磁極輕便、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02K41/03GK102594088SQ20121006840
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者嚴(yán)仲明, 桂志興, 段晚晴, 王亮, 王豫, 董亮 申請人:西南交通大學(xué)