專利名稱：一種超導磁體磁極圓筒型同步直線電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及直線電機技術領域，具體涉及一種超導磁體磁極圓筒型同步直線電機。
背景技術：
直線電機按工作原理主要可以分為感應直線電機、同步直線電機、直流直線電機、步進直線電機等；按結構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也稱管型直線電機，為一種外形如旋轉電機的圓柱型直線電機，它是把扁平型的直線電機的初級和次級 沿橫向卷成筒型，主要應用于短行程往復運動的場合。這里研究的就是圓筒型同步直線電機。隨著高溫超導材料的出現和發展，因其有利于電機實現高效化、小型化、節能化，很快應用到電機技術領域。對于同步電機而言，其電樞由繞組構成，磁極由永磁或電磁體構成。高溫超導線材具有高傳導電流密度，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。現在，使用superpower公司生產的YBCO高溫超導線材繞制的最大的磁體在制冷劑液氮冷卻下(77K)能產生超過IT的磁場,如果使用制冷機通過制冷劑氦氣降溫至20K-30K能產生5T左右的磁場，使用制冷劑液氦冷卻(4. 2K)能產生接近IOT的磁場。并且，超導材料電流密度高，繞制的磁體不需要鐵芯，除制冷外也不消耗電能。因此，產生相同的磁場，相比普通磁體高溫超導磁體更輕且更節能。高溫超導材料在電機中的應用起初主要集中于旋轉電機。現在其電磁特性的優越性已被實踐證明，因此更適用于側重要求高效的直線電機的制備。現有超導直線電機多為扁平型，很少有研究其他形狀直線電機的。對于圓筒型直線電機，有研究使用高溫超導線材制作電樞繞組的報道。但使用高溫超導線材或塊材制作圓筒型同步直線電機磁極僅有少數文章提到這種可能性。可是，圓筒型直線電機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，產生縱向邊緣效應，從而引起波形畸變，導致損耗增加，因此其效率和功率因數比同容量的旋轉電機要低。這就使得圓筒型同步直線電機更需要高效的磁極彌補上述缺陷。對于同步電機而言，普通永磁磁極可產生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。其最聞磁場都有進一步提聞的空間，以便使得電機推力獲得提聞。
實用新型內容鑒于現有技術的缺點，本實用新型的目的是設計一種新型的圓筒型同步直線電機，使之能克服現有技術的缺點。本實用新型的目的是通過如下的手段實現的。一種超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，主要由圓筒型交流直線電機電樞和超導磁體磁極構成，所述超導磁體磁極具有一低溫隔熱容器，低溫隔熱容器中心設置有圓筒型不導磁軸，至少一個高溫超導磁體套置在所述圓筒型不導磁軸上；當設置一個以上高溫超導磁體時，在兩個磁體之間設置有一環形導磁體，導磁體同樣套置在所述圓筒型不導磁軸上。本實用新型將高溫超導磁體用于制作圓筒型同步直線電機磁極。由于高溫超導磁體在低溫環境下(77K以下)通電后，能產生高電流密度、高磁場。因此，本實用新型超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，在使用制冷機通過制冷劑，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磁極的1-2T，從而產生更大的推力；且由于超導線材電流密度高，繞制的磁體不需要鐵芯，除制冷外不消耗電能，其磁極輕便、節能，可廣泛應用于推進、拖動等方面。
圖I是本實用新型實施例的結構剖視圖具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I所示，圓筒型直線電機電樞I使用普通銅線或超導線材繞制而成。圖中磁極運行至電樞頂部，電樞僅畫出其上半部分。超導磁體磁極圓筒型同步直線電機主要由圓筒型交流直線電機電樞和超導磁體磁極構成，超導磁體磁極具有一低溫隔熱容器4，低溫隔熱容器中心設置有圓筒型不導磁軸5，高溫超導磁體2與環形導磁體3套置在所述圓筒型不導磁軸上。因為超導磁體磁極為單極時結構簡單，僅需一個高溫超導磁體繞組，本實施例中超導磁體磁極設計為三極，用以說明磁極為多級時的情況。圓筒型直線電機磁極主要有徑向磁化結構、軸向磁化結構Halbach結構。由于高溫超導線材本身的特點和其彎曲半徑限制，只宜采用軸向磁化結構。使用的高溫超導磁體為多層空心螺線管型線圈。在超導磁體磁極中，高溫超導磁體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磁體對極排列。不同磁體間隔環形導磁體3，并且磁體與導磁體均套在固定于低溫隔熱容器4中心的圓筒型不導磁軸5上。多個高溫超導磁體按圓筒型同步直線電機磁極軸向磁化結構依次對極排布。具體排布方式如圖I所示。高溫超導磁體2、環形導磁體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盡可能小。整個過程全部在制冷劑中進行。高溫超導磁體2與環形導磁體3的高度選擇要保證超導磁體磁極極距與圓筒型直線電機電樞I極距相同，確保電機能同步運行。在低溫環境高下高溫超導磁體2通電后可以產生高磁場，高于普通永磁體和帶鐵芯的電磁體。因此使用高溫超導磁體非常有利于制造大推力電機。環形導磁體3內、外徑與高溫超導磁體2相同，起到將相鄰兩塊對極高溫超導磁體磁感線擠出的作用。圖中，環形導磁體3上設置有通孔7、圓筒型不導磁軸5兩側設置有貫穿的小孔8，這是為了便于制冷劑流通(如圖中箭頭所示)，保證對高溫超導磁體繞組的制冷。低溫隔熱容器4應使用非金屬材料制作，如無磁杜瓦，避免感應產生磁場和電渦流，影響到高溫超導磁體，使其磁場發生變化。電機氣隙越大，推力就越小，因此在保證隔熱效果的前提下，隔熱容器應制作的盡可能薄。圓筒型不導磁軸5對磁極的各個部分起固定作用，避免出現磁極偏心等情況。之所以將其設計為圓筒型，是因為這樣可以在其內部給制冷劑留下空間，保證制冷效果。其對應環形導磁體的小孔打有小孔，確保液氮流通。制冷劑導管6連接制冷機和電機磁極，確保不間斷制冷。本管應考慮使用軟管，以便在電機磁極運動時有伸縮性。圓筒型直線電機電樞I通三相交流電后，通電的超導磁體磁極便受力作垂直運動，運動方向、速度、啟動、停止等由電機驅動器控制。本實用新型所述的超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，上述針對較佳實施例的描述過于具體，本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應被理解為實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。凡是根據上述描述做出各種可能的等同替換或改變，均被認為屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。權利要求1.一種超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，主要由圓筒型交流直線電機電樞和超導磁體磁極構成，其特征在于，所述超導磁體磁極具有一低溫隔熱容器，低溫隔熱容器中心設置有圓筒型不導磁軸，至少ー個高溫超導磁體套置在所述圓筒型不導磁軸上；當設置ー個以上高溫超導磁體時，在兩個磁體之間設置有ー環形導磁體，導磁體同樣套置在所述圓筒型不導磁軸上。
2.根據權利要求I所述之超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，其特征在于所述多個高溫超導磁體按照圓筒型同步直線電機軸向磁化磁極結構依次對極排布。
3.根據權利要求I所述之超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，其特征在于，所述環形導磁體上和圓筒型不導磁軸上設置有供制冷劑流通的小孔。
專利摘要本實用新型公開了一種超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，主要由圓筒型交流直線電機電樞和超導磁體磁極構成。所述超導磁體磁極具有一低溫隔熱容器、低溫隔熱容器中心設置有圓筒型不導磁軸，至少一個高溫超導磁體套置在所述圓筒型不導磁軸上；當設置一個以上磁體時，在兩個磁體之間設置有一環形導磁體，導磁體同樣套置在所述圓筒型不導磁軸上。本實用新型超導磁體磁極圓筒型同步直線電機，在低溫環境下(77K以下)，磁極的磁場可明顯高于普通永磁和電磁磁體，可廣泛應用于推進、拖動等方面，具有產生較普通圓筒型同步直線電機更大推力且磁極輕便、節能的優點。
文檔編號H02K41/03GK202444402SQ20122009756
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者嚴仲明, 桂志興, 段晚晴, 王亮, 王豫, 董亮 申請人:西南交通大學