阅读说明：本技术 一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子 (High-rotating-speed low-loss magnetic rotor for superconducting single-pole motor ) 是由 宋东彬 杨文将 白明亮 刘汝婧 王少鹏 李杨 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于电机技术领域,是一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子(0),包括转轴(1)、焊接结构(2)、不锈钢套(3)、碳纤维缠绕体(4)、结构玻璃钢(5)、导磁叠片(6)、N极永磁铁(7)、锁紧螺母(8)、键(9)和S极永磁铁(10)。此转子(0)配合同轴的固定超导励磁绕组(12)为超导单极电机提供旋转磁场,中空自引风风冷结构保证了转子工作环境稳定,混合励磁结构抑制了漏磁,提高了有效气隙磁密,无滑环供电结构保障了转子可以高转速工作,叠片式定向导磁结构降低了转子上铁耗,此结构可以明显提高电机的功率密度。(The invention belongs to the technical field of motors, and relates to a high-rotating-speed low-loss magnetic rotor (0) for a superconducting single-pole motor, which comprises a rotating shaft (1), a welding structure (2), a stainless steel sleeve (3), a carbon fiber winding body (4), structural glass fiber reinforced plastic (5), a magnetic conduction lamination (6), an N pole permanent magnet (7), a locking nut (8), a key (9) and an S pole permanent magnet (10). This rotor (0) cooperation coaxial fixed superconductive excitation winding (12) provides the rotating magnetic field for superconductive single pole motor, and cavity has been guaranteed rotor operational environment stably from induced air forced cooling structure, and the mixed excitation structure has restrained the magnetic leakage, has improved effective air gap flux density, and no sliding ring power supply structure has ensured that the rotor can high rotational speed work, and the directional magnetic conduction structure of lamination formula has reduced the iron loss on the rotor, and the power density of motor can obviously be improved to this structure.)

一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子

所属技术领域：

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子。

背景技术：

大功率机载超导电机是实现未来多电/全电飞机的重要依托。机载电机具有大功率、高转速、高功率密度、高效率等特点。

超导单极电机是目前最有可能同时满足以上机载电机需求的一种形式，但由于超导单极电机转子工作在高转速状态下，采用多极头整体式转子工作时凹陷部分会产生降低有效气隙磁密的漏磁，同时电机会产生大量谐波分量，谐波会导致转子发热，导磁能力下降，进一步降低气隙磁密，电机做工能力大幅下降。

因此本发明专利针对以上超导单极电机转子面临的问题，提出一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，该转子采用混合励磁结构降低漏磁，中空自引风风冷结构冷却转子，叠片加压焊接成型降低转子损耗，进而提高电机功率密度。

发明内容

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为解决超导单极电机转子漏磁严重，高速工作状态下转子发热等问题，本发明提供一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，该转子采用混合励磁结构降低漏磁，中空自引风风冷结构冷却转子，叠片加压焊接成型降低转子损耗，从而提高电机功率密度。

为实现上述目的，本发明提供一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子(0)，包括转轴(1)、焊接结构(2)、不锈钢套(3)、碳纤维缠绕体(4)、结构玻璃钢(5)、导磁叠片(6)、N极永磁铁(7)、锁紧螺母(8)、键(9)和S极永磁铁(10)。转轴(1)通过键(3)和锁紧螺母(8)与导磁叠片(6)配合，导磁叠片(6)经过加压后，端面用焊接结构(2)固定，侧面两端分别贴附N极永磁铁(7)和S极永磁铁(10)，侧面中间段贴附结构玻璃钢(5)，然后再经过碳纤维缠绕加固成型，最后套上不锈钢套(3)增加转子刚度，增强转子结构稳定性。

所述转子(0)为永磁铁和电励磁混合励磁结构，结构玻璃钢(5)、N极永磁铁(7)和S极永磁铁(10)贴附在导磁叠片(6)侧面，用结构胶固定，再通过碳纤维缠绕加固，最后经过不锈钢套加固增强转子结构稳定性；

所述转轴(1)为中空自引风风冷结构，与导磁叠片(6)过盈配合，并通过锁紧螺母(8)和键(9)三重传力机构满足扭矩传递；

所述导磁叠片(6)采用高饱和导磁材料，经叠压端面焊接成型，形成定向导磁结构。

优选的是，所述转子(0)为永磁铁和电励磁混合励磁结构，降低了转子凹陷处漏磁，增大了单极电机有效气隙磁密，从而提高了电机功率密度；

优选的是，所述转轴(1)为中空自引风风冷结构，降低了单极电机冷却结构重量，进而提高了电机功率密度；

优选的是，所述导磁叠片(6)采用高饱和导磁材料，叠压焊接成型，碳纤维缠绕和不锈钢双重加固，并且具有定向导磁和降低转子损耗的双重作用，提升了电机发电效率，从而提高了电机功率密度。

总体而言，本发明提供一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，能够取得下列有效增益：

1、本发明提供的一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，端面焊接、圆周碳纤维缠绕和不锈钢加固等多重工艺成型的转子结构可靠，适合高速工作条件，满足机载电机高转速需求；

2、本发明提供的一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，转子采用混合励磁结构和导磁叠片定向导磁结构降低了转子漏磁，提高了单极电机有效气隙磁密，提高了电机功率密度。

3、本发明提供的一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子，转子采用中空自引风风冷结构保障了转子工作环境稳定，叠片加压焊接成型定向导磁结构降低转子损耗，提升了电机发电效率，从而提高电机功率密度。

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。

在附图中：

图1是实施例提供的一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子结构方案示意图；

图2是实施例提供的超导单极电机电磁结构方案示意图；

图3是实施例提供的转轴剖面图；

图4是实施例提供的永磁体结构示意图；

图5是实施例提供的转子导磁结构示意图；

图6是实施例提供的结构玻璃钢结构示意图。

图中，0、转子；1、转轴；2、焊接结构；3、不锈钢套；4、碳纤维缠绕体；5、结构玻璃钢；6、导磁叠片；7、N极永磁铁；8、锁紧螺母；9、键；10、S极永磁铁；11、轴向环绕闭合磁路；12、励磁绕组；13、定子背铁。

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是实施例提供的一种用于超导单极电机的高转速低损耗磁性转子结构方案示意图，包括转轴(1)、焊接结构(2)、不锈钢套(3)、碳纤维缠绕体(4)、结构玻璃钢(5)、导磁叠片(6)、N极永磁铁(7)、锁紧螺母(8)、键(9)和S极永磁铁(10)。转轴(1)通过键(3)和锁紧螺母(8)与导磁叠片(6)配合，导磁叠片(6)经过加压后，端面用焊接结构(2)固定，侧面两端分别贴附N极永磁铁(7)和S极永磁铁(10)，侧面中间段贴附结构玻璃钢(5)，然后再经过碳纤维缠绕加固成型，最后套上不锈钢套(3)增加转子刚度，增强转子结构稳定性。

图2是实施例提供的超导单极电机电磁结构方案示意图：超导单极电机主要由转子(0)、励磁绕组(12)和定子背铁(13)构成，励磁绕组(12)通直流产生磁场，在高饱和导磁转子(0)中汇聚，然后从右侧凸极到定子背铁(13)右侧铁轭，沿着定子背铁定向导流到左侧铁轭，再次穿过气隙，回到转子(0)左侧凸极，再到转子(0)形成轴向环绕闭合磁路(11)。

所述转子(0)为永磁铁和电励磁混合励磁结构，结构玻璃钢(5)、N极永磁铁(7)和S极永磁铁(10)贴附在导磁叠片(6)侧面，用结构胶固定，再通过碳纤维缠绕加固，最后经过不锈钢套加固增强转子结构稳定性。此混合励磁结构，降低了转子凹陷处漏磁，增大了单极电机有效气隙磁密，提高了电机功率密度。

图3实施例提供的转轴(1)剖面图，采用中空自引风风冷结构，与导磁叠片(6)过盈配合，并通过锁紧螺母(8)和键(9)三重传力机构满足扭矩传递。此转轴的结构，降低了单极电机冷却结构重量，提高了电机功率密度。

图4实施例提供的结构玻璃钢结构示意图，结构玻璃钢保证了碳纤维缠绕曲率不变，使得碳纤维缠绕结构均匀受力，无应力集中。

图5是实施例提供的永磁体结构示意图：N极永磁体(7)和S极永磁体(10)。

图6是实施例提供的转子导磁结构图，永磁体磁场方向沿径向垂直于转轴，永磁体的引入降低了此处的漏磁，有效地提高了单极电机的气隙磁密。所述导磁叠片(6)采用高饱和导磁材料，经叠压端面焊接成型，碳纤维缠绕和不锈钢双重加固，具有定向导磁和降低转子损耗的双重作用，提升了电机发电效率，提高了电机功率密度。

以上实施例仅用以清楚说明本发明的技术构思及特点，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。