阅读说明：本技术 一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机 (High-power-density superconducting motor with limiting and adjusting structure ) 是由 蔡渊 袁文 包颖 牛潇晔 程鹏 于 2020-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机,包括机壳、定子、转子、循环冷却机构、转子限定机构、定子限定机构和位置调节机构；所述机壳内部设置有定子；定子内部设置有转动的转子；壳体前端的密封板将定子和转子封在壳体内部；机壳内设置有循环冷却机构；壳体前端的密封板和机壳的后端盖上设置有转子限定机构；定子的两端设置有定子限定机构；壳体前端的密封板和机壳的后端盖中间设置有位置调节机构来限定定子的长度。本案结构使定子铁芯成稳定角度安装固定在机壳内且使转子和定子铁芯保持相对位置不变；控制调节环对不同长度的定子铁芯进行限定；循环冷却机构转子工作温度的同时保证定子具有较低温度,提高电机的功率密度。(The invention discloses a high-power-density superconducting motor with a limiting and adjusting structure, which comprises a shell, a stator, a rotor, a circulating cooling mechanism, a rotor limiting mechanism, a stator limiting mechanism and a position adjusting mechanism, wherein the shell is provided with a first end and a second end; a stator is arranged in the shell; a rotating rotor is arranged in the stator; the sealing plate at the front end of the shell seals the stator and the rotor in the shell; a circulating cooling mechanism is arranged in the shell; a sealing plate at the front end of the shell and a rear end cover of the shell are provided with a rotor limiting mechanism; stator limiting mechanisms are arranged at two ends of the stator; a position adjusting mechanism is arranged between the sealing plate at the front end of the shell and the rear end cover of the shell to limit the length of the stator. The structure of the scheme ensures that the stator core is installed and fixed in the shell at a stable angle and the relative positions of the rotor and the stator core are kept unchanged; controlling the adjusting ring to limit the stator cores with different lengths; the working temperature of the rotor of the circulating cooling mechanism is ensured, the stator is ensured to have lower temperature, and the power density of the motor is improved.)

一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机

技术领域

本发明涉及超导电机技术领域，具体为一种有冷却作用，定子与转子配合组装的，适用不同尺寸定子的超导电机。

背景技术

超导电机是指励磁绕组用超导性材料制造的、能在强磁场下承载高密度电流的导线绕制成，用超导性材料在低温环境下电阻变为零的特点，超导励磁绕组上能通过很强的电流，以产生很强磁场，即形成超导磁体。

超导电机主要是由定子和转子两部分组成，定子在超导发电机中，由于磁通密度高，需要采用非磁性高强度材料支撑绕组，转子一般采用多重圆筒结构，转子内筒为冷却介质储槽，如一种高温超导电机转子低温冷却系统，申请号为201811565070.6的专利中记载，真空超导电机转子外壁容腔内的密封液氖气化腔，所述的超导电机转子的超导磁体设置在液氖气化腔外表面上，所述的冷媒传输管延伸进液氖气化腔并与其密封固定连接。

现有技术有这样的不足：

1、定子在进行组装的时候，机座内置定子铁芯不方便限定；

2、不能对不同长度尺寸的定子铁芯进行安装；

3、定子铁芯内未设置可循环冷却机构；

4、没有将转子冷却介质的冷量进行二次利用；

5、定子与转子之间缺少限定结构。

发明内容

本发明目的是：提供了一种有冷却装置，定子与转子配合组装的，适用不同尺寸定子的超导电机，转子中的冷却介质气化的冷量通过外部管道进入到定子的冷却循环装置中，可以进一步冷却定子的绕组，从而进一步提高线电流密度，增加电机的功率密度。

本发明的技术方案是：一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机，包括机壳、定子、转子、循环冷却机构、转子限定机构、定子限定机构和位置调节机构；所述机壳内部设置有定子；所述定子内部设置有转动的转子；所述壳体前端的密封板将定子和转子封在壳体内部；所述机壳内设置有循环冷却机构；所述壳体前端的密封板和机壳的后端盖上设置有转子限定机构；所述定子的两端设置有定子限定机构；所述壳体前端的密封板和机壳的后端盖中间设置有位置调节机构来限定定子的长度；

所述定子包括带有若干齿槽的定子铁芯和绕制在定子铁芯上的定子绕组；

转子包括带有中心轴的转子铁芯和缠绕在转子铁芯上的超导材料形成的转子绕组。

优选的，定子限定机构和位置调节机构采用活动连接。

优选的，所述循环冷却机构包括包括定子冷却循环装置和转子冷却装置；定子冷却循环装置包括所述定子冷却介质注入管、定子冷却介质注入口、定子冷却介质循环管道、定子冷却介质输出口和定子冷却介质输出管；所述转子冷却装置包括转子隔离套筒、转子冷却介质输入管和转子冷却介质输出管；所述机壳上端设置有定子冷却介质注入管和定子冷却介质输出管，所述定子铁芯上开设有定子冷却介质注入口和定子冷却介质输出口，所述定子冷却介质循环管道设置在定子铁芯上；所述定子冷却介质注入口和定子冷却介质输出口之间通过定子冷却介质循环管道连接，所述定子冷却介质注入管连接定子冷却介质注入口，所述定子冷却介质输出管连接定子冷却介质输出口；所述转子隔离套筒设置在转子和定子之间，隔离转子冷却介质；所述转子冷却介质输入管与转子隔离套筒一端连通，将转子冷却介质输入到转子隔离套筒内；所述转子冷却介质输出管与转子隔离套筒的另一端连通，将转子冷却介质从转子隔离套筒内输出；所述转子冷却介质输出管通过外接管路与定子冷却介质注入管连接。

优选的，所述定子冷却介质循环管道成环形嵌入到定子铁芯管壁内；所述转子的中心轴后端中心设置有转子冷却介质输入管；近转子铁芯处的后端的中心轴上设置有转子冷却介质输入孔；所述转子冷却介质输入孔与转子冷却介质输入管连通；所述转子的中心轴前端中心设置有转子冷却介质输出管；近转子铁芯处的前端的中心轴上设置有转子冷却介质输出孔；所述转子冷却介质输出孔与转子冷却介质输出管连通。

优选的，所述转子限定机构包括转子限位环、转子后限位槽、转子后限位通孔、转子前限位通孔和转子前限位槽，所述机壳的内部靠近后端盖处设置有限位环；所述限位环的内侧面中心位置开设有转子后限位槽；所述限位环的中心位置贯穿开设有转子后限位通孔；所述密封板的内侧中心开设有转子前限位槽；所述转子前限位槽中心开设有转子前限位通孔。

优选的，所述转子后限位槽和转子前限位槽的半径相同。

优选的，所述定子限定机构包括定子后限位块、定子前限位孔、定子后限位孔、定子限位架、定子前限定块和连接块；所述机壳内等角度设置有定子后限位块；所述定子铁芯的前、后两端分别设置有定子前限位孔后定子后限位孔；所述定子限位架的一侧设置有定子前限定块；所述定子前限位孔与定子前限定块配合定位；所述定子后限位块与定子后限位孔配合定位。

优选的，所述定子限位架的一另侧设置有连接块；所述连接块的截面为T字型。

优选的，所述位置调节机构包括调节环、螺纹槽和调节螺纹；所述调节环的外侧壁上设置有螺纹槽；所述调节螺纹设置在机壳前端内侧壁上；所述螺纹槽与调节螺纹配合调整调节环的位置。

优选的，所述调节环前端设置至少有一个调节柱；在朝定子限位架一侧，所述调节环的侧面设置有连接槽；所述连接槽与连接块配合连接。

优选的，所述转子铁芯的中心轴前端设置有转子前轴承；所述转子铁芯的中心轴后端设置有转子后轴承；所述转子前轴承与转子前限位槽配合装配；所述转子后轴承与转子后限位槽配合装配。

优选的，所述机壳的下端对称设置有两组支架；所述机壳的前侧面开设有多组凹槽，所述密封板的侧面设置有多组凸块；所述凹槽与凸块配合装配；所述机壳的后端盖中心处设置有转子轴承通孔。

本发明的优点是：

1.本案结构，定子铁芯通过后定子限位孔安装定子后限位块，使定子铁芯成一定的角度安装固定在机座的内部，并且借助定子限位架将一侧设置的定子前限定块安装到定子前限位孔的内部，通过对定子铁芯对前后角度限定，使定子铁芯成稳定的角度安装固定在机座的内部；

2. 本案结构，通过连接槽和连接块的安装连接，使调节环和定子限位架之间连接，通过对握住调节柱进行旋转，借助螺纹槽配合调节螺纹，控制调节环在机可内部进行移动，进而改变定子限位架在机可内的位置，对不同尺寸长度的定子铁芯进行限定；

3. 本案结构，通过外接循环冷却介质泵，通过水泵控制冷却液经过定子冷却介质注入管、过定子冷却介质注入口注入后，使冷却液均匀的分布在定子冷却介质循环管道的内部，通过在定子冷却介质循环管道内部均匀流动，最后定子冷却介质输出口、定子冷却介质输出管排出，再利用循环水泵将从定子冷却介质注入口注入，形成冷却液循环，对定子铁芯材质进行冷却处理，进而保持定子铁芯不会处于较高的温度，转子中的冷却介质气化的冷量通过外部管道进入到定子的冷却循环装置中，所以循环冷却机构在确保转子励磁绕组工作于超导励磁绕组温区的同时又使得定子具有较低的温度和较高的线电流密度，进一步提高了超导电机的功率密度；

4. 本案结构，通过转子后限位槽和转子前限位槽分别对转子后轴承和转子前轴承进行安装，进而利用定子限位环和密封板对转子的位置进行限定，使转子和定子铁芯保持相对位置不改变。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本案所述的一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机的结构示意图；

图2为本案所述的一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机的组装结构示意图；

图3为本案所述的一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机的定子绕组、定子限位架和调节环组装结构示意图；

图4为图2的另一角度结构示意图；

图5为图4的中的定子的结构示意图；

图6为本案所述的一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机的机壳、定子铁芯、定子限位架和调节环剖面结构示意图；

图7为本案所述的一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机的定子限位架和调节环剖面结构示意图；

其中：1、机壳；101、凹槽；2、定子；201、定子铁芯；202、定子绕组；3、转子；301、转子铁芯；302、转子绕组；303、中心轴；304、转子前轴承；305、转子后轴承；4、密封板；401、凸块；5、后端盖；501、转子轴承通孔；6、支架； 7、循环冷却机构；701、定子冷却介质注入管；702、定子冷却介质注入口；703、定子冷却介质循环管道；704、定子冷却介质输出口；705、定子冷却介质输出管；706、转子隔离套筒；707、转子冷却介质输入管；708、转子冷却介质输出管；709、转子冷却介质输入孔；7010、转子冷却介质输出孔；8、转子限定机构；801、转子限位环；802、转子后限位槽；803、转子后限位通孔；804、转子前限位通孔；805、转子前限位槽； 9、定子限定机构；901、定子后限位块；902、定子前限位孔；903、定子后限位孔；904、定子限位架；905、定子前限定块；906、连接块；10、位置调节机构；1001、调节环；1002、螺纹槽；1003、调节螺纹；1004、调节柱；1005、连接槽。

具体实施方式

实施例：

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，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定

如附图1-7所示，一种具有限位和调节结构的高功率密度的超导电机，包括机壳1、定子2、转子3、循环冷却机构7、转子限定机构8、定子限定机构9和位置调节机构10；所述机壳1内部设置有定子2；所述定子2内部设置有转动的转子3；所述壳体1前端的密封板4将定子2和转子3封在壳体1内部；所述机壳1内设置有循环冷却机构7；所述壳体1前端的密封板4和机壳1的后端盖5上设置有转子限定机构8；所述定子2的两端设置有定子限定机构9；所述壳体1前端的密封板4和机壳1的后端盖5中间设置有位置调节机构10来限定定子2的长度；所述机壳1的下端对称设置有两组支架6；所述机壳1的前侧面开设有多组凹槽101；所述凹槽101为等角度设置；所述密封板4的侧面设置有多组凸块401；所述凸块401为等角度设置；所述凸块401的外部尺寸和所述凹槽101的内部尺寸相同，所述凹槽101与凸块401为可拆卸配合装配，利用螺栓穿过凸块401开设的通孔和机壳1凹槽101内开设的螺纹孔相连，对密封板4进行安装固定；所述机壳1的后端盖5中心处设置有转子轴承通孔501；定子限定机构9和位置调节机构10采用活动连接；

所述定子2包括带有若干齿槽的定子铁芯201和绕制在定子铁芯201上的铜材料形成的定子绕组202；

转子3包括带有中心轴303的转子铁芯301和缠绕在转子铁芯301上的超导材料形成的转子绕组302；所述转子铁芯301的中心轴303前端设置有转子前轴承304；所述转子铁芯301的中心轴303后端设置有转子后轴承305。

所述循环冷却机构7包括定子冷却循环装置和转子冷却装置；定子冷却循环装置包括定子冷却介质注入管701、定子冷却介质注入口702、定子冷却介质循环管道703、定子冷却介质输出口704和定子冷却介质输出管705；所述转子冷却装置包括转子隔离套筒706、转子冷却介质输入管707和转子冷却介质输出管708；所述机壳1上端设置有定子冷却介质注入管701和定子冷却介质输出管705，所述定子铁芯201上开设有定子冷却介质注入口702和定子冷却介质输出口704，所述定子冷却介质循环管道703设置在定子铁芯201上；所述定子冷却介质循环管道703成环形嵌入到定子铁芯201管壁内；所述定子冷却介质注入口702和定子冷却介质输出口704之间通过定子冷却介质循环管道703连接，所述定子冷却介质注入管701连接定子冷却介质注入口702，所述定子冷却介质输出管705连接定子冷却介质输出口704；所述定子铁芯201关于中轴线对称开设有定子冷却介质注入口702和定子冷却介质输出口704。通过外接循环冷却介质泵，通过循环冷却介质泵控制冷却介质经过定子冷却介质注入管701、定子冷却介质注入口702、定子冷却介质循环管道703、定子冷却介质输出口704和定子冷却介质输出管705循环移动，对定子铁芯201内部进行冷却处理；通过外接的冷却液通过定子冷却介质注入口702注入后，使冷却液均匀的分布在定子冷却介质循环管道703的内部，通过在定子冷却介质循环管道703内部均匀流动，最后定子冷却介质输出口704排出，再利用定子冷却介质注入口702注入，形成冷却液循环，对定子铁芯201材质进行冷却处理，进而保持定子铁芯201不会处于较高的温度；所述转子隔离套筒706设置在转子和定子之间，隔离转子冷却介质；所述转子3的中心轴303后端中心设置有转子冷却介质输入管707；近转子铁芯201处的后端的中心轴303上设置有转子冷却介质输入孔709；所述转子冷却介质输入孔709与转子冷却介质输入管707连通；所述转子3的中心轴303前端中心设置有转子冷却介质输出管708；近转子铁芯201处的前端的中心轴303上设置有转子冷却介质输出孔7010；所述转子冷却介质输出孔7010与转子冷却介质输出管708连通；所述转子冷却介质输出管7010通过外接管路与定子冷却介质注入管701连接。转子3的冷却介质气化后通过转子冷却介质输入管707和转子冷却介质输入孔709进入到转子隔离套筒706内，转子隔离套筒706将转子冷却介质与定子2隔离，转子3直接在冷却介质中直接冷却，而后转子冷却介质通过转子冷却介质输出孔7010从转子冷却介质输出管708排出，通过外接管路连接到接入到定子冷却介质注入管701，进入到定子的冷却循环装置中，将转子中的冷却介质气化的冷量二次利用，进一步冷却定子2的定子绕组202，从而进一步提高线电流密度，增加电机的功率密度。

所述转子限定机构8包括转子限位环801、转子后限位槽802、转子后限位通孔803、转子前限位通孔804和转子前限位槽805，所述机壳1的内部靠近后端盖5处设置有限位环801；所述限位环801的内侧面中心位置开设有转子后限位槽802；所述限位环801的中心位置贯穿开设有转子后限位通孔803；所述密封板4的内侧中心开设有转子前限位槽805；所述转子前限位槽805中心开设有转子前限位通孔804；所述转子后限位槽802和转子前限位槽805的半径相同；所述转子前轴承304与转子前限位槽805配合装配；所述转子后轴承305与转子后限位槽802配合装配；进而利用转子限位环801和密封板4对转子3的位置进行限定，使转子3和定子2保持相对位置不改变。

所述定子限定机构9包括定子后限位块901、定子前限位孔902、定子后限位孔903、定子限位架904、定子前限定块905和连接块906；所述机壳1内等角度设置有定子后限位块901，本例中所述后限位块901设置在转子限位环801上；所述定子铁芯201的前、后两端分别设置有定子前限位孔902后定子后限位孔903；所述定子限位架904的一侧设置有定子前限定块905；所述定子前限位孔902与定子前限定块905配合定位；所述定子后限位块901与定子后限位孔903配合定位；所述定子限位架904的一另侧设置有连接块906；所述连接块的截面为T字型；所述定子限位架904、定子前限定块905和连接块906为一体结构。定子铁芯201通过定子后限位孔903安装定子后限位块901，使定子铁芯201成一定的角度安装固定在机壳1的内部，并且借助定子限位架904的定子前限定块905安装到定子前限位孔902的内部，通过对定子铁芯201对前后角度限定，使定子铁芯201成稳定的角度安装固定在机座1的内部。

所述位置调节机构10包括调节环1001、螺纹槽1002和调节螺纹1003；所述调节环1001的外侧壁上设置有螺纹槽1002；所述调节螺纹1003设置在机壳1前端内侧壁上；所述螺纹槽1002与调节螺纹1003配合调整调节环1001的位置；所述调节环1001与机壳1之间为可拆卸结构；所述调节环1001前端设置有调节柱1004；所述调节环1001与调节柱1004之间为一体结构；在朝定子限位架一侧，所述调节环1001的侧面设置有连接槽1005；所述连接槽1005与连接块906配合连接；把住调节柱1004左右旋转调整节调节环1001进给位置，从而适应不同尺寸的定子铁芯201。

工作原理：在使用该超导电机时，首先将缠绕有定子绕组202的定子铁芯201通过定子后限位孔903和定子后限位块901进行定位安装后，使定子铁芯201成一定的角度安装固定在机壳1的内部，并且借助定子限位架904上的定子前限定块905安装到定子前限位孔902的内部，通过对定子铁芯3对前后角度限定，使定子铁芯201成稳定的角度安装固定在机壳1的内部，并且根据定子铁芯201的长度不用，可握住调节柱1003进行旋转，借助螺纹槽1002配合调节螺纹1003，控制调节环1001在机壳1内部进行移动，进而改变定子限位架904在机壳1内的位置，对不同尺寸长度的定子铁芯201进行限定，配合选用对应的安装转子绕组302的转子3时，所述转子后轴承305与转子后限位槽802配合装配，通过将凸块,401安装到凹槽101的内部，然后再利用螺栓穿过凸块401开设的通孔和机座1上凹槽101内开设的螺纹孔相连，对密封板4进行安装固定，所述转子前轴承304与密封板4一侧开设的转子前限位槽804配合装配，进而利用限位环801和密封板4对转子3的位置进行限定，使转子3和定子铁芯201保持相对位置不改变，组装好超导电机后，通过外接循环冷却介质泵，通过外接的冷却液通过定子冷却介质注入口702注入后，使冷却液均匀的分布在定子冷却介质循环管道703的内部，通过在定子冷却介质循环管道703内部均匀流动，最后定子冷却介质输出口704排出，再利用定子冷却介质注入口702注入，形成冷却液循环，对定子铁芯201材质进行冷却处理，进而保持定子铁芯201不会处于较高的温度，使超导电机可以保持长时间的工作状态，本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。