專利名稱：無滑動接觸的超導(dǎo)磁屏蔽交流發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交流發(fā)電機(jī)，是利用超導(dǎo)體的磁屏蔽作用而設(shè)計(jì)的一種交流發(fā)電機(jī)，適用于大容量發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明前，一般的交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造，基本上都是由靜止部分的定子和旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)子組成。通常，定子作為電樞(發(fā)電繞組)，轉(zhuǎn)子作為磁極(激磁磁體)。但在小容量的交流發(fā)電機(jī)中也有把磁極裝在定子上，而把電樞放在轉(zhuǎn)子上的。為了向轉(zhuǎn)動的激磁磁體供電或者自發(fā)電繞組引出電流，在定子和轉(zhuǎn)子之間，需要存在電氣上的機(jī)械滑動接觸。這給發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性和向更大容量發(fā)展帶來了困難。因此，自超導(dǎo)材料出現(xiàn)以來，不斷有人提出在發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間無滑動接觸的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)專利。
已有的無滑動接觸的發(fā)電機(jī)專利，基本上可以分為兩類。
一類是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，超導(dǎo)激磁繞組依然存在，但向轉(zhuǎn)動的超導(dǎo)激磁繞組供電的方式不是通過機(jī)械的滑動接觸，而是通過電磁耦合供電。參見美國專利US4352033(1982年)。此類方法的不足之處在于由于轉(zhuǎn)動部分仍具有相當(dāng)復(fù)雜的超導(dǎo)激磁繞組，因此其制造上的簡易程度和運(yùn)行可靠性都將不如超導(dǎo)激磁繞組位于靜止部分的發(fā)電機(jī)。而這些對于大容量發(fā)電機(jī)來說也是極為重要的。
另一類無滑動接觸的發(fā)電機(jī)是基于超導(dǎo)體的磁屏蔽作用或其他磁性材料周期性地迫使發(fā)電繞組處的磁通發(fā)生變化而在其中感應(yīng)出交變電流來。此類發(fā)電機(jī)的激磁磁體與發(fā)電繞組均處于靜止部分，所以不需要電氣上的滑動接觸，僅有磁的聯(lián)系。參見美國專利US3967145(1976年)，蘇聯(lián)專利SU505093(1976年)，SU485690(1976年)，SU514396(1976年)，SU425272(1974年)。此類方法從原理上來說是好的，但考察這些專利在發(fā)電繞組處的磁場強(qiáng)度、磁通變化率和變化磁通的作用范圍等方面，并從立足于發(fā)展成大容量發(fā)電機(jī)來說，已有這些方案都存在著一些制約它們發(fā)展的重要因素，也即不易發(fā)展成大容量的發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明的目的是提出一種運(yùn)行可靠性高和能向大容量發(fā)展的交流發(fā)電機(jī)，具體地說即要求提出一種在定子與轉(zhuǎn)子之間無滑動接觸，發(fā)電繞組處磁場強(qiáng)且集中，磁通變化率大且作用范圍廣以及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單的交流發(fā)電機(jī)。
本發(fā)明是通過

圖1和圖2所示原理結(jié)構(gòu)圖實(shí)現(xiàn)的。
圖1是發(fā)電機(jī)的軸向剖面圖。
圖2是圖1中(A-A)處的橫向剖面圖。
圖3是發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電繞組(102-1，102-2)中磁通變化和感應(yīng)電勢的，近似的波形圖(超導(dǎo)磁屏蔽塊數(shù)目N＝3時(shí))。
本發(fā)明的發(fā)電機(jī)由靜止的定子(1)和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(2)兩部分組成。
定子(1)起支承依附在它上面的各種零部件及傳導(dǎo)部分磁通的作用。定子(1)上附有兩個(gè)同軸分離且磁極相對設(shè)置的激磁磁體(101)。兩個(gè)激磁磁體(101)產(chǎn)生的磁通，在其間隔區(qū)域內(nèi)因極性相同互相排斥而折向四周。該激磁磁體可以為常導(dǎo)體(如銅、鋁等)，永磁體(如鐵氧體、釹鐵硼等)，和超導(dǎo)體(如鈮鈦合金、鈮三錫化合物，釔鋇銅氧化物等)制成。在兩個(gè)激磁磁體間隔區(qū)域的外圍，設(shè)置兩組發(fā)電繞組(102-1)和(102-2)，共2N個(gè)，間隔地均勻分布在定子(1)的園周上。這兩組發(fā)電繞組互相首尾串聯(lián)。兩個(gè)支承軸承(103)使定子(1)與轉(zhuǎn)子(2)能相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
轉(zhuǎn)子(2)是發(fā)電機(jī)中傳遞機(jī)械力矩的一個(gè)部件，上面附有N塊(N≥1)沿園周等距離分布的超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)，此處激磁磁體產(chǎn)生的磁通將不能穿透。每塊磁屏蔽塊(201)園周上的長度在(1±20%)· 1/(2N) 園周長的范圍內(nèi)。為了使超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)得到冷卻，轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)部可以容納一定數(shù)量的低溫液體(如液氦，液氮)(202)。為了減少低溫液體(202)的舴ⅲ謐櫻 )的內(nèi)壁設(shè)置保溫層(203)。零件(204)起固定超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)和傳導(dǎo)部分磁通的作用。
其工作過程為當(dāng)轉(zhuǎn)子上的超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)被冷卻到超導(dǎo)態(tài)以后，給兩個(gè)激磁磁體(101)勵磁。由于激磁磁力線的相互排斥和超導(dǎo)磁屏蔽的共同作用，在轉(zhuǎn)子(2)上形成N個(gè)單極性的強(qiáng)且集中的磁場。用原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子(2)即可在發(fā)電繞組(102-1，102-2)處產(chǎn)生一個(gè)磁通變化率大且作用范圍廣的旋轉(zhuǎn)磁場，從而在發(fā)電繞組中感應(yīng)出交變的電動勢來。
隨著發(fā)電繞組中磁通變化波形的適當(dāng)修正，在其中感應(yīng)得到的交流電動勢有可能為正弦波形。
改變設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)的數(shù)量，即可獲得不同頻率的交流電。
本發(fā)明的積極效果在于(1)當(dāng)今世界，隨著電力消費(fèi)的急劇增長，提高發(fā)電設(shè)備容量的多方面的努力是一種大勢所趨的現(xiàn)象。本發(fā)明當(dāng)激磁磁體(101)采用超導(dǎo)磁體時(shí)，可以容易地使轉(zhuǎn)子(2)作用在發(fā)電繞組(102-1，102-2)處的磁場強(qiáng)度、磁通變化和磁場作用范圍比常規(guī)發(fā)電機(jī)成倍地增加，所以可以大大提高發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量和比功率等參數(shù)。
(2)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，定子與轉(zhuǎn)子之間又沒有機(jī)械的滑動接觸部件，因此可以大大提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性。
(3)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)很容易做成多個(gè)單極性的磁極，因此該機(jī)有可能特別適用于大容量的水輪發(fā)電機(jī)方面。
(4)關(guān)于效率問題，由于在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，激磁磁體的磁通總量并不發(fā)生變化，所以對大容量發(fā)電機(jī)中使用的超導(dǎo)激磁磁體的超導(dǎo)穩(wěn)定性與交流損耗將不會有大的影響。特別是轉(zhuǎn)子上的磁極數(shù)量多時(shí)，其影響將會更小。此外，還可在定子部分的激磁磁體的極面附近適當(dāng)增加若干電磁屏以減弱運(yùn)行中電樞反應(yīng)等外加因素對超導(dǎo)激磁磁體的影響，避免超導(dǎo)激磁磁體中的額外的功率損耗。至于電樞反應(yīng)在常溫部分的損耗，各種發(fā)電機(jī)均有，因此本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)的效率將不會差于已有發(fā)電機(jī)，甚至可能比常規(guī)發(fā)電機(jī)更好些，因?yàn)槌瑢?dǎo)激磁磁體的功率消耗會小于常規(guī)發(fā)電機(jī)磁極的激磁功率消耗。同時(shí)由于單機(jī)容量的擴(kuò)大，損耗所占份額也會相應(yīng)減小。
實(shí)施例按圖1結(jié)構(gòu)。定子(1)用硅鋼片、鋼鐵和環(huán)氧玻璃纖維制品等構(gòu)成。采用硅鋼片、鋼鐵材料的目的是減小激磁回路的磁阻和運(yùn)行時(shí)的渦流損耗。兩個(gè)激磁磁體(101)和6個(gè)(2N＝6)發(fā)電繞組(102-1，102-2)用漆包銅導(dǎo)線繞成。支承軸承(103)采用向心球軸承。轉(zhuǎn)子(2)用不銹鋼制成。3個(gè)(N＝3)超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)用釔鋇銅氧化物制成，每塊園周上的長度取0.183園周長。低溫液體(202)為液態(tài)氮。保溫層用低溫環(huán)氧玻璃材料制成。零件(204)用導(dǎo)磁不銹鋼制成，以適應(yīng)低溫的要求并起固定超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)和減小磁阻的作用。運(yùn)行時(shí)首先在轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)輸入液態(tài)氮，使超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)呈超導(dǎo)態(tài)，然后給兩個(gè)激磁磁體(101)勵磁。由于激磁磁力線的相互排斥和超導(dǎo)磁屏蔽的共同作用，在轉(zhuǎn)子(2)上形成3個(gè)單極性的集中磁場。用原動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子(2)即可在發(fā)電繞組(102-1，102-2)處產(chǎn)生一個(gè)施轉(zhuǎn)磁場并在其中感應(yīng)出交變的電動勢來。參見圖3。其中(3-1)和(3-2)分別為耦合到三個(gè)(102-1)和三個(gè)(102-2)發(fā)電繞組中的磁通變化的近似波形圖，(3-2)為(102-2)發(fā)電繞組串聯(lián)后獲得的相應(yīng)的感應(yīng)電勢波形圖。
權(quán)利要求
1.一種無滑動接觸的超導(dǎo)磁屏蔽交流發(fā)電機(jī)，有定子(1)和轉(zhuǎn)子(2)兩部分組成。其特征是定子(1)上有兩個(gè)同軸分離且磁極相對設(shè)置的激磁磁體(101)。在其間隔區(qū)域的外圍設(shè)置兩組發(fā)電繞組(101，102-2)。在定子(1)與轉(zhuǎn)子(2)之間有支承軸承(103)。轉(zhuǎn)子上有N個(gè)(N≥1)沿園周等距離分布的超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)。由于激磁磁力線的相互排斥和超導(dǎo)磁屏蔽的共同作用，在轉(zhuǎn)子(2)上形成N個(gè)單極性的集中磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)形成旋轉(zhuǎn)磁場，在發(fā)電繞組中感應(yīng)出交流電來。
2.按權(quán)利要求1所述的無滑動接觸的超導(dǎo)磁屏蔽交流發(fā)電機(jī)，其特征是定子(1)上發(fā)電繞組的數(shù)量為超導(dǎo)磁屏蔽塊的2倍，即2N個(gè)在定子(1)的園周上均勻布置，首尾互相串聯(lián)。
3.按權(quán)利要求1所述的無滑動接觸的超導(dǎo)磁屏蔽交流發(fā)電機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子(2)上每塊超導(dǎo)磁屏蔽塊(201)園周上的長度在(1±20%) 1/(2N) 園周長的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種無滑動接觸的超導(dǎo)磁屏蔽交流發(fā)電機(jī)。有定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子上有兩個(gè)同軸分離且磁極相對設(shè)置的激磁磁體。在其間隔區(qū)域的外圍設(shè)置兩組(2N個(gè))發(fā)電繞組。轉(zhuǎn)子上有N個(gè)(N＞1)超導(dǎo)磁屏蔽塊。由于激磁磁力線的相互排斥和超導(dǎo)磁屏蔽的共同作用，在轉(zhuǎn)子上形成N個(gè)單極性的集中磁場。轉(zhuǎn)子作用到發(fā)電繞組上的磁場強(qiáng)度、變化率與作用區(qū)域比常規(guī)發(fā)電機(jī)可以成倍地提高，所以能夠發(fā)展成大容量發(fā)電機(jī)。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，又無滑動接觸，故運(yùn)行可靠。
文檔編號H02K19/16GK1037057SQ8810193
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月14日
發(fā)明者陳浩樹, 張超驥 申請人:中國科學(xué)院科健公司