сверхпроводниковая синхронная машина
Классы МПК: | H02K55/02 синхронного типа |
Автор(ы): | Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Полтавец В.Н., Семенихин В.С., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л., Егошкина Л.А., Ларионов А.Е., Конеев С.М.-А., Модестов К.А., Ларионов С.А. |
Патентообладатель(и): | Московский государственный авиационный институт (технический университет), Ковалев Лев Кузьмич, Илюшин Константин Васильевич, Полтавец Владимир Николаевич, Семенихин Валерий Сергеевич, Пенкин Владимир Тимофеевич, Ковалев Константин Львович, Егошкина Людмила Александровна, Ларионов Анатолий Евгеньевич, Конеев Сулейман Мухаммед-Алимович, Модестов Кирилл Андреевич, Ларионов Сергей Анатольевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-03-30 публикация патента:
27.02.2002 |
Использование: в сверхпроводниковых синхронных электрических машинах с использованием объемных высокотемпературных сверхпроводников, работающих в режиме "вмороженного" магнитного потока в криоэнергетике и аэрокосмической технике. Машина содержит статор с шихтованным сердечником с многофазной многополюсной обмоткой. Цилиндрический ротор выполнен в виде явнополюсного ферромагнитного сердечника с расположенными на полюсах катушками. Катушки состоят из короткозамкнутых неизолированных витков из высокотемпературного сверхпроводникового материала, образующих монолитную конструкцию. Короткозамкнутые витки могут быть выполнены в виде плоских рамок из высокотемпературного сверхпроводникового многослойного пластинчатого композита на основе висмутовой керамики в серебряной матрице (Bi-Ag) или объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала на основе монодоменной иттриевой керамики (YBCO). Кроме того, короткозамкнутые витки могут быть выполнены из высокотемпературных сверхпроводниковых композитных проводов на основе висмутовой и иттриевой керамик ленточного типа, круглого либо прямоугольного сечения. Технический результат заключается в повышении мощности, КПД и соs
и массогабаритных показателей машины. 2 з.п.ф-лы, 11 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11
![сверхпроводниковая синхронная машина, патент № 2180156](/images/patents/290/2180004/981.gif)
Формула изобретения
1. Сверхпроводниковая синхронная машина, содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную в его пазах многофазную многополюсную обмотку, цилиндрический ротор, отличающаяся тем, что ротор выполнен в виде явнополюсного ферромагнитного сердечника с расположенными на полюсах катушками, состоящими из короткозамкнутых неизолированных витков из высокотемпературного сверхпроводникового материала, образующих монолитную конструкцию. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что короткозамкнутые витки выполнены в виде плоских рамок из высокотемпературного сверхпроводникового композитного пластинчатого материала на основе висмутовой керамики или объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала на основе иттриевой керамики. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что короткозамкнутые витки выполнены из высокотемпературных сверхпроводниковых композитных проводов на основе висмутовой или иттриевой керамик ленточного типа, круглого либо прямоугольного сечения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к сверхпроводниковым синхронным электрическим машинам с использованием объемных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), работающих в режиме "вмороженного" магнитного потока, и может найти применение в криоэнергетике и аэрокосмической технике. Известны сверхпроводниковые электрические машины (гистерезисные, реактивные, с "вмороженным" магнитным потоком) [1-7], где в качестве активных элементов на роторе используются объемные ВТСП материалы (в частности, иттриевая керамика YBCO). Электрические машины этого класса имеют преимущества по массогабаритным (в ~3-4 раза) и энергетическим показателям по сравнению с традиционными электрическими машинами. Если говорить о сверхпроводниковых электрических машинах с "вмороженным" магнитным потоком [1,2,4-6], то эти преимущества объясняются, в частности, способностью объемных ВТСП материалов к "вмораживанию" высоких значений магнитного поля (1-2 Тл при температуре жидкого азота - 77 К и более 6 Тл при температуре жидкого водорода и гелия - 4-20 К). Эти величины существенно выше, чем у современных высокоэнергетических постоянных магнитов на основе редкоземельных материалов (например, Nd-Fe-B, которые создают магнитные поля величиной ~1 Тл при комнатной температуре). Такие машины работают как в двигательном, так и в генераторном режимах [5]. К недостаткам их относится сложность конструкции статора с аксиальным воздушным зазором и дополнительными цилиндрическими катушками для "вмораживания" магнитного поля в YBCO блоки, а также относительно сложный процесс "вмораживания" магнитного поля, требующий реализации сложной циклограммы запитывания обмотки, согласованной по времени с захолаживанием ее и переходом в сверхпроводящее состояние ВТСП материала ротора. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является сверхпроводниковая гистерезисная электрическая машина [7], содержащая статор с шихтованным сердечником, в пазах которого размещена многофазная многополюсная обмотка, цилиндрический ротор с закрепленными на его внешней поверхности в виде неявно выраженных полюсов активными элементами, которые изготовлены из высокотемпературного сверхпроводникового материала и выполнены в виде сплошного полого цилиндра, чередующихся тонких слоев высокотемпературных сверхпроводниковых пленок и слоев диэлектрика или стержней, образующих короткозамкнутую клетку, размещенную в пазах ротора. Недостатком данной конструкции являются невысокие значения коэффициента мощности и КПД вследствие повышенных токов намагничивания, обусловленных большим воздушным зазором. По этой же причине массогабаритные показатели прототипа относительно невысоки. Целью изобретения является повышение энергетических (выходной мощности, коэффициента мощности, КПД) и массогабаритных показателей машины. Цель достигается тем, что в сверхпроводниковой синхронной электрической машине, содержащей магнитопроводящий статор, выполненный шихтованным и имеющий пазы, распределенные по его внутренней поверхности, размещенную в этих пазах многофазную многополюсную обмотку и цилиндрический ротор, установленный на валу машины, ротор выполнен в виде явнополюсного ферромагнитного сердечника с расположенными на полюсах катушками, состоящими из короткозамкнутых неизолированных витков из высокотемпературного сверхпроводникового материала, образующих монолитную конструкцию. Короткозамкнутые витки могут быть выполнены в виде плоских рамок из материала, такого как высокотемпературный сверхпроводниковый многослойный пластинчатый композит на основе висмутовой керамики в серебряной матрице (Bi-Ag) или объемного высокотемпературного сверхпроводникового материала на основе монодоменной иттриевой керамики (YBCO). Кроме того, короткозамкнутые витки могут быть выполнены из высокотемпературных сверхпроводниковых композитных проводов на основе висмутовой и иттриевой керамик ленточного типа, круглого либо прямоугольного сечения. Положительный эффект указанной совокупности отличительных признаков заключается в том, что в отличие от прототипа, представляющего собой машину с неявно выраженными полюсами на роторе, в сверхпроводниковой синхронной электрической машине с "вмороженным" в короткозамкнутые элементы магнитнымпотоком явнополюсная конструкция ротора позволяет уменьшить воздушный зазор, что способствует увеличению магнитной связи ротора и статора, повышению КПД и cos![сверхпроводниковая синхронная машина, патент № 2180156](/images/patents/290/2180004/981.gif)
![сверхпроводниковая синхронная машина, патент № 2180156](/images/patents/290/2180004/981.gif)
![сверхпроводниковая синхронная машина, патент № 2180156](/images/patents/290/2180004/981.gif)
1. Itoh Y. et al. High-Temperature Superconducting Motor Using Y-Ba-Cu-О Bulk Magnets.-Jpn. Appl. Phys., v. 34, p. 5574-5578, part l, N 10, 1995. 2. Kovalev L. K. et al. New Types of Electric Mashines on the Basis of the Bulk HTS Elements: Recent Results and Future Development. - Proc, of ICEC-18, Mumbai, India, 2000. 3. Сверхпроводниковые электрические машины и магнитные системы: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электромеханика" / Бертинов А.И., Алиевский Б.Л. , Илюшин К.В., Ковалев Л.К., Семенихин B.C. Под ред. Алиевского Б.Л. - М.: МАИ, 1993. 4. Crapo A.D., Lloyd J.D. Homopolar DC Motor Trapped Flux Brushless DC Motor Using High Temperature Superconductor Materials. IEEE Trans. Magn., v. 27, N 2, 1991. 5. Weinstein R., Sawh R., Crapo A. An Experimental Generator Using High Temperature Superconducting Quasi-Permanent Magnets. 6. Патент США N 5177054, Н 02 К 1/22, опубл. 1993. 7. Патент РФ N 2023341, Н 02 К 55/02, опубл. 1994.
Класс H02K55/02 синхронного типа