РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Советский патент 1994 года по МПК H02K55/02 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке проектирования ротора криогенной электрической машины, имеющего сверхпроводниковую обмотку.

Целью изобретения является повышение надежности ротора криогенной электрической машины со сверхпроводниковой обмоткой.

На чертеже изображен ротор криогенной электрической машины, продольный разрез.

Ротор содержит сверхпроводниковую обмотку 1, расположенную в низкотемпературной полости 2, бандаж 3 с двумя кольцевыми выступами 4, стенки 5 и пробки 6 с нарезкой 7, сверхпроводниковый электромагнитный экран 8, дополнительный бандаж 9, тепловой экран 10, внешнюю вакуумную оболочку 11, две хвостовины 12 с фланцами 13, канал 14 входа хладагента в холодную зону, два канала 15 выхода хладагента из холодной зоны, два канала 16 выхода хладагента из ротора, компенсатор тепловых деформаций 17 и вакуумированную полость 18.

На чертеже также показан якорь 19 криогенной электрической машины с обмоткой 20 в компоновке с предлагаемым ротором.

Электромагнитный экран 8 может быть выполнен из сверхпроводникового материала, например проводом прямоугольного сечения на основе сплава ниобий-олово, намотанным на внешнюю поверхность бандажа 3, ограниченную выступами 4. Все витки соединены между собой проводниковым материалом, например, пайкой.

Толщина экрана определяется в зависимости от величины экранируемого переменного магнитного поля и свойств переменного поля и сверхпроводникового материала.

Дополнительный бандаж 9, скрепляющий сверхпроводниковый электромагнитный экран 8, может быть выполнен в виде трубы, надетой на экран 8 с гарантированным натягом, что ограничивает перемещение сверхпроводникового электромагнитного экрана 8 от центробежных сил.

Внешняя вакуумная оболочка 11, бандаж 3, хвостовина 12, пробки 6 и компенсатор тепловых деформаций 17 жестко соединены между собой известным способом, например, сваркой болтами и др.

Тепловой экран 10 присоединен к бандажу 3 также любым известным способом с надежным тепловым контактом.

Внешняя вакуумная оболочка 11 и цапфа 12 с фланцами 13 образуют вакуумированную полость 18 ротора.

При криостатировании сверхпроводниковой обмотки 1 хладагент подается по каналу 14 в низкотемпературную полость 2 для охлаждения обмотки до рабочей температуры. Отработанный газообразный хладагент из полости 2 поступает двумя потоками последовательно в каналы 15, в каналы, образованные нарезкой 7 и бандажом 3, и каналы 16 на выход из роторов для обратного цикла работы.

При работе криогенной электрической машины сверхпроводниковая обмотка ротора, возбужденная постоянным током, создает постоянное магнитное поле в зоне обмотки якоря, которое при вращении ротора индуцирует ЭДС в обмотке якоря. При этом постоянное магнитное поле сверхпроводниковой обмотки, которое в зоне экрана составляет величину более 3, и благодаря ступенчатой характеристике намагничивания материала экрана проникает через сверхпроводниковый электромагнитный экран в зону якоря, а переменное магнитное поле реакции якоря, имеющее амплитуду порядка 0,2 т, не проникает через экран в сверхпроводниковую обмотку.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность ротора криогенной электрической машины за счет уменьшения вероятности аварийного перехода сверхпроводниковой обмотки в нормальное состояние вследствие эффективного экранирования обмотки от переменных магнитных полей, а также повысить удельные энергетические показатели на 6-10% за счет повышения рабочей индукции в якоре, достигаемой благодаря уменьшению фактического зазора между сверхпроводниковой обмоткой и обмоткой якоря.

Уменьшение фактического зазора достигается за счет уменьшения толщины внешней вакуумной оболочки до 15 мм и вновь введенных тонкостенных элементов - сверхпроводникового электромагнитного экрана толщиной до 2 мм и посаженного на экран дополнительного бандажа толщиной до 8 мм. Сумма толщин указанных трех элементов составляет менее 25 мм вместо 45 мм толщины электромагнитного экрана в базовом образце.

(56) Авторское свидетельство СССР N 262240, кл. H 02 K 9/16, 1962.

Заявка Великобритании N 1564646, кл. H 02 K 9/19, 1975.

РОТОР КРИОГЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий размещенный в вакуумированной полости тепловой экран, охваченный бандажом сверхпроводниковую обмотку возбуждения и размещенный между тепловым экраном и обмоткой возбуждения сверхпроводниковый электромагнитный экран, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, наружная поверхность бандажа на его торцах снабжена кольцевыми выступами, между которыми размещен сверхпроводниковый электромагнитный экран, скрепленный снаружи дополнительным бандажом.