一种高温超导电机的组合支撑结构及其制作方法与流程

本发明属于电机领域，具体涉及一种具有气隙电枢的高温超导电机的组合支撑结构，以及其制作方法。

背景技术：

对于高温超导电机而言，由于超导线材的强载流能力，由其绕制的高温超导励磁绕组能在电机气隙中产生大约2t的磁场，而该磁场为铁磁材料的磁饱和点。为消除超高气隙磁密在定子铁心齿部产生严重磁饱和与数倍铁心损耗，一般采用无铁心齿槽的气隙电枢结构，即定子线圈由不导磁或弱导磁齿支撑。常见的不导磁或弱导磁材料有玻璃纤维、碳纤维、不锈钢、铜和铝等，其中碳纤维、不锈钢、铜和铝等均为导电材料。从涡流损耗最低的角度来看，玻璃纤维为最适合的选择。

气隙电枢采用玻璃纤维制成的不导磁齿，该结构在消除定子齿槽谐波的同时，具有重量轻、损耗低、振动噪声低等显著的优势。但是，由于玻璃纤维制成的不导磁齿相比硅钢齿具有更低的导热系数，其无法及时有效地将定子线圈产生的热量传导出去，进而影响线圈的绝缘寿命，给气隙电枢的热设计带来了极大的挑战。

此外，由于取消了铁齿，定子线圈直接处于主磁场下，则线圈承受较大的电磁力，然而玻璃纤维制成的不导磁齿相比硅钢齿具有更低的刚度，在电磁力的作用下，其无法可靠固定定子线圈，进而影响线圈的绝缘寿命，给气隙电枢的结构设计带来一定的困难。

基于此，提出一种高温超导电机的组合支撑结构，既能满足损耗低的要求，又能满足刚强度的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，从组合支撑结构入手，考虑成型工艺，提供一种能满足实际工作需求的组合支撑结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高温超导电机的组合支撑结构，由多个串行排列的复合材料块、设置在相邻两个复合材料块之间的不导磁/弱导磁金属板以及贯穿所述复合材料块和不导磁/弱导磁金属板的复合材料杆构成，所述的复合材料块和不导磁/弱导磁金属板之间设置有粘接胶，所述的复合材料块和不导磁/弱导磁金属板的截面为相同大小的等腰梯形，所述的不导磁/弱导磁金属板厚度≤5mm。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其复合材料块由玻璃纤维板或碳纤维板加工而成。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其不导磁/弱导磁金属板由不锈钢板、铝合金板或铜板加工而成。

所述的一种高温超导电机的组合支撑结构，其复合材料杆截面为圆形或方形，由纤维丝现场穿丝固化而成或采用复合材料成型杆加工而成。纤维丝为玻璃纤维丝或碳纤维丝。

一种高温超导电机的组合支撑结构的制作方法，步骤为：

步骤1，选用玻璃纤维板或碳纤维板加工得到复合材料块；选用不锈钢板、铝合金板或铜板加工得到不导磁/弱导磁金属板；

步骤2，用粘接胶将m（m≥2）个复合材料块和m-1个不导磁/弱导磁金属板首尾交替叠压粘接在一起，用工装保证其连接孔及侧面对齐；

步骤3，将玻璃纤维丝或碳纤维丝沿轴向分别穿进复合材料块和不导磁/弱导磁金属板连接孔中，随后浸渍树脂并固化，以形成复合材料杆；

步骤4，按图纸要求进行整体机加工，即为组合支撑结构。

本发明的有益效果是：本发明的组合支撑结构整体上采用复合材料块与不导磁/弱导磁金属板的叠压结构，而复合材料杆贯穿于复合材料块和金属板之中，将它们形成一个整体。用于高温超导电机的气隙电枢时，与全复合材料楔形条方案相比，复合材料块与金属板交替叠压的结构提高了支撑件的整体刚度，降低了周向位移和振动；与多段叠压而成的全金属楔形条方案相比，其有效降低了涡流损耗。

此外，本发明所述组合支撑结构的强度主要由金属板提供，而复合材料块仅起到填充和增强刚强度的作用，因复合材料块的成型工艺比较简单，可由层压板直接加工而成，从而不用考虑因机加工所致纤维强度的衰减。

本发明在提高刚度、降低涡流损耗等方面均有较大程度的创新，特别适合在具有气隙电枢的高温超导电机中使用，尤其适合在大功率、低转速、结构紧凑、运行成本低等要求的船舶推进用高温超导电动机或高温超导直驱风力发电机中运用。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明隐去不导磁/弱导磁金属板后的示意图；

图3为本发明复合材料块的结构示意图；

图4为本发明不导磁/弱导磁金属板的结构示意图。

各附图标记为：1—复合材料块，2—不导磁/弱导磁金属板，3—复合材料杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明公开了一种高温超导电机的组合支撑结构，包括m个复合材料块1、m-1个不导磁/弱导磁金属板2、粘接胶和n个复合材料杆3，其中m≥2，n≥1，复合材料块1为轴向带有n个孔的等腰梯形块，不导磁/弱导磁金属板2为轴向带有n个孔、与复合材料块1截面形状尺寸一样，厚度为c（c≤5mm）的等腰梯形板，复合材料杆3贯穿于复合材料块1和不导磁/弱导磁金属板2的n个连接孔中。

实施例1

参照图1-4所示，本发明的一个基本实施例为11个碳纤维块与10个不锈钢板的叠压结构，而2个碳纤维杆贯穿其中，形成一个整体；所述11个碳纤维块与10个不锈钢板的连接孔均为圆孔。

组合支撑结构的制备步骤为：首先用粘接胶将11个碳纤维块和10个不锈钢板首尾交替叠压粘接在一起，用工装保证连接孔及侧面对齐；其次将碳纤维丝沿轴向分别穿进11个碳纤维块和10个不锈钢板的2个连接孔中，随后浸渍固化；最后按图纸要求进行整体机加工，即为组合支撑结构。

实施例2

与实施例1不同的是复合材料块1由玻璃纤维板加工而成。

实施例3

与实施例1不同的是不导磁/弱导磁金属板2由铝合金板加工而成。

实施例4

与实施例1不同的是不导磁/弱导磁金属板2由铜板加工而成。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。