超导风力发电机

1.本发明涉及超导电机技术领域，具体而言，涉及一种超导风力发电机。


背景技术：

2.近些年来，随着超导技术不断快速发展，高温超导电机的应用也不断成熟，相对于普通的风机来说，超导风机具有许多的优势，例如容量较大、效率高、成本较低等，但是同时也面临着超导电机的交流损耗的问题。
3.根据高温超导材料的运行特征可知，当超导线圈在超导态下工作时，其电阻为零，不会产生电阻损耗。但当超导线圈处于交变磁场环境下，并通入交变电流，就会相应地产生损耗，这就是超导电机的交流损耗。
4.超导电机交流损耗的产生往往会使电机的热量增加，增加超导电机的制冷压力，降低电机的运行效率，严重时会造成超导电机的失超，威胁超导电机的安全运行。所以降低超导电机的交流损耗是提高超导电机运行效率的重要环节。
5.有鉴于此，研发设计出一种能够解决上述技术问题的超导风力发电机显得尤为重要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种超导风力发电机，其具交流损耗较小的特点。
7.本发明提供一种技术方案：
8.第一方面，本发明实施例提供了一种超导风力发电机，其包括定子、转子及圆筒结构；
9.所述定子套设于所述转子；
10.所述圆筒结构套设于所述转子，且位于所述转子和所述定子之间，所述圆筒结构上设有导磁部，所述导磁部为铁磁材料，且与所述定子的定子齿的末端对应。
11.结合第一方面，在第一方面的另一种实现方式中，所述圆筒结构包括圆筒主体以及所述导磁部，所述圆筒主体套设于所述转子，且位于所述转子和定子之间，所述导磁部为涂覆于所述圆筒主体的铁磁材料。
12.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述导磁部在所述转子周向方向上的宽度小于所述定子齿末端端面在所述转子周向方向上的宽度。
13.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述导磁部与所述定子齿末端端面的中部对应，且所述导磁部在所述转子周向方向上的宽度小于等于三分之一所述定子齿末端端面在所述转子周向方向上的宽度。
14.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述圆筒结构上还设有阻磁部，所述阻磁部为非铁磁材料，且与相邻的两个所述定子齿之间的间隙对应。
15.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述阻磁部
的在转子周向方向上的宽度大于对应的两个所述定子齿之间的间隙。
16.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述阻磁部与所述导磁部相接，且所述阻磁部的部分与对应的两个所述定子齿之间的间隙对应，部分与对应的两个所述定子齿各自的末端端面对应。
17.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述圆筒结构还包括圆筒主体，所述圆筒主体套设于所述转子，且位于所述转子和定子之间；
18.所述导磁部为涂覆于所述圆筒主体的铁磁材料，所述阻磁部为涂覆于所述圆筒主体的非铁磁材料。
19.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述圆筒结构包括多个所述导磁部及多个所述阻磁部，多个所述导磁部沿圆环间隔排布，多个所述阻磁部分别设置于相邻的两个所述导磁部之间，且与对应的两个所述导磁部连接，以共同围成圆筒状。
20.结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，所述定子齿的末端端面和所述定子齿的侧面之间圆滑过渡。
21.相比现有技术，本发明实施例提供的超导风力发电机相对于现有技术的有益效果包括：
22.该超导风力发电机包括定子、转子及圆筒结构，其中，定子套设于转子，而圆筒结构套设于转子，且位于转子和定子之间，在圆筒结构还上设有导磁部，该导磁部为铁磁材料，且与定子的定子齿的末端对应，换言之，定子齿的末端和转子的外周之间具有为铁磁材料的导磁部，这样一来，通过导磁部改变了所在位置的磁场分布，以引导磁力线更多的集中于定子齿，减少漏磁的程度，并且，导磁部与气隙的磁导率相差较大，减小了气隙大小，从而降低了超导风力发电机的交流损耗。
23.为使本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本发明实施例提供的超导风力发电机的部分结构示意图。
26.图2为本发明实施例提供的超导风力发电机的圆筒结构部分的结构示意图。
27.图3为本发明实施例提供的超导风力发电机的定子齿末端做圆角处理之后的部分的结构示意图。
28.图4为本发明实施例提供的超导风力发电机的仿真模型所计算的交流损耗数值图。
29.图5为本发明实施例提供的超导风力发电机未设置圆筒结构及其定子齿末端未做圆角处理时的仿真模型所计算的交流损耗数值图。
30.图标：10
‑
超导风力发电机；11
‑
定子；111
‑
定子齿；112
‑
定子齿槽；12
‑
转子；13
‑
圆
筒结构；131
‑
圆筒主体；132
‑
导磁部；133
‑
阻磁部。
具体实施方式
31.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
33.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
35.实施例：
36.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的超导风力发电机10的部分结构示意图。
37.本发明实施例提供一种超导风力发电机10，该超导风力发电机10具交流损耗较小的特点。
38.以下将具体介绍本发明实施例提供的超导风力发电机10的结构组成、工作原理及有益效果。
39.请继续参阅图1，以及参阅图2，图2为本发明实施例提供的超导风力发电机10的圆筒结构13部分的结构示意图。
40.该超导风力发电机10包括定子11、转子12及圆筒结构13，其中，定子11套设于转子12，而圆筒结构13套设于转子12，且位于转子12和定子11之间，在圆筒结构13还上设有导磁部132，该导磁部132为铁磁材料，且与定子11的定子齿111的末端对应，换言之，定子齿111的末端和转子12的外周之间具有为铁磁材料的导磁部132，这样一来，通过导磁部132改变了所在位置的磁场分布，以引导磁力线更多的集中于定子齿111，减少漏磁的程度，并且，导磁部132与气隙的磁导率相差较大，减小了气隙大小，从而降低了超导风力发电机10的交流
损耗。
41.进一步地，导磁部132在转子12周向方向上的宽度小于定子齿111末端端面在转子12周向方向上的宽度，如图1所示。换言之，导磁部132在定子齿111末端端面上的投影位于定子齿111末端端面内，导磁部132在定子齿111末端端面上的投影面积小于定子齿111末端端面的面积，以进一步改变磁场的分布，使得磁力线更多的集中于定子齿111，进一步降低超导风力发电机10的交流损耗。
42.此外，导磁部132还可与定子齿111末端端面的中部对应，以进一步将磁力线更多的集中于定子齿111，其中，中部是指将定子齿111末端端面按其在转子12周向方向分为三等份时，其中的中间等份所对应的位置。
43.并且，导磁部132在转子12周向方向上的宽度小于等于三分之一定子齿111末端端面在转子12周向方向上的宽度，进一步将磁力线更多的集中于定子齿111。
44.进一步地，圆筒结构13上还可设有阻磁部133，该阻磁部133为非铁磁材料，并且，阻磁部133与相邻的两个定子齿111之间的间隙对应，以使更多的磁力线经导磁部132分布。而非铁磁性材料的磁导率相对较小，对交变磁场可以起到屏蔽作用，又因交变的磁场是交流损耗产生的原因之一，所以非铁磁性材料的涂抹可以从源头对交流磁场产生削弱的作用，从而达到减小交流损耗的目的。
45.并且，阻磁部133的在转子12周向方向上的宽度大于对应的两个定子齿111之间的间隙，从而更大面积的改变磁场的分布，提高磁力线的集中度。
46.此外，阻磁部133可与导磁部132相接，且阻磁部133部分与对应的两个定子齿111之间的间隙对应，部分与对应的两个定子齿111各自的末端端面对应，以与导磁部132共同起到集中磁力线，改变磁场分布的效果。
47.进一步地，在本实施例中，圆筒结构13包括圆筒主体131以及导磁部132，其中，圆筒主体131套设于转子12，且位于转子12和定子11之间，而导磁部132为涂覆于圆筒主体131的铁磁材料，也就是说，导磁部132为通过涂覆工作完成设置的，其便于制造，其结构简单，成本较低。
48.并且，阻磁部133也可为涂覆于圆筒主体131的非铁磁材料，以进一步降低超导风力发电机10的制造成本。
49.需要说明的是，在本实施例中，阻磁部133和导磁部132均为多个，多个，阻磁部133及导磁部132间隔交叉分布，如图1和图2所示。
50.而在其他实施例中，圆筒结构13也可为这样的结构，其包括多个导磁部132及多个阻磁部133，多个导磁部132沿圆环间隔排布，多个阻磁部133分别设置于相邻的两个导磁部132之间，且与对应的两个导磁部132连接，以共同围成圆筒状。
51.请参阅图3，图3为本发明实施例提供的超导风力发电机10的定子齿111末端做圆角处理之后的部分的结构示意图。
52.进一步地，定子齿111的末端端面和定子齿111的侧面之间圆滑过渡，换言之，相邻的两个定子齿111之间的定子齿槽112的开口边缘做圆角处理，以使经定子齿111末端的磁力线较易集中至导磁部132的位置。
53.请参阅图4和图5，图4为本发明实施例提供的超导风力发电机10的仿真模型所计算的交流损耗数值图。图5为本发明实施例提供的超导风力发电机10未设置圆筒结构13及
其定子齿111末端未做圆角处理时的仿真模型所计算的交流损耗数值图。
54.此外，本发明实施例提供的超导风力发电机10未设置圆筒结构13及其定子齿111末端未做圆角处理时的仿真模型进行有限元分析计算，计算出从模型启动到六十秒实现稳定期间的交流损耗数值，对数据进行分析，截取其达到稳定期间，对数据进行输出，最后选取五十秒到六十秒为稳定数据，可以得出其交流损耗如图5，对五十秒到六十秒的数据进行平均值的计算，计算得出交流损耗大小约为2782.01j。
55.而本发明实施例提供的超导风力发电机10的仿真模型进行有限元分析计算，同样截取五十秒到六十秒为稳定数据，可以得出其交流损耗如图4，具体曲线形状与图5对应的模型大概相似，但数值大小相比于未设置圆筒结构13及其定子齿111末端未做圆角处理时的模型有所减小，大概为2275.21j左右，证明该方法可以有效减小超导电机所产生的交流损耗。
56.本发明实施例提供的超导风力发电机10的工作原理是：
57.该超导风力发电机10包括定子11、转子12及圆筒结构13，定子11套设于转子12，而圆筒结构13套设于转子12，且位于转子12和定子11之间，在圆筒结构13还上设有导磁部132，该导磁部132为铁磁材料，且与定子11的定子齿111的末端对应，换言之，定子齿111的末端和转子12的外周之间具有为铁磁材料的导磁部132，这样一来，通过导磁部132改变了所在位置的磁场分布，以引导磁力线更多的集中于定子齿111，减少漏磁的程度，并且，导磁部132与气隙的磁导率相差较大，减小了气隙大小，从而降低了超导风力发电机10的交流损耗。
58.综上所述：
59.本发明实施例提供一种超导风力发电机10，其具交流损耗较小的特点。
60.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在不冲突的情况下，上述的实施例中的特征可以相互组合，本发明也可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。并且，应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。