高温超导电机中用高温超导线圈取代常规铜线圈，低温下具有零电阻特性，载流能力远大于铜导线，在给定空间内能产生很强的磁场，通过先进的设计可以使大容量高温超导电机体积和质量为常规电机的约1/2和1/3，具有高功率密度、高效率、低振动噪声、过载能力强、无周期热负载等优点。在船舶电力推进、直驱风力发电、大功率电气传动、工业发电、航天发射等许多大中型电机应用领域，特别是对电机体积、质量有严格要求的船舶电力推进和直驱风力发电领域有着十分诱人的应用前景。
一、高温超导电机技术国内外研究现状
1.国外研究现状
国外对高温超导电机的研究十分重视，美、德、日、韩等国采取一系列措施，完善体制，增加研究经费，制定研发计划，并取得了重大的突破。美国早在1987年就开始研究高温超导材料在电机领域应用的可能性，主要单位有美国超导公司（AMSC）、Rockwell Automation公司、Reliance Electric公司、电力研究所（EPRI）等，美国高温超导电机研发的历程如图1所示。
图1 美国高温超导电机研究历程
2000年7月，1 000hp、3 600r/min高温超导电机研制成功。该电机被认为是高温超导电机商业化应用的里程碑，其获得的设计经验预示着已掌握了进入大功率高温超导电机设计大门的金钥匙。
2004年， 5MW、230r/min的高温超导电机的满负荷试验顺利完成了一台。该电机是为了建造全尺寸船用推进电机，摸索技术工艺而进行中间认证的环节。
2009年，美国超导公司36.5MW、120r/min高温超导电机（如图2所示）通过海军验收试验，该电机作为美国海军新一代电力战舰DDG1000推进电机侯选电机之一，标志着高温超导电机的发展已接近工程应用阶段。
2000年7月，1 000hp、3 600r/min高温超导电机研制成功。该电机被认为是高温超导电机商业化应用的里程碑，其获得的设计经验预示着已掌握了进入大功率高温超导电机设计大门的金钥匙。
2004年， 5MW、230r/min的高温超导电机的满负荷试验顺利完成了一台。该电机是为了建造全尺寸船用推进电机，摸索技术工艺而进行中间认证的环节。
2009年，美国超导公司36.5MW、120r/min高温超导电机（如图2所示）通过海军验收试验，该电机作为美国海军新一代电力战舰DDG1000推进电机侯选电机之一，标志着高温超导电机的发展已接近工程应用阶段。
图2 美国36.5MW高温超导推进电机
德国在2001年研制成功400kVA、1800r/min 高温超导电动机后，在2006年成功研制4MW、3600r/min 发电机，2011年又研制成功4MW、120r/min 高温超导电动机。韩国为超导技术的发展制定了DAPAS计划，在2003年研制成功75kW、1800r/min 高温超导电动机后，2007年3月宣布完成了一台1 000kW、3600r/min 高温超导电动机的研制，目前正在研制5MW 、210r/min高温超导推进电机。日本川崎重工于2013年6月宣布完成船舶电力推进用3MW高温超导电机。
美国能源部2008年制定的风电开发计划，未来开发的重点集中在大功率海上风机上。直驱式发电机不需要配置成本昂贵的齿轮箱，这将有利于进一步加快海上或陆上风场的发展。
为了满足将来大容量风力发电的技术需求，目前美国、英国和德国正在制定和实施大容量高温超导风力发电的研究计划。2009 年2 月, 美国超导公司与国家可再生能源实验室(NREL)、国家风能技术中心(NWTC) 和美国东元西屋（TWMC）签署了共同合作研发协议，共同合作设计和论证先进海上风力发电机的关键技术，此发电机为大型高温超导直驱式发电机。2007年3月，科孚德（Converteam）公司和Zenergy公司宣布合作为全球风力发电和小型水力发电市场开发、制造、销售高温超导发电机。Converteam正在开展一项为期4年的由英国商业工业部资助的8MW、12rpm直驱式高温超导风力发电机的设计开发，该发电机体积明显小于常规电机，且质量只有常规电机的1/4，发电成本可节约1/4，现已完成了该发电机的高温超导线圈的制造和测试工作。
2.国内研究现状
2004年之前，我国在高温超导推进电机方面的研究还处于空白。中船重工集团第七一二研究所（以下简称“七一二所”）是最早致力于高温超导推进电机研究的机构，在20世纪60年代中期开始以舰船电力推进为目标开展超导应用技术研究工作，在20世纪90年代成功研制了一台300kW的低温超导单极电机。2007年4月，国家科技部“863”计划创新项目共同支持的“100kW 高温超导同步电机”在七一二所研制成功，完成了一台100kW 高温超导电机原理样机，如图3所示，并进行了多次性能研究试验，电机运行平稳，低温系统工作正常。填补国内高温超导电机研究的技术空白，突破部分关键技术，验证了高温超导电机的应用可行性，翻开了我国高温超导电机研究新的一页。
图3 我国100kW高温超导电机
2012年4月，七一二所再次成功研制国家“863”重点项目“1 000kW高温超导电动机”样机，如图4所示。通过1 000kW高温超导电动机样机的研制，建立高温超导电机设计与分析方法，突破了多项关键技术，解决将来实际应用可能遇到的部分工程技术问题。该电机的研制成功，标志着我国已成为世界上少数几个具备兆瓦级高温超导电机研制能力的国家，为后续大容量高温超导电机的研究奠定了坚实的基础，在我国高温超导电机技术的战略发展史上具有里程碑意义。
图4 我国1 000kW高温超导电机试验现场
3.国内外技术对比
目前国内外研制的代表性高温超导电机主要技术参数如表1所示。虽然我国1 000kW高温超导电机研制成功，技术水平和技术能力得到长足进步，但是高温超导电机是一项应用新材料、新方法、新工艺的多学科高新技术，技术难度大，而且国内高温超导电机的研究起步较晚、研究经费少，研究的深度和广度还不够，基础研究、技术水平与技术手段与美国和德国相比还存在明显差距。
我国更大容量高温超导电机的研究任重道远，需要解决大容量高温超导电机及系统设计技术，形成完整的具有独立知识产权的大容量高温超导设计技术和研制能力。七一二所已经完成了前期技术资料调研和整理消化，针对大容量高温超导电机技术方案开展了大量的论证工作。
二、高温超导电机的技术内涵
高温超导电机采用超导励磁绕组（超导磁体）代替常规铜质绕组，主要由定子、转子、低温冷却系统和失超保护系统等组成，如图5所示。其中定子主要由电枢、机座、轴承组成，转子由冷媒传输装置、高温超导磁体、磁体支撑系统、转轴、外转子真空屏等部件组成。高温超导磁体工作温度为30～40K，由外部低温冷却系统提供低温冷媒介质，通过冷媒传输装置输入转子内对超导磁体进行冷却，以维持超导磁体的超导状态。高温超导磁体在低温下具有载流密度大、产生磁场强、无损耗等特点，其强磁场特性降低了电机的体积和质量，提高电机功率密度和电机效率。
