超导发电机拓扑结构
由于常规结构超导电机不宜工作在高转速条件下,因此功率密度提升能力有限。对于航空电推进系统的需求,涡电动力是一种极具前景的全电航空实现途径。涡轮发电机的突出特点是高功率、高转速以及高效率,因此,多种适宜高速工作的超导发电机结构被加以报道。 为避免转子超导励磁动密封难题以及超导体励磁磁密不足的现状,在第2类径向间隙定子半超导电机的基础上,在转子端部增加轴向超导励磁结构,得到一种新型的轴-径向间隙超导电机。轴-径向间隙超导电机的定子电枢绕组与径向间隙超导电机相同,区别在于前者在转子端部增加了静置的超导励磁磁体与闭磁环,转子端部增加了N极导磁端环和S极导磁端环,导磁端环与转子连成一个整体,闭磁环与导磁端环留有轴向间隙,因此电机内部同时存在径向和轴向磁通路径,其局部结构如图1所示。
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轴-径向间隙超导电机局部结构
轴-径向间隙超导电机综合了径向气隙超导电机和轴向气隙超导电机结构特点,采用此新型结构有效地解决了超导电机的低温容器旋转动密封和轴的冷却收缩补偿问题,克服了系统可靠性低的缺点,通过超导轴向励磁增加径向气隙磁密,进而增加空载反电势和电磁转矩,提高电机功率并增大电机功率密度。此种电机转子采用常规永磁转子,因此转子可以高速工作,但由于转子采用细长结构,且限于导磁端环材料的磁饱和程度,超导励磁对气隙磁密的提升能力有限,并且转子端部超导励磁结构使超导电机的整体冷却结构及装配结构变得复杂。