【摘 要】
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近年来,由于生产生活对于能源的开发和利用效率的要求不断提高,更加高效节能的高效能特种电机成为各行业的新需求。高温超导电机（High Temperature Superconducting Machine）凭借其功率密度高,体积小,质量轻的优点,在海上风力发电和大型舰艇驱动等领域具有广阔的应用前景,已成为备受各国政府及专家学者关注的研究热点。鉴于此,本文提出了一种新型的静态密封双定子高温超导电机（H
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近年来,由于生产生活对于能源的开发和利用效率的要求不断提高,更加高效节能的高效能特种电机成为各行业的新需求。高温超导电机（High Temperature Superconducting Machine）凭借其功率密度高,体积小,质量轻的优点,在海上风力发电和大型舰艇驱动等领域具有广阔的应用前景,已成为备受各国政府及专家学者关注的研究热点。鉴于此,本文提出了一种新型的静态密封双定子高温超导电机（High Temperature Superconducting Double Stator Machine,HTS-DSM）,该电机在充分利用超导电机高性能特点的同时,解决了常规超导电机冷却系统复杂,制造成本高的缺点。为了合理设计电机结构,使其达到理想运行状态,获得预期的电磁性能,本文将针对电机结构、超导磁体和冷却杜瓦进行分析和设计,结合超导材料学、电磁学、力学等多学科知识展开较为深入的分析与计算。内容主要包括以下方面:1、分析现有超导电机结构特点,在考虑超导电机设计困难点的条件下,提出一种采用静态密封的双定子高温超导电机,并对其结构特点和工作原理进行分析,并分析其拓扑结构优势。2、针对所提出的双定子电机拓扑结构,设计并制造了适用于该结构的高温超导励磁线圈,并对所制造的高温超导励磁线圈进行了临界电流测试。在此基础上,针对超导线圈的电磁和机械特性,结合HTS-DSM电机的结构特点,设计了专用的跑道型超导线圈杜瓦。3、利用JMAG有限元仿真软件,对所提出HTS-DSM电机结构进行有限元分析,完成该电机静态特性的计算,如磁场分布、空载感应电动势、定位力矩和电磁转矩等。4、基于目前低温物理和材料学对超导磁体的研究现状,对HTS-DSM电机中超导线圈所受电磁力进行了理论推导。以电磁场理论为基础,结合麦克斯韦方程,计及超导迈斯纳效应,对单匝超导线圈电磁力的方程进行理论推导,得到线圈在磁场中所受电磁力方程,并采用有限元仿真进行了验证。进而利用各匝超导线材电磁力得出整体线圈电磁力分布规律,对所研究电机运行过程中超导线圈的受力形变进行预估,为超导线圈的安装以及电机的稳定运行提供计算依据。
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