一种旋转极靴式高温超导同步电机

成果名称

一种旋转极靴式高温超导同步电机

成果联系人

张文峰

职称

讲师

所在单位

自动化学院、人工智能学院

联系电话

Email

zhangwenfeng@njupt.edu.cn

技术成熟度

应用方案

技术分类

其他

核心专利号

ZL201910124581.2

所属学科方向

一级学科

电气工程

二级学科

电机与电器

应用行业

制造业

项目概况：

近年来，随着用电设备的增多和新型电驱动技术的发展，航空航天、装甲车等领域对具有更高功率密度的超导电机需求迫切，如航空航天用发电机、起动/发电机、装甲车载发电机以及各类电作动装置用电机等。此类电机还普遍具有运行速度高、可靠性要求高等特点，为超导电机的研制带来新挑战。由于“半超导”电机需要使用为超导线圈提供励磁电流的滑环和使用动密封的旋转杜瓦等复杂结构，影响了电机作高速运行时的可靠性，提升了电机的制造难度，成为超导电机在该领域应用亟需解决的“瓶颈”问题。

针对该问题，本项目提出一种新型的基于YBCO带材的旋转极靴式高温超导电机。旋转极靴式超导电机将同步电机极靴从极身分离单独旋转作为电机转子，超导磁体处于静止状态，有效避免了电刷和旋转杜瓦的使用。并且转子结构简单可靠，转动惯量低，适用于高速、高可靠运行环境。本项目关于旋转极靴式超导电机的研究对于解决超导电机在航空航天、装甲车等领域的应用具有重要意义。

关键技术：

团队张文峰博士自主提出了该新型旋转极靴式超导电机结构。旋转极靴式超导电机将常规有铁心“半超导”电机极靴与磁极铁心分离（“半超导”电机励磁系统如图 3所示，包括超导线圈和磁极铁心，磁极铁心为由极靴、极身和转子轭等组成的整体），由极靴单独旋转作为电机转子，极身和超导线圈通过结构调整，转换为只有单个超导线圈和铁心组成的内定子。内定子与转子通过第二气隙组成励磁回路，共同构成电机的励磁系统。这样的励磁系统保证了超导线圈工作于静止状态并且有效地降低了转子的转动惯量。

在此基础上，张文峰博士深入分析了该型电机的工作原理，基于商用软件二次开发技术编制了该型电机的电磁设计专用软件，深入分析了电机三维磁场分布特点及其对超导线圈的影响、优化了电机结构。基于多物理场分析方法建立电机的磁-热-结构多场耦合模型，分析了电机不同运行状态的应力应变、温升情况，保证了电机设计的可靠性。

应用领域和市场前景：

作为一款新型超导电机(已授权专利：张文峰.旋转极靴式高温超导同步电机.专利号：ZL201910124581.2)，旋转极靴式超导电机具有结构简单可靠、转动惯量小，不使用电刷和旋转动密封等结构优势。其结构的特点决定了电机的可靠性和用于高速电机可行性，是申请者从事大量应用超导技术研究、电机设计和工程电磁场计算的经验上提出的，具有很强的应用前景，已经得到航空航天以及装甲车研制机构的关注。同时，第二代YBCO超导带材性能不断提升，价格大幅降低，更加提升了超导电机的竞争力，为超导电机工业化应用带来机遇。我国上海超导科技、江苏永鼎以及苏州新材料研究所等研制机构生产的超导带材性能已经达到世界先进水平，为国产超导电机研究与制造打下坚实基础，超导电机行业前途光明。

合作方式（技术转让，技术开发，技术服务，技术咨询，技术入股）：

*技术转让

*技术开发

*技术咨询

*技术服务

*技术入股