一種超導單相多極開關磁阻電機的製作方法
2023-05-30 08:57:51 1
本發明涉及一種電機，特別涉及一種超導單相多極開關磁阻電機。
背景技術：
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現有的超導電機，大多是由常規的交、直流電機改造而來的。由於常規的交、直流電機定、轉子上都有繞組，要把定、轉子繞組同時改成超導繞組，不但成本高，而且技術難度也很大。所以，現有的超導電機，絕大多數只在定子勵磁系統採用超導勵磁，而轉子繞組仍為常規繞組。也就是說現有的超導電機基本上屬於半超導電機。又由於常規的交、直流電機，勵磁所消耗的能量，只佔整臺電機消耗能量很小一部分，而主要能量是消耗在電框繞組中。所以這種採用超導勵磁的半超導電機，節能不多。正是因為這種半超導電機節能有限，一直沒有得到普及應用。
中國專利CN 101976924 B公開了一種單相多極開關磁阻電機，包括轉子和定子，定子包括定子磁極和勵磁線圈，轉子包括轉子鐵芯和轉子磁極，轉子磁極套設在轉子鐵芯上，定子磁極位於轉子磁極的外部，定子磁極和勵磁線圈固設在電機外殼內。勵磁線圈只要一通電，所有的定子磁極和轉子磁極都產生電磁轉矩，從而使電機轉動。但這種電機因沒有採用超導線圈，耗能相對還是比較高的。
技術實現要素：
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為了解決上述現有技術中的問題。本發明的目的在於提供一種超導單相多極開關磁阻電機，只採用一個環形超導線圈、而無其他常規繞組和永磁體的高效全超導電機。
本發明為實現其目的所採取的技術方案：一種超導單相多極開關磁阻電機，包括定子、轉子、左端蓋、右端蓋和電機控制器，所述定子包括機殼和位於機殼中部的環形杜瓦瓶，以及均布於環形杜瓦瓶左右兩側機殼內圓的定子左磁極和定子右磁極；所述定子左磁極和定子右磁極兩兩相對在同一軸向直線上；所述轉子包括轉軸和固定於轉軸上的轉子鐵芯，以及與鐵芯連為一體且與定子左、右磁極相對應的轉子左磁極和轉子右磁極；所述轉子左、右磁極和定子左、右磁極為極數相等的雙凸極結構；所述環形杜瓦瓶的內膽中設環形超導勵磁線圈；所述轉子鐵芯貫穿於環形杜瓦瓶，轉子鐵芯中部位於環形杜瓦瓶的環形圈內；所述電機控制器的信號輸入端連接位置傳感器，電機控制器的輸出端通過電子開關與環形超導勵磁線圈相連。
所述位置傳感器由光偶和遮光片構成；所述光偶呈槽形結構，固定在電機非輸出端的端蓋上；遮光片固定在電機非輸出端的轉軸上，所述遮光片的齒、槽個數與磁極的齒、槽個數相對應，轉軸旋轉時遮光片從光偶的槽中穿過。
當所述機殼固定，所述形環杜瓦瓶固定在機殼內，所述轉子自由轉動，則構成內轉子電機；當所述轉子固定，且所述環形杜瓦瓶固定在轉子上，所述機殼和固定在機殼內的定子左磁極和定子右磁極自由轉動，則構成外轉子電機。
所述左端蓋和右端蓋採用非磁性材料，所述定子、轉子採用常規導磁材料製成，也可採用SMC軟磁材料熱壓成型；所述杜瓦瓶採用非金屬材料，也可採用電阻大的不鏽鋼材料。
環形杜瓦瓶的內膽設置一隻環形超導線圈，轉子從內孔中穿過。在鐵芯不飽和的情況下，大量的磁通會從鐵芯中走，而超導線旁只會有極少量的漏磁通。這就能有效保護超導狀態不被破壞。即使在脈衝狀態下工作，超導線圈也只會有極微弱的發熱。
本發明把單相多極開關磁阻電機的常規繞組改成了超導繞組，所以效率更高。由於磁阻電機是由線圈勵磁使定、轉子磁極磁化，產生磁場吸力而工作的。而本發明由於把一隻常規環形繞組改成了環形超導線圈（電阻R=0），而定、轉子磁極又是極數相等的雙凸極結構，一通電，所有的磁極能同時產生作用力，所以，只要在規定的角度開通和關斷電源，使超導線圈間斷產生磁場，電機便在耗能極少的情況下，向外輸出巨大的動力。
附圖說明：
圖1為本發明超導單相多極開關磁阻電機的主視剖視圖；
圖2為電機順時針方向旋轉時，開通角定、轉子磁極相互位置圖；
圖3為電機斷電時定、轉子磁極相互位置圖；
圖4為電機反時針方向旋轉時，開通角定、轉子磁極相互位置圖，
圖5為位置傳感器在電機端部安裝結構主視圖；
圖6為位置傳感器在電機端部安裝結構側視圖；
圖7為本發明的控制電路框圖。
圖中：1、左端蓋，2、機殼，3、轉子左磁極， 4、定子左磁極，5、環形杜瓦瓶，6、超導勵磁線圈，7、定子右磁極，8、轉子右磁極，9、右端蓋，10、轉軸，11、光偶，12、遮光片，13、電機控制器，14、電子開關。
具體實施方式：
為了進一步闡述本發明，下面結合實施例，對超導單相多極開關磁阻電機進行更詳細地說明。
參見圖1-4，本發明包括定子、轉子、左端蓋1和右端蓋9。定子由機殼2、環形杜瓦瓶5、定子左磁極4和定子右磁極7組成。定子左磁極4和定子右磁極7兩兩相對在同一軸向直線上。轉子由和轉子鐵芯連為一體的轉子左磁極3和轉子右磁極8及轉軸10組成。轉子左、右磁極和定子左、右磁極為極數相等的雙凸極結構。定、轉子材料均為常規的鐵磁體，由定、轉子磁極，轉子鐵芯和機殼構成完整的磁迴路。左端蓋和右端蓋為非磁性材料。超導線圈所用超導材料，可根據電機的使用環境和需要隨意選用高溫超導材料和低溫超導材料。
若把機殼2固定，並把環形杜瓦瓶5固定在機殼2內，而轉子可以自由轉動，即為內轉子電機。若把轉子固定，並把環形杜瓦瓶5固定在轉子上，而機殼2和固定在機殼2內的磁極可以自由轉動，即為外轉子電機。
圖5、6所示位置傳器結構，位置傳感器由光偶11和遮光片12構成。光偶11呈槽形結構，裝在電機非輸出端的端蓋上。遮光片12則裝在電機非輸出端的軸上。遮光片的齒、槽個數與磁極的齒、槽個數相對應，遮光片12從光偶的槽中穿過。隨著軸的旋轉，遮光片的齒與槽交替使光偶的輸出信號產生與消失，並通過電機控制器13使電機得電或斷電。電機導通角與關斷角的大小，由遮光片的齒與槽的佔空比來決定。而電機的開通與關斷的角度位置及改變電機轉向則通過調整遮光片固定在軸上的角度位置來決定。位置傳感器也可採用霍爾元件或其他類型的傳感器。位置傳感器也可設置在磁極上。
圖7所示，電機控制器13的信號輸入端接位置傳感器的光偶11，電機控制器13的輸出端通過電子開關14與環形超導勵磁線圈6相連。
加工和組裝實施過程如下：
首先在機殼2的上沿中線開一條軸向缺口，將杜瓦瓶的進液管沿著此缺口滑行，把杜瓦瓶5壓人機殼2的正中間部位，然後用相應填塊填平缺口。再將定子左磁極4和定子右磁極7，兩兩對應在一條軸向直線上，均布固定於杜瓦瓶兩側的機殼2的內圓上。定、轉子磁極間留有一定氣隙。
本發明超導單相多極開關磁阻電機的工作過程如下：
當電機控制器13接收到光偶11檢測到電機定、轉子磁極處於圖2位置時，讓電子開關14導通，超導勵磁線圈6得電產生磁場。此時由於轉子磁極離順時針方向的定子磁極近，而離反時針方向的定子磁極遠，根據磁阻最小原理，轉子便向順時針方向轉。當轉子轉到如圖3位置時，即定、轉子極對極位置，光偶11又把此信號傳給電機控制器13，電機控制器13又通過電子開關14切斷電機超導線圈電源，磁場力消失，轉子靠慣性繼續向順時針方向滑引。當轉子磁極和（後面的）定子磁極又處於圖2位置時，光偶11又把檢測到的這個位置信號傳給電機控制器13，電機控制器13再一次讓電子開關14導通，使電機再一次得電，電機便周而復始地繼續向順時針方向旋轉下去。
圖4是電機反時針旋轉的開通角定、轉子磁極位置示意圖，只要每次在這個位置電機控制器13讓電子開關14導通，電機得電，並在圖3位置時讓電子開關14關斷，電機失電，電機便能周而復始地朝反時針方向旋轉，和順時針方向旋轉的工作過程完全相同。
以上實施例僅是對本發明優選實施方式進行描述，而不是對本發明的限定。凡是採用單只帶內穿孔的環形杜瓦瓶（環形超導線圈）對內轉子、外轉子（電機）進行勵磁的磁阻電機，不管是低溫超導還是高溫超導，均為本發明的權利要求書的權利保護範圍之內。