专利摘要

本发明公开了一种超导电机的力矩传导结构，其特征在于，该力矩传导结构设置于低温转子与常温电机轴之间，且其为圆筒状的支架状刚性结构，由此在所述低温转子与所述常温电机轴之间形成延长的热传导路径。按照本发明实现的多层力矩传导结构，能够通过法兰与梁结构配合使用，在结构部件中合理开孔以增加热传导路径，从而显著减小力矩传导结构的漏热；从低温转子的内部支撑转子系统，充分利用了转子与电机主轴之间的空间，不会占用额外的轴向空间，不会增加电机的轴向长度；该多层力矩传导结构加工方案灵活，尤其适用于大型超导电机的低温转子支撑。

权利要求

1.一种超导电机的力矩传导结构，其特征在于，该力矩传导结构(4)设置于超导低温转子(5)与常温电机轴(6)之间，且其为圆筒状的支架状刚性结构，由此在所述低温转子与所述常温电机轴之间形成延长的热传导路径。

2.如权利要求1所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，该力矩传导结构(4)的圆筒状的支架状刚性结构包括梁结构(1)以及连接于其两端的环形法兰结构(2，3)；

所述环形法兰结构(2，3)包括若干不同直径的套设的法兰环(21，22，23，31，32，33)，所述梁结构(1)包括若干不同直径的套设的子梁结构(11，12)，子梁结构(11，12)分别包括中心环(111，121)，其上沿圆周分布设置有若干向所述两端法兰环延伸的板片(112，113，122，123)，所述板片的另外一端连接于所述两端环形法兰结构(2，3)上。

3.如权利要求2所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述中心环(111，121)上开设有若干通孔，由此将其在径向方向分割为若干部分，所述每一部分都设置有若干沿所述两端环形法兰结构(2，3)延伸的板片，所述板片在径向方向之间存在所述通孔宽度的间隙，所述法兰环(21，22，23，31，32，33)上也开设有若干与所述中心环(111，121)上通孔对应的通孔，由此实现延长从电机常温轴到低温转子之间的热传导路径，降低漏热。

4.如权利要求3所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述板片上进一步开设沿轴向的通槽，由此所述板片在轴向的支路被分为若干个支路，进一步延长导热路径。

5.如权利要求2-4中任意一项所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述两端环形法兰结构(2，3)的法兰环(21，22，23，31，32，33)之间设置有连接梁。

6.如权利要求5中任意一项所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述力矩传导结构(4)采用一体化加工。

7.如权利要求5中所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述力矩传导结构(4)采用所述子梁结构(11，12)与所述法兰环(21，22，23，31，32，33)分别加工再组装的方式制作。

8.如权利要求6或7所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述力矩传导结构(4)由耐低温、高强度的金属材料或复合材料制成。

9.如权利要求8所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述金属材料为不锈钢或钛合金。

10.如权利要求9所述的超导电机的力矩传导结构，其特征在于，所述复合材料为玻璃纤维。

说明书

技术领域

本发明属于超导电机领域，更具体地，涉及一种超导电机的多层力矩传导结构。

背景技术

传统电机由于受到铜、铝等导体载流能力或者永磁材料性能的限制，其效率很难进一步提高，电机体积也很难进一步地缩小。超导电机与传统电机相比有着突出的优势，超导励磁线圈的载流能力为传统导体的几十甚至数百倍，使得超导电机具有极高的功率密度，与同功率等级的常规电机相比体积、重量都更小；另外由于超导材料的零电阻特性，使超导电机的损耗更小，效率更高。目前超导电机技术在国内外被广泛研究，尤其是在风力发电领域，超导电机技术可能成为继续提升风机容量的关键技术。

超导电机励磁磁场由工作在低温的超导线圈产生，要维持超导线圈正常工作的低温环境，必须要涉及相应的制冷系统来带走超导线圈工作时内部产生的热量以及外界向线圈的漏热；同时由于超导线圈必须通过支撑结构与常温的电机轴端相连，以承受重力及工作时的电磁转矩等载荷，而超导线圈支撑结构的漏热是电机制冷系统热负荷的重要部分，因此，合理设计超导线圈支撑结构即力矩传导结构，减小其漏热，是减小制冷功率，提高电机效率的关键，同时也能大大降低制冷系统设计的难度，进而降低整个低温转子设计的难度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超导电机的多层力矩传导结构，其目的在于提出一种新的多层力矩传导结构，由此解决转子结构复杂，制造难度大，零部件数量多，不利于大型电机的装配等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种超导电机的力矩传导结构，其特征在于，该力矩传导结构设置于超导低温转子与常温电机轴之间，且其为圆筒状的支架状刚性结构，由此在所述低温转子与所述常温电机之间形成延长的热传导路径。

进一步地，该力矩传导结构的圆筒状的支架状刚性结构包括梁结构以及连接于其两端的环形法兰结构；

所述环形法兰结构包括若干不同直径的套设的法兰环，所述梁结构包括若干不同直径的套设的子梁结构，子梁结构分别包括中心环，其上沿圆周分布设置有若干沿所述两端法兰环延伸的板片，所述板片的另外一端连接于所述两端环形法兰结构上。

进一步地，所述中心环上开设有若干通孔，由此将其在径向方向分割为若干部分，所述每一部分都设置有若干向所述两端环形法兰结构延伸的板片，所述板片在径向方向之间存在所述通孔宽度的间隙，所述法兰环上也开设有若干与所述中心环上通孔对应的通孔，由此实现延长从电机常温轴到低温转子之间的热传导路径，降低漏热。

进一步地，所述板片上进一步开设沿轴向的通槽，由此所述板片在轴向的支路被分为若干个支路，进一步延长导热路径。

进一步地，所述两端环形法兰结构的法兰环之间设置有连接梁。

进一步地，所述力矩传导结构采用一体化加工。

进一步地，所述力矩传导结构采用所述子梁结构与所述法兰环分别加工再组装的方式制作。

进一步地，所述力矩传导结构由耐低温、高强度的金属材料或复合材料制成。

进一步地，所述金属材料为不锈钢或钛合金。

进一步地，所述复合材料为玻璃纤维。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果；

(1)通过法兰与梁结构配合使用，在结构部件中合理开孔以增加热传导路径，从而显著减小力矩传导结构的漏热；

(2)从低温转子的内部支撑转子系统，充分利用了转子与电极主轴之间的空间，不会占用额外的轴向空间，不会增加电机的轴向长度，从而减小电机的体积和重量；

(3)该多层力矩传导结构加工方案灵活，尤其适用于大型超导电机的低温转子支撑。

附图说明

图1是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构的的整体示意图；

图2是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构的的爆炸结构示意图；

图3是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构的环形法兰环结构的爆炸示意图；

图4是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构的梁结构的爆炸示意图；

图5是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构的部分热传导路径的示意图；

图6是按照本发明实现的用于超导电机的多层力矩传导结构装配于超导电机中的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-梁结构 2、3-环形法兰结构 4-力矩传导结构 5-超导低温转子6-电机常温轴 7-低温屏蔽层

11、12-子梁结构 111、121-中心环片 112、113、122、123-板片1111、1112-中心环片通孔

21、22、23、31、32、33-法兰环 211、212、221、222、231、232-法兰环上开设的通孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

本发明提出的用于超导电机的力矩传导结构4是使用具有一定承受力的材料组成的支架结构，该支架结构的整体结构为圆筒状，由于该结构具有支架的结构，因此支架的复杂回路会产生热传导路径的延长，由此来达到减小漏热的效果。其中实施例一的具体结构如下：

如图1-4中所示，其包括梁结构1以及连接固定于其两端的环形法兰结构2、3；

环形法兰结构2、3包括若干不同直径的沿径向方向套制的法兰环21、22、23，梁结构1包括2个不同直径的套制的子梁结构11、12，子梁结构11、12分别包括中心环片111、121，中心环片111和中心环片121上沿圆周分布设置有若干沿两端法兰环延伸的板片112、113、122、123，板片112、113的另外一端连接固定于环形法兰结构2上，板片122、123的另外一端连接固定于环形法兰结构3上。

实施例二

为了更进一步地延长导热路径，以此方式来减少漏热，本实施例中还提出了一种进一步的改进结构：

如图1-4所示，该结构主要由与转子轴垂直的环形法兰结构2、3、沿轴方向的梁结构1组成。

其中包括与超导低温转子5相连的外法兰23、与常温电机轴端6相连的内法兰21，以及中间法兰22，其中法兰21、22、23的直径不同，由此可以在径向上套制，其中如图3所述，在法兰环21、22、23的圆周上分布开设通孔211、212、221、222、231、232等。

环形法兰结构2和环形法兰结构3之间设置有梁结构1，其中梁结构1包括有子梁结构11、12，两个子梁结构的直径不同，由此可以在径向方向套制，如图4所示，其中子梁结构11包括有中心环片111，与实施例一不同的是，该实施例二中，在中心环片111的圆周上均匀开设分布的通孔1111、1112等，这些通孔将中心环片111在径向方向上分成了两个部分，在此部分上设置向两端环形法兰结构延伸的板片112、113等。与此相对应的，如图3所示，在法兰环21、22、23上也开设对应的通孔，也在将法兰环在径向上分成若干部分，由此可以实现板片112、113等的固定。

本发明利用梁结构，并且在法兰中开孔，合理布置法兰与梁的连接位置以使热传导路径长，导热面积小，热阻大。如图5所示，为本发明所涉及的力矩传导结构中的热传导路径，在此结构中，热量通过电机的常温轴端6流入内法兰21的内侧，绕过内法兰通孔后流入梁结构1、梁结构1之间的中心环片111、121等，热量最后流入外法兰23、33等，并绕过外法兰23的孔进入低温转子5；如此设计的力矩传导结构热传导路径长，漏热小。同时，沿圆周分布有多个子梁结构，使得内部载荷分布均匀；环形法兰结构使整个力矩传导结构在圆周方向具有完整性，使结构能够承受电机工作时候的载荷。

实施例三

当然，本发明采用筒状的架空结构设置于低温转子5与常温电机轴端6之间，当然，导热路径延长的设置方式并不限于上述的方式，本实施例三中，将子梁结构的中心环片111、121中的通孔在径向方向进行扩展，由此将中心环片在径向不止分为两个部分，由此可以扩展板片112、113的数量，同时需要在环形法兰结构2、3的法兰上开设对应的通孔由此来固定扩展后的板片。

实施例四

当然，本发明采用筒状的架空结构设置于低温转子5与常温电机轴端6之间，当然，导热路径延长的设置方式并不限于上述的方式，本实施例四中

板片112、113、122、123上进一步开设沿轴向方向的通槽来进行导热路径的延长，由此一个板片在轴向的支路又可被分为若干个支路，总之，要能延长导热路径，减小漏热，具体的细节方案在此不再赘述。

本发明中的力矩传导结构的制备方法：

本发明涉及超导电机的力矩传导结构可以采用一体化加工，或分成各零件加工然后组装而成。当采用各零件组装时，各零件之间可以采用螺栓连接、焊接、粘接、键连接、销连接等连接方式。在加工时环形法兰结构2、3可以采用整体加工之后开孔；或将环形法兰分成若干个法兰环，法兰环之间存在径向间隙，用多个沿圆周分布的径向梁将两个法兰连接起来。超导电机的力矩传导结构选用耐低温、高强度的金属材料或复合材料作为其制作材料，金属材料可以是钛合金、不锈钢以及各种高强度合金钢等，符合材料可以是玻璃钢、碳纤维复合材料等。

当然，如图6所示，本发明采用的力矩传导结构4设置于超导低温转子5与常温电机轴6之间，当然，导热路径延长的设置方式并不限于上述的方式，总之，要采用支架的方式在低温屏蔽层7内延长导热路径，减小漏热，具体的细节方案在此不再赘述。

总之，按照本发明的多层力矩传导结构，与现有技术相比，主要有以下技术优点：

该力矩传导结构中法兰与梁配合使用，并且在法兰中开孔，使得总的导热路径长，由高温端到低温转子的漏热小；该力矩传导结构从超导电机转子内侧来支撑转子，充分利用了电机环形转子与主轴之间的空间，不会增加电机的轴向长度，减小了超导电机的体积和重量，对于大型超导电机，这种结构具有显著的优势；该力矩传导结构在利用梁结构延长导热路径、减小材料使用量的同时，又利用环形法兰保证整个结构圆周完整性，使其能够承受电机工作时的载荷；该结构可由多个法兰、梁结构组合而成，各零件结构简单，易加工，整个结构装配灵活，非常适用于大型超导电机。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

一种超导电机的力矩传导结构专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。