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面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

航空学报 2023年第9期44卷 130-155页

作者：宋东彬闫炬壮杨文将白明亮刘汝婧王少鹏刘宇田爱梅北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800 北京航天仪器控制研究所北京100854

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势,在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点,突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机... 详细信息

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势,在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点,突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求,对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述,并总结分析了各自利弊。在此基础上,从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后,梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展,并对未来超导电动航空发展进行了展望。

关键词：航空电推进超导电动系统超导电机直流超导磁体交流超导电枢超导转子技术低温技术绝缘技术新兴航空

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超导电机电磁及力学行为的数值模拟

超导电机电磁及力学行为的数值模拟

作者：贺志松兰州大学

学位级别：硕士

超导材料因其独特的电磁性能,在医疗、能源、大科学装置等领域受到广泛青睐。目前超导材料已在电机系统中得到应用,其可以获得更高的功率密度以及输出效率,在大型风力发电机、船用推进系统以及电动飞机等领域具有重要应用潜力。由于超... 详细信息

超导材料因其独特的电磁性能,在医疗、能源、大科学装置等领域受到广泛青睐。目前超导材料已在电机系统中得到应用,其可以获得更高的功率密度以及输出效率,在大型风力发电机、船用推进系统以及电动飞机等领域具有重要应用潜力。由于超导电机内的超导线圈受交变磁场及电流的作用,其自身存在显著的交流损耗。此外,电机内线圈处于复杂的力学环境,较高的力学应力及应变不仅影响线圈结构的安全性和可靠性,甚至会导致超导材料导电性能的退化,进一步制约超导电机的设计。因此,电磁及力学行为的研究是超导电机研制及真实工况下稳定运行的基础。本学位论文针对电机内负载线圈中的关键问题展开研究,通过对T-A法的改进给出了在不同条件下线圈的损耗、温度分布以及力学响应等,探讨了交变负载下超导线圈的失超传播规律,为电机中超导线圈失超保护设计提供了依据。论文的主要研究内容如下:首先对T-A法的适用范围进行了拓展。结合电路模型对T-A法进行修正,实现了层内电流未知情况下电磁场的计算。针对堆叠带材的充电过程,分别对比了T-A法、H法以及修正T-A法的结果,验证了修正T-A法的有效性和准确性。其次建立了同步超导电机的电磁数值模型,并对不同运行条件下的电磁、温度和力学行为进行了分析。在得到线圈各向异性的热学和力学参数的基础上,基于均匀化T-A法给出了不同工况下线圈的损耗和温度分布规律,定量计算了线圈内热应力和电磁应力。最后建立了线圈承受交变负载情况下的失超模型,对比了恒定负载和交变负载对线圈失超的影响,给出了在交变电磁场的作用下线圈最小失超能的变化规律。在此基础上,分析了磁场和带材组分结构对线圈短路故障热稳定性的影响。该模型有助于超导电机内线圈的失超保护设计和优化。

关键词：高温超导线圈超导电机有限元数值模型 T-A法交流损耗

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超导电机

低温与超导 1974年第2期 33-46页

作者：郑逢时

超导线新近的发展使得有可能将超导应用于电机的绕组了。已经作过许多研究工作,并已制造出几台实验超导电机且进行了试验。在同步电机中,具有较高电流密度及磁场密度的超导励磁绕组使电机在体积、重量及价格方面均有所节省。在单极电机... 详细信息

超导线新近的发展使得有可能将超导应用于电机的绕组了。已经作过许多研究工作,并已制造出几台实验超导电机且进行了试验。在同步电机中,具有较高电流密度及磁场密度的超导励磁绕组使电机在体积、重量及价格方面均有所节省。在单极电机中,较高的磁场密度使得端电压有可能提高,再加上液态金属集流系统的发展,使得单极电机在大功率应用方面成为普通型式直流电机的一种可行方案。

关键词：电机设计定子超导线导线(电) 转子结构磁场电磁场同步电机交流电机超导电机超导器件绕组法拉第圆盘励磁系统涡流损耗磁损失

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超导电机效率和容量之间关系的分析

稀有金属材料与工程 2008年第A4期37卷 398-401页

作者：代义军何剑平中国船舶重工集团公司第七一二研究所湖北武汉430064

通过对超导电机结构的研究,指出了其转子低温系统的主要漏热源,并逐项分析了这些漏热的大小与电机容量之间的相对关系。

关键词：超导电机效率容量

一种基于迈斯纳效应的超导电机的驱动力的计算

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低温与超导 2007年第6期35卷 505-508页

作者：杨再敏胡新宁崔春艳王秋良中国科学院应用超导重点实验室中国科学院电工研究所北京100080

超导体的迈斯纳效应是超导体的特有的性质之一,超导驱动的电机正是利用超导体的这个性质而设计的一种新型电机,由于驱动原理与传统的电机有很大的不同,这种电机的驱动力的计算一直是这种超导电机设计中要解决的主要问题,针对一种结构的... 详细信息

超导体的迈斯纳效应是超导体的特有的性质之一,超导驱动的电机正是利用超导体的这个性质而设计的一种新型电机,由于驱动原理与传统的电机有很大的不同,这种电机的驱动力的计算一直是这种超导电机设计中要解决的主要问题,针对一种结构的电机,利用理论分析和数值计算的方法计算了一种基于超导体迈斯纳效应的超导电机驱动力的大小,为这种电机的设计提供了主要依据。

关键词：超导体迈斯纳效应超导电机超导驱动

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高温超导电机的发展与研究现状

电机与控制应用 2007年第3期31卷 1-6页

作者：郑陆海金建勋电子科技大学应用超导与电工技术研究中心四川成都610054

20世纪90年代初,随着高温超导(HTS)材料实用特性的改善,HTS电机技术逐渐发展起来。已研制的HTS电机包括HTS直流电机、同步电机、异步电机、直线电机,以及HTS磁阻、磁滞、永磁电机。尤其是从21世纪初开始,该技术得到了快速发展,取得了一... 详细信息

20世纪90年代初,随着高温超导(HTS)材料实用特性的改善,HTS电机技术逐渐发展起来。已研制的HTS电机包括HTS直流电机、同步电机、异步电机、直线电机,以及HTS磁阻、磁滞、永磁电机。尤其是从21世纪初开始,该技术得到了快速发展,取得了一系列重大成果。详细叙述了HTS电动机和发电机的发展过程,总结了HTS电机的优点及其应用前景。

关键词：超导电机高温超导体高温超导电机

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高温超导电机研究进展

低温物理学报 2016年第5期38卷 1-6页

作者：白利锋张平祥凝固技术国家重点实验室西北工业大学西北有色金属研究院

高温超导电机具有效率高,体积小和重量轻等优点,是高温超导材料最重要的应用方向之一.本文将对高温超导电机的特点,超导电机的发展历史,高温超导电机的主要类型及其发展现状进行系统介绍.其中,同步电机的转子工作在直流状态,可以极大的... 详细信息

高温超导电机具有效率高,体积小和重量轻等优点,是高温超导材料最重要的应用方向之一.本文将对高温超导电机的特点,超导电机的发展历史,高温超导电机的主要类型及其发展现状进行系统介绍.其中,同步电机的转子工作在直流状态,可以极大的减小交流损耗,是高温超导电机研究的重点,同极直流电机、磁阻电机、爪极直流电机和感应同步电机等新类型高温超导电机也在不断发展.二代高温超导材料近年来取得了快速发展,采用二代高温超导材料有望大幅度降低超导电机的材料成本和制冷成本.

关键词：超导电机高温超导

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有铁心超导电机阻尼屏蔽系统性能分析

低温物理学报 2015年第3期37卷 219-224页

作者：张文峰夏东张东中国科学院大学中国科学院电工研究所应用超导重点实验室

有铁心超导电机边界条件复杂、磁场计算易受铁心饱和影响,且电机等效参数与频率、阻尼屏蔽系统(DSS)的材料和结构有关,导致已有解析法在分析此类电机DSS性能方面受到限制.本文将励磁绕组等效为探测线圈,基于时谐场有限元法分析了交变磁... 详细信息

有铁心超导电机边界条件复杂、磁场计算易受铁心饱和影响,且电机等效参数与频率、阻尼屏蔽系统(DSS)的材料和结构有关,导致已有解析法在分析此类电机DSS性能方面受到限制.本文将励磁绕组等效为探测线圈,基于时谐场有限元法分析了交变磁场在励磁绕组中的感应电流的变化情况,并基于此计算了DSS的屏蔽系数;将时域法引入到超导电机直轴和交轴超瞬态参数的计算,分析了超导电机接入无穷大电网时电机的阻尼特性.以一台500kW有铁心超导电机为例,分析了影响DSS性能的因素,计算结果表明,电导率高、厚度大的DSS对交变磁场的屏蔽性能更好,但其阻尼性能却较差.因此,为了获得DSS的最佳的性能,对其屏蔽系数和阻尼性能的准确计算和综合考量是十分重要的.

关键词：超导电机阻尼屏蔽超瞬态

基于迈斯纳效应超导电机的设计与电磁结构分析

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低温与超导 2005年第4期33卷 49-51,68页

作者：商木喜戴银明王秋良中国科学院电工研究所

本文对低温超导体在低温环境下表现出的迈斯纳效应进行了分析,并将这一现象产生的抗磁特性应用于电机驱动,设计出一种定子位于转子内部的超导电机。文章还阐述了电机的工作原理,结构设计方案。针对一种两相驱动的结构设计方案进行了电... 详细信息

本文对低温超导体在低温环境下表现出的迈斯纳效应进行了分析,并将这一现象产生的抗磁特性应用于电机驱动,设计出一种定子位于转子内部的超导电机。文章还阐述了电机的工作原理,结构设计方案。针对一种两相驱动的结构设计方案进行了电磁结构分析,得到具体的电机特性参数。

关键词：超导电机电磁结构低温超导结构设计方案迈斯纳效应结构分析电磁低温超导体低温环境电机驱动