成果信息

近来铋（Bi）和钇（Y）系高温超导导线的工业化生产水平有明显提高，用高温超导导线替代铜导线已成为可能。美国已经完成了36.5MW的高温超导同步电机的研制，电机的转子用Bi系高温超导导线绕制而成；日本超导磁悬浮试验列车用Bi系导线制成的高温超导磁体代替低温超导磁体的工作也取得了成功。由于超导材料的载流能力比铜导线高百倍以上，超导电机的有效磁场可以设计的很高，非常适合于轨道交通驱动用直线电动机需要大气隙的工作特点，甚至初级线圈可以采用空心结构，电机的损耗和噪声都可以下降，体积和重量的可大幅度降低。 该产品技术创新点如下： 1、将高温超导磁体作为高温超导电机的电枢绕组、运行在交流情况下，研究并解决高温超导磁体的制造、连接、安装、保护等一系列基础问题； 2、利用高温超导材料大电流密度的特点，采用无铁芯超导电机电机的设计，降低电机的交流损耗； 3、减小直线电机的气隙对提高电机的牵引力很重要，设计出高强度薄壁杜瓦技术； 4、设计研制超导电机的失超保护系统。 和同类产品比较，本产品具有如下优势： 1、在结构上，本发明提出高温超导直线电机内部超导绕组采用饼式结构，绕组采取层状排列，避开了高温超导体较差的机械性能对磁体绕制的约束，最大限度发挥其优越的电磁特性； 2、由于电磁驱动为非接触式电磁力驱动，而且采用了高温超导电磁系统，高温超导电磁铁本身由于绕组选择高温超导材料，绕组电阻趋近于零，所以高温超导绕组本身电能损耗极小； 3、由于绕组选择超导材料，所以绕组中可以通以非常大的电流，因此产生的磁场强度也非常的大，这样，就可以产生非常大的涡流驱动电磁力。绕组采取层状密排列，可以有效提高磁通密度，提高直线电机的驱动力； 4、相对于常规电磁体，产生同样强度的磁场，高温超导绕组体积小、重量轻，损耗电能也小，可靠性和寿命大为提高，可以广泛应用在轨道动车（如：列车、地铁、城铁、有轨电车等）的涡流驱动技术中。 本产品能够解决的关键技术： 1、高温超导直线电机优化设计方法研究：直线电机的结构及参数不对称，在研究电机各参数及优化设计时计算模型复杂，如果仍然沿用常规电机的分析方法，研究过程中需要引入多种简化和假设，有必要结合直线电机自身的结构特点，对直线电机的设计和优化方法展开进一步深入的研究，提高直线电机驱动系统的整体性能参数； 2、高性能、高绝缘强度高温超导磁体制造技术：高温超导直线电机中，高温超导磁体工作在交流条件下，如何提高高温超导磁体在交流下的载流能力及绝缘强度，将是决定高温超导直线电机性能参数的一个重要影响因素； 3、高温超导磁体在高温超导电机初级铁心中的安装、固定、保护技术，高温超导磁体的稳定性研究：高温超导磁体受材料特性的限制，多绕制成饼式线圈，在高温超导初级铁心中的排布、连接、固定等技术是研究的重点和难点； 4、高强度薄壁杜瓦技术：轨道驱动用直线电机的一个特点就是气隙较大，这也是导致其工作性能不理想的一个重要因素，高温超导材料具有比常规金属材料高得多的载流能力，可以产生很强的工作磁场，有助于消除大气隙的影响。但是从高温超导直线电机的角度看，研制高强度薄壁杜瓦对于减小电机的气隙、提高高温超导直线电机整体的性能和降低高温超导材料的用量、降低高温超导直线电机的制造成本也具有重要的意义； 5、低压大电流变流器：由于高温超导直线电机的电流比同等功率的普通直线电机要大很多，因此对控制电机所采用的变流器提出了低压大电流的要求，对于这种变流器的主电路结构设计、布局布线设计以及电磁兼容设计等等是研究的难点问题。此外由于工作电流较大对功率开关器件的保护电路也提出了更高的要求，因此功率开关器件的驱动及保护电路设计也是需要重点研究的内容； 6、高温超导直线电机驱动系统控制技术：考虑直线电机边端效应及垂向力特性的控制、气隙参数扰动对电机控制的影响和高性能的控制方式在直线电机中的应用。 )

背景介绍

直线感应电机运载系统由于车载定子与地面转子是处在一个相对直线运动的弹性（轴箱垂向弹性定位）系统间，不可避免地会造成初级铁芯底部平面和次级导体板上表面之间间隙（气隙）的变化，因此气隙设计不能太小。)

应用前景

从国内外的发展情况来看，把轮轨驱动改为直线驱动可以节省建设成本的20%左右，改为超导直线电机驱动，可以进一步节省能耗。根据已经开通地铁交通的6个城市，10条线，线路总长318公里计算，地铁每公里的平均造价在5亿元左右，考虑未来地铁及轻轨的发展规模，该项研究具有十分显著的经济效益。)