專利名稱：超導能源輸出機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超導工程領域，尤其是一種超導能源輸出機。
背景技術：
化47年能量守恒定律是接有電阻回路確立的》
根據超導理論實驗數(shù)據，超導體電阻在10'"歐姆,超導體在超導態(tài)時電 阻就是零，可參考任何一本超導理論書。
根據《超導電&S其應用》科學出版社，米克秒編，19抑年出版，
本發(fā)明超導能源輸出機理^與實驗是依據，第1頁至第7頁，1、理想導 電性(零電阻)，
(—)理想導電性"電阻的消失叫作理想導電性或零電阻"，
(二)持久電流 一由正常導體組成的回路是有電阻的，而電阻意,龜
能的損耗，意味著電能轉化為熱。這樣,如果沒有電源不斷向回路補充能量， 回路中的電能在極短時間(例如微秒〉.雖全部消耗完，電流衰減到零。"
"由理想導體組成的回路既然沒有電阻，自然就沒有電能的損耗，一旦 在回路中激勵起電流，不需^E何電源向回路補充能量，.電流可以持續(xù)地存 在下去u形成所謂持久電流，參看圖2"
"記號X代表垂直于紙面而向里的磁感應線(或.叫磁力線)。在磁場中. 放置超導材料做的環(huán)，先使溫度高于臨界,，環(huán)處于正常慈。然后把溫 度降到臨界溫度以下，環(huán)獲得理想導電性。接著撤辨磁場。每于電磁感應， 環(huán)中敏勵起電流。按照電磁感應的楞次定律，
感生電流的磁場方向應當,銷前的磁場方向相同，所以激勵起的電流 的方向如圖中箭頭所示。只要 在臨界溫度以下，環(huán)就保持理想導電 性，這個無電源的環(huán)中既已激勵起的電流也就無衰減地持久維持下去，有人 曾^^#的辦法把環(huán)中電流維持了兩年半之久而亳無可察覺的衰減," 』電工學和電子學經常運用所謂時間常數(shù)表示電皿減或增長的快慢。在無 電源的情況下，每經過一個時間常數(shù),電繊衰減為37%(確切地說應是！/e, 其中€是無理數(shù)2.71828"':>,電感為L、電阻為R的回路，其時間常數(shù)t應
是(參看附錄一)。"T= ^"(13〉式是容易理解的。電感L越大，即回路的"慣性"敏大"，時間 常數(shù)當然越長；電阻R越大，即回路損耗越嚴重，時間常數(shù)當然越短，上面' 提到，有人曾把電流維持了兩年半之久而毫55^減，可見時間常數(shù)t遠遠大 于兩年半，只要根據回咱的幾何尺寸算出電感L并代入議-L/ir,不難估計出 H的上限。既然估計出R的上限，那就很容易估計電阻率的上限了 》前述10'23 歐姆 厘米就是用這種辦法行到的。"
"對一理想導屯路，R=0,接照(1.3)式，時間常數(shù)pw,這是說要經 過無限長的時間，電旨衰減為37%,換句話說，回路中的電流保持不變, 永不衰減-"
(S)凍結磁通
"我們剛剛討論了圖2的磁場既已撤銷，，回路中既已激勵起電流之后的 情況，現(xiàn)在讓我們討論圖2的磁場撤銷過程，i亦即電流激勵雌。"
"前已說到，按照電磁感應的欏次定律,感生電流的磁場方向跟撤銷前
的磁場方向相同。這雖再研究下一感生電流的磁場to磁通，某個回路所圍的
磁通或磁通量指的是在該回路所圍面積上穿過的磁感應線的通量，對于均勻 的磁場來說，這就是磁感應強度B的法向分量與面積的乘積(磁通量的一個 粗糙說法是在某一面積上磁感繊的"繊'0。"
"如果把理想導電性理解為歐姆定律S-R1的電阻R為零，則按歐姆定 律，回錄的電動勢S必為零a可是，碎場撤銷過程顯然引起電磁感應，出現(xiàn) 感生電動勢，怎能說電動勢為零呢？原來，只要外加磁場一開始撤銷，回路 中就出現(xiàn)感生電流，感生電流也有磁場，所以我們不僅要考慮撤銷中的外磁
場的磁通，還要考慮到感生電流的磁場，上面所說電動勢為零，按照法拉第 龜磁感應定律，所映了總磁通不變，即外磁通的減少正好由電流的磁通的增 長所補償，等到外磁場撤錆過程結束，外磁通不復存在，但回路中 ^ 的電流的磁通正好代替了外^，不多也不少，而且這電流又是持久的，它 的磁通當然也是持久的，這樣說來，理想導電回路的磁通竟好像跟回路"凍 結"在一起，始^持不變，我們把它叫作凍結磁通。"
"請注意，凍結了的僅僅是磁通，即穿過理想導電回路所圍面積的磁感 自量("根數(shù)")，而不是整個磁場a圖3 (a〉和3 (。.分別描畫了外磁場 lt銷前后的情形，穿過理想導電回路的磁通不變，
整個磁場的面貌卻完全efiaa了 作為對比，簡單談談正常導電回賂的情況，對于正?；芈?，撤銷磁場時
有電磁感應現(xiàn)象。但是既然正?；芈返腞^G,按照歐姆定律，這是說感生 電動勢不為零，這反映了總磁通不是不變的，感生電流的磁通補償不了外磁 通的減少，再說，正?；?路的電流并非持久電流，電流的磁場隨著時間而 衰減以至完全消失u因此，正?；芈肥菦]有凍結磁通的。"
根據《超導電性及其應用》科學出版社，米克秒編，1980年出版， 第147頁，"全超導式交流電機既然小而經它就特別適合于航空和宇宙 空間用，用于航空時可利用^it空氣調節(jié)的液氮作預冷卻，減輕了電機專用 制冷機的負擔。在宇宙空間，旨本來就很低，可以不用制冷機。"111
"能量守恒定律，Ji^整個宇宙而言的，將超導儲能裝置放在太空3K 溫度內，儲能與對外釋放能量時，總系統(tǒng)轉換效率可在外％，可以不用液氮 制冷機。"
根據《電工高新技術叢書》中國電工技術協(xié)會編，2cmo年出版，機械工業(yè)
出版社，第三分冊。
依據TWl56頁，."超導儲能的研究與開發(fā)進度，第160頁，3、 6微型 和小,導儲t^置，3、 6、 130MJ超導儲能系統(tǒng)在電網中的運行,"該30MJ
超導儲能系統(tǒng)的電氣接線如圖3.3-2所示。該超導儲能系統(tǒng)的電氣接線 如圖33-2所示。該系統(tǒng)的主要部件是超導線圈及其低溫容器，具有氦液化器 的低溫系統(tǒng)，變流器及，器，控制與數(shù)據m系統(tǒng)。線圈的能量儲存在其 磁場中，線圈和交流系統(tǒng)間的能量交換暴由—個線整流的12脈沖變流l^制
的*兩個脈沖橋均由一個純粹的直流電流。如此，正的變流器電壓產生正的 功率輸出并給線圈充電，而負的電壓產生負的功率輸出即使線圈放電。圖中 旁路的晶闊管在變流器故障時為直流電流提供一個旁路。當變流器故障時， 直流斷掛使電能消耗在lQ電ffiJ:。超導螺線管的電感為6H,電流為5KA, 最高鵬為3T，正常時線圈儲能為20-20MJ,與,應的電流為44.8KA。 線圈的低溫容器為環(huán)氧玻璃纖維加強杜瓦，其外徑為3.9m,高度為2.7m, 為兩個六脈沖,電的兩個，器的容量為teVA，變流器的容量為10MWB 在兩橋串ll運行時，變流器的空載輸出電壓可在+2.4~1.91^間連續(xù)變化， 反相點燃角為140。
30MJ超導線圈的第一次充放電是手動控制的，在SKA時線圈的充放電 功率分別為11.16MW和9.8MW。在線圏電流為1KA時，進行保護性實驗，然后由1KA升至5KA,線圈的能量釋放到M電阻中,指iS^減的時間常 數(shù)為線圈承受的電壓是SKV,未觀察到誤動作和電壓的強烈振蕩過程。 在正常iE行時，系統(tǒng)為電網提供的復數(shù)功率由控制來確定。控制器可允i午自 由選擇有功和無功功率，從而實現(xiàn)幾種調制方式，功率因數(shù)的變化可由改變 撟的引燃角實現(xiàn)，但不能在W(T全點然角工作， 一般控制在5""(T間。點 燃角設定得大于140°是可能的，但事故的危險性增大，當然由此將減少無 功和有功功率脈沖，提供了正弦和低頻(0, i-l。 2玨z)的有功功率脈沖或窄 頻^FF擾功率.結果表明，對0.3私正弦輸入，在相同延遲角時的極限是土 8.3MW,而在恒定無功功率時為±4.7]\1\￥,在電流為4,SKA時的恒定有功 功率的調節(jié)范圍是7.3-11.3Mvar,系統(tǒng)的附屬設備如泵、壓縮機、通風機和 電子^消耗的功率為210KW,測量出的變流器和變壓器的功率消耗在電、流 為4.5KA時是230KW,因此系統(tǒng)的效率為秘％。" 121
上述30MJ焦耳超導儲能裝置上超導開關采用A工過零熔絲法制造的開
關，
根據《超導電技術及其應用》國防工業(yè)出版社，，1974年出版，焦正常，張 其端編譯《
依據，第2頁，超導體的基本&M,最關健的是，是用上下兩塊永久
磁體感應超導閉合的環(huán)
感應完超導環(huán)后啟身磁場不會&有，感應超導閉合的環(huán)，最關鍵是i^ 了永久磁體，如果用帶有超導幵關的超導永久磁體感應另一個帶有超導開關
的超導永久磁體，然后將產生外磁場的超導7，久磁體上超導開關打幵，將電 能輸出給外界負載上使用，然后在將感應出來的超導永久磁體內的能量輸出 給外界負載上使用。
第2頁完全導電性，"超導體在超導態(tài)時的直流電阻就是零，超導體即 沒有電阻，其電阻率也小于(在42K，電阻率10^歐厘米)，"
第147頁，磁通泵，6、 2、 1門滾爾森變壓器，"就是利用超導體的完全 抗磁性，P為初級線圈，S為次級線圈，L為超導磁體，C為鐵芯，次級回路 用超導體構成閉合回路，初級回路由外部進行勵磁。初級圈用超導體和正常 導體都可以，但是，從發(fā)熱的角度來說，希望用超導體，在初級回路內通審流I"該電流在鐵芯內產生磁通"該磁通如果和通常那樣與次級線圈構成 聯(lián)鏈，由于次級線簡同超導體構成閉合回路，事實上就不能形成聯(lián)鏈的。因 此，在次級回路中，就產生一個電流12。以抵消聯(lián)鏈磁通,
"如果初級回路中的匝數(shù)比次級線圈多,可以用小的初級電流產生大的次 級電流。但是,用這種方法，如果切斷了初級回路電流，則相應的次級回路 的電流也變?yōu)榱悖?，不能作為永久磁體。為了在切斷初級電流時，次級 電流不為零，應使在初級回路勵磁后次級回路的一部分仍處于正常態(tài)，當磁 通完全地貫穿到次級回路后，再使次級回路重新變?yōu)槌瑢B(tài)，這樣，當通初 級電流時，沒有次級電流，當切斷電流時，才開始有次級電流，這種方法, 結構簡單，但如果用它給超導磁體勵磁時,需要和磁體同樣大小的初級線圈，
因此，不宣用于大型超導磁體。？ PI
很據以上理論與實驗都是用電源供電的普通線圈,給超導環(huán)或超導線圃感 應磁場時，感應完磁場后，將普通線圈電源關掉，這時留在線圈內儲存的電
能會在微秒內消耗完，并轉換成熱能浪費掉了:。
而本發(fā)明超導能源輸出機是將感應磁場用的普通線圈改為超導儲能磁 體，而被感應的次級超導線圈改為可對外界釋放能量的超導儲能磁體，^# 初級超導儲能線圈及次級超導儲能線圈感應磁場后在將儲存的能量輸出給外 界負載上使用。然后再將次級內感應出來的電能也輸出給外界負載上使用， 這樣次級感應出來的電能就是多出的電能。
《電工基礎》高等教育出版社，譚恩鼎,主編1紹S年S月出版。 依據第174-176頁，電感"實際線簡總是有電阻的，為了突出研究電感現(xiàn). 及其規(guī)律，假想一種只有電感而沒有電阻的線圈稱為理想電感元件"。
"由此可知，理想電感元件,并不消耗能量，是一個儲能無件，當電流增 加時，吸收能量，電流下降時，釋攻能量a" 141
鵬《電機工程手冊》1982年出版，編輯委員會委員沈鴻 對超導線輸送大電流吋，亦可用變壓器法。其工te^H圖i2.3-ll所示
由超導線繞制的變壓器次級線圈，與超導裝置組成次級回路，室濕直流電源與 變壓器初級線圈組成初級回路。初級線圈可用超導線或正常導線繞制,但為了減小電阻損耗，用超導線較為合適。當初級回路通電流Il吋，鐵心內產生磁通 多，次級回路感應出電流12。如初級線圈匝數(shù)比次級線圈多，就能感應出比初級 回路電流大的次級回路電流。但當電源切斷吋，次級回路電流也就消失。因此， 可在次級回路內串一超導開關。當初級回路通電吋，將超導開關置于正常態(tài)， 使次級回路中感應的電流逐漸消耗到電流為零。然后將超導開關置于超導態(tài)， 再切斷電源，次級回辨內就感應出反向的持續(xù)電流。
本發(fā)明內容本發(fā)明的任務是提供一種超導能源輸出機，輸出能量大于輸 入能量幾十倍乃致幾百倍能量，本發(fā)明可用作發(fā)電，以及一切運輸加工機械的
動力源等。
一種超導能源輸出機它是由能量輸入部份，能量輸出部分組成。輸入
部份與輸出部份由鐵芯連接；
能量輸入部份它是由超導儲能線圈(2)、超導開關G)組成， 超導儲能線閨(2〉是用超導線制成，繞到鐵芯上，
超導開關(3)是超導線或板制成，用機械、磁場、鵬控制的開關，也可
闬AX過零熔絲法制造的超導幵關；
能量輸出部分它是由多個超導儲能線圈:(，.)組成，其數(shù)是正整數(shù)即,-i'
—&N2N3N"與超導賴(4)組成；
超導儲能線圈(l〉是用超導線制成，繞到鐵心上，
超導賊U)是用超導線或板制成，是用機械、鵬、磁場控制的賊， 也可用人工過零熔絲法制造的超導開關。
鐵芯.(11)是用硅鋼片或坡莫合金片制成,疊壓做成閉合回路。
先將超導開關(3〉打開,負載開關(7)打開，電源開關(8)關閉，電 源給超導儲能線圈(2)勵磁，儲能量達到30MJ時,將超導開宍(4)打開、 先將超導儲能線圈(1〉超導閉合回路感應出3GMJ的能量電能立即輸出給負' 載(6〉上使用，使次級回路中感應的電流逐漸消耗到電流為零,然后甚將 超導開關(4)夷閉，然后再將超導開關(3)關閉，這時超導儲能線圈(1)構自導閉合回路，以將超導儲線圈(2〉內磁場凍結在線圈內，然后再將 電源開關(8)打開，將電源斷開后，再將負載開關(7)合上，這時超導 儲能線圈(2〉自身也構成超導閉合回路，將30MJ能量凍結在線圏內。
這時我們就可看出一個問題，外界只給超導儲能線圈(2)輸入 30MJ電能，可是這時在超導儲能線圈(1)內也感應出了30MJ的電能。
在這時候關健就是先打開超導儲能線圈(1) <2)上那個開關，如果先打 開超導儲能線圈(O上超導開關(4),超導儲能線圈(1〗內沒有電能輸出 給外界，3^^P^mtg麟預入驢2倍
如果魏輸出能量大于3倍維量，必須先將超導開關(3)打開，將超導 儲能線圈(2)內儲存的能量輸出外界負載(9)上使用，這時超導儲能線圈 .(1〉超導開關(4〉打開就會有30MJ電能立即輸出給負載(。上使用，這 樣只g導能源輸出機輸入了 30MJf的能量，就可向外界輸出9;(MJ電能， 輸出能量大于輸入能量的3倍。
本發(fā)明也可以由能量輸入部扮與多個能量輸出部份是由多個鐵芯連接， 先將超導開關(3〉打開,傘載開關("打開，電源開關'(S〉關閉，電 源^fe導儲能線圈(2)勵每,儲能S^到30MJ時,將多個負^ F關(S) 關敏f然后再掩多個超導開關(4)從后向前依次將超導開關打開，將多個
輸出超導儲能線圈(1)內能量釋放給多個負載(6〉上，然后在將多個超導 開關(4)依次從前向后關閉』然后將超導儲能線圈(2)上,超導開關(3)關 閉，將電源開關(8)打開,然后再將超導開關(3〉打開，然后將超導儲|^ 圈(2〉能量:釋放給負載(9)上。然后再次將多個超導開關(4)從前向后 依次打開，將多個超導儲能線圈(1)內儲存的能量再次輸出給多個負載(6) ±tf只要給儲能線圈(2〉輸入一倍能量就可對外界輸出幾十倍至幾百倍 能量，本發(fā)明可用作發(fā)電，以及一切運輸加工機械的動力源等。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一歩詳細說明。
圖l《超導電性及其應用》科學出版社，米克秒編，l紹O年出版,書中附圖 圖2《電工高新技術叢書》凈屬龜工g協(xié)會編，20卯^^出牘，機械工業(yè)
9出版社，第三分冊。書中附圖J
圖3《超導電技術及其應用》國防工業(yè)出版社，1974年出版，焦正常，張 其端編譯。書中附圖。
圖4《電工基礎》髙等教育出版社，璩恩鼎，主編1985年S月出版。書中亂 圖5是本發(fā)明的主視圖。 .具體實施方式
圖5所描述的超導能源輸出機，包括能量輸入部份、
能量輸出部分組成。輸入部份與輸出部份由鐵芯連接；
能量輸入部^是由超，能線圈?！?齒導開關(3)組成， 超導儲l^闔(2〉是用超導線制成，繞到鐵芯上
超導嵌(3)是超導線或板制成,用機械、磁場、鵬控制的賊，也可
用;q^熔絲法制造的超導^;
能量輸出 它是由多個超導儲能線圈U)組成，其數(shù)是正整數(shù)即"K-l- ^Na&N"與超導聯(lián)(4),;,
超導儲能線圈(1〉是用超導線制成，繞到鐵心上,
超導開關")是用超導線或板制成，是用機械、溫度、磁場控制的9^，
紅可用AXM^熔絲法制造的超導JB^
鐵芯(11)是用硅鋼片或坡莫合金片制成,疊壓做成閉合回路，
先將超導開關(3〉打開,負載開關(力打開，電源開關(8〉關閉，電 耀錄導儲驗圈(2X勵磁，儲能散到30MJ時，將超導開關(4〉打開、 先將超導錄能線圈(1》超導閉合回路感應出3GMJ齒IE1:電敏&即輸出給負 載(O上使用,.使次級回路中感應的電流逐翁消耗到電流為零,然后莕將 超導開關OO.關閉,然后再將超導開關(3)關閉，這時超導儲麟圈(1) 構皿導閉合回路，以將超導儲線圈(2)內磁場凍結在線圈內，然后再將 電纏開關(8)打開，將電源斷開后，再將負載開關(7〉合上，這時超導 儲能線圈(2)自身也構^^導閉合回路，將30MJ能量凍^E線圏內，
這時我們就可看出一個問題，外界只給超導儲能線圈(2〉輸入 幼MJ電能，可是這時在超導儲能線圈(I)內也感應出了30MJ的電能，在這時候關徤就是先打開超導儲能線圈(1) (2〉上那個開關，如果先打. 開^^儲能線圈(1)上超導開關(4),超導儲能線齒(1〉內沒有電能輸出 給外界，這樣等于輸出能薛于輸入能量2俊.
如^1輸出能量大于3倍.能量，必須先將超導開關G〉打開，將超導 儲l^圏(2〉內儲存的能量敏出外界負載。)上使用，這時超導儲能線蹈 (1》超導開關U〉打開就會有30MJ電能立即輸出給負載(6〉上使用，這 祥只^^導能源輸出機輸入了 30MJ的能量，就可向外界輸出90MJ電能, 輸出t^C于輸入能量的3倍，
本發(fā)明也可以'由多個能量輸入部份與能量輸出部份是由多不鐵芯連接, 先將超導開關(3)打開,.負^5f關("打開，電源開關(8)關閉,電 源驗導儲能線圈(2〉勵磁，儲能敏到30MJ時,將多個負斷關(5) 關閉,然后再將多個超導儲能線圈(l)上超導開關(4)依次打開,將多個
輸出超導儲能線圈(1)內能量釋放給多個負載(6〉上，然后在將多個超導 開關(4)依次從前向后關閉，然后將超導儲能線圈(2)上超導幵關(3)關 閉，將電源開關(8〉打開,然竊將^導開關(3〉打開,應后將超導儲鵬 圈(2)能量釋放給負載(9)上，然后再次將多個超導開關U)從前向后 依次打開，將多個超導儲能線圈(1〉內儲存的能查再次輸出給多個負載(6) .上-只要給儲能線圈(2)輸入一倍能量就可對外界輸出幾十倍至幾百倍 能量，本發(fā)明可用作發(fā)電，以及一^輸加3E機梂的動力源等.
ii
權利要求
1、一種超導能源輸出機，它是由能量輸入部份，能量輸出部分組成，能量輸入部份與能量輸出部份是由多個鐵芯連接。
2、 根據權利要求1中所述的能量輸入部份它是由超導儲能線圈(2), 超導開關(3)組成p
3、 根據權利要求2中所述的超導儲能線圈(2)是用超導線制成，并繞 在鐵芯上，超導儲能線圈(2)與超導開關(3)連接o
4、 根據權利要求2中所述的超導開關(3)是超導線或板制成，或用機 械、磁場、溫度控制的開關，也可用人工過零熔絲法制的超導開關o一.
5、 根據權利要求1中所述的能量輸出部份,它是由多個超導儲能線圈(l) 組成，其數(shù)是正整數(shù)即N-1……&>[21\3]\4,并與超導開關(4)連接組成。
6、 根據權利要求5中所述的能量輸出線圈(1)是用超導線制成，繞到 與超導儲能線圈(2)構成閉合回路的鐵芯上的另一面,
7、 根據權利要求5中所述的超導開關(4)是用超導線或板制成，是用 機械、溫度、磁場控制的開關，也可用人工過零熔絲法制的超導開關A
8、 根據權利要求1中所述的鐵芯(11)是用硅鋼片或坡莫合金片制成，疊壓做成閉合回路全文摘要
本發(fā)明屬于機電工程領域中的超導技術，尤其是一種超導能源輸出機。在一閉合回路鐵芯上裝有兩套獨立存在的初級與次級15兆焦耳理想回路超導儲能裝置。初級15兆焦耳理想回路超導能裝置感應很多個次級15兆焦耳理想回路超導儲能裝置，然后將初級線圈電能輸出給外界負載上使用，這時在次級線圈內也感應出2次與初級線圈相等的電能，這時在將次級線圈內電能輸出給外界負載上使用。只要給超導能源輸出機內超導儲能線圈輸入15兆焦耳能量。就可對外界多輸出3倍能量45兆焦耳能量，本發(fā)明只要外界給輸入一倍能量，就可對外界輸出幾十倍乃致幾百倍能量。
文檔編號H02K55/00GK101431286SQ20071015792
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權日2007年11月5日
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