專利名稱：一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
到目前為止，還沒有在直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)中次級(jí)使用超導(dǎo)帶材繞制線圈的報(bào)道。 超導(dǎo)材料的一個(gè)重要特征是當(dāng)它們?cè)诔瑢?dǎo)狀態(tài)時(shí)，電阻接近零。據(jù)報(bào)道，超導(dǎo)帶材的電流密度為銅線的140倍。因此在次級(jí)動(dòng)子里，由于超導(dǎo)線圈的低電阻率和高電流密度將產(chǎn)生大量的電流，用超導(dǎo)線圈代替銅線圈，從而能產(chǎn)生更大的推進(jìn)力。設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括用扁平的跑道型的銅線作為定子，一個(gè)導(dǎo)電板作為電機(jī)動(dòng)子。由于交流電通過銅線(初級(jí))能產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，因此在導(dǎo)電板(次級(jí))就能產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流，這跟楞次定律的原理是一樣。感應(yīng)電流(渦流電流)也將產(chǎn)生一個(gè)相關(guān)的磁場(chǎng)，它與初級(jí)定子形成的磁場(chǎng)相互作用，在初級(jí)定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)移動(dòng)方向上產(chǎn)生推進(jìn)力。這樣，次級(jí)的動(dòng)子只能沿著這個(gè)磁場(chǎng)移動(dòng)的方向自由運(yùn)動(dòng)，作為發(fā)射導(dǎo)彈的運(yùn)載工具。將這個(gè)次級(jí)導(dǎo)電板用銅線繞成的線圈所代替，同樣可產(chǎn)生推進(jìn)力。然而，這個(gè)線圈的初端和末端必須連結(jié)起來，這樣電流才能被感應(yīng)出來。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(LIM)主要運(yùn)用于要求具有很高加速度的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)往往要在短時(shí)間內(nèi)輸出很高的推進(jìn)力。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)用于發(fā)射飛機(jī)，現(xiàn)階段正在研究發(fā)射大型物體，比如將人造衛(wèi)星、火箭和宇宙飛船發(fā)射到軌道上。與傳統(tǒng)的發(fā)射火箭燃料的系統(tǒng)相比，電磁發(fā)射系統(tǒng)更加環(huán)保，安全。 如果使用這種直線感應(yīng)電機(jī)作為發(fā)射系統(tǒng)，據(jù)估計(jì)將火箭到發(fā)射軌道上的費(fèi)用能從每千克 150000元減少到每千克15000元。當(dāng)前的發(fā)明用超導(dǎo)材料做成的線圈安置在次級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)上，因此能開發(fā)具有高推進(jìn)力密度的電磁發(fā)射系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它能有效地產(chǎn)生比普通直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)更大的推進(jìn)力。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的高溫超導(dǎo)線材的形狀，不論是一代還是二代，其形狀均為扁平型，像帶子的形狀一樣。它們的典型尺寸是厚度在0.09mm到 0. 15之間，寬度范圍可從4. 2mm到12mm，長(zhǎng)度能達(dá)到1千米長(zhǎng)。線材的c軸能夠直接與它的厚度平行，就可以將它們繞制成線圈。本發(fā)明包括線圈和低溫容器，跑道型雙餅線圈的上層單餅線圈和下層單餅線圈的內(nèi)端子在線圈內(nèi)部連接，另外兩個(gè)端子由雙餅外部引出， 將兩個(gè)外部?jī)啥俗舆B接形成短路的雙餅線圈；將兩個(gè)或兩個(gè)以上的雙餅線圈置于低溫容器中，低溫容器安裝在車輛平臺(tái)的下方，并相對(duì)于固定在地面上的傳統(tǒng)初級(jí)繞組設(shè)置，徑向滑動(dòng)軸承通過導(dǎo)向軸上的滑套導(dǎo)向，導(dǎo)向軸由支架固定。上單餅線圈或下單餅線圈由扁平狀的超導(dǎo)線材繞制。扁平狀的超導(dǎo)線材由YBCO，BSSCO, MgB2, NbTi,Nb3Sn或者其他超導(dǎo)材料制成。直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的形狀是雙邊型或者T字型的。采用超導(dǎo)線圈以單個(gè)跑道型雙餅線圈串聯(lián)起來，作為次級(jí)扁平的單邊直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
在磁場(chǎng)中磁通量的改變能產(chǎn)生感應(yīng)電壓。由于磁通量在某些區(qū)域的增加，跑道型的線圈將更容易產(chǎn)生感應(yīng)電流。跑道型僅僅是一個(gè)圓形被分成兩半，然后擴(kuò)大切口的兩邊長(zhǎng)度，這當(dāng)然也要把中間矩形區(qū)域考慮進(jìn)去。X軸上的力(推進(jìn)力)是y方向上的電流和Z 軸上磁場(chǎng)的的矢量乘積結(jié)果。用跑道型線圈的話，y軸上的長(zhǎng)度將變得更長(zhǎng)，因此能產(chǎn)生更大的推進(jìn)力。跑道型線圈的繞制先從線圈的內(nèi)部開始，然后慢慢的沿著線圈的出口一圈圈的繞。當(dāng)要求的匝數(shù)達(dá)到后，在線圈內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)將和線圈外部的結(jié)點(diǎn)連結(jié)起來，但這在幾何學(xué)是達(dá)不到的。由于這個(gè)原因，跑道型雙餅線圈將代替跑道型單餅線圈。雙餅的線圈中，在單餅線圈內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)會(huì)重新開始另外一個(gè)單餅，但這個(gè)要比原先的單餅位置要高一點(diǎn)。用這種方法，雙餅線圈的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)都將位于線圈的外部，更加容易通過超導(dǎo)關(guān)節(jié)焊接在一起。所以，整個(gè)超導(dǎo)線圈的接觸電阻就會(huì)很低，這樣就能更容易形成很高的電流了。在初始線圈旁邊沿著χ方向一段小距離可加入多個(gè)線圈，從而使用多個(gè)線圈能產(chǎn)生更大的推進(jìn)力。由于線圈使用超導(dǎo)材料超導(dǎo)線材由YBCO，BSSCO, MgB2, NbTi, Nb3Sn或者其他超導(dǎo)材料制成，因此工作溫度必須低于臨界溫度，這樣線圈電阻才能接近于零并且承載很高的電流密度。所以，單個(gè)線圈或者多個(gè)超導(dǎo)線圈要固定在接近于低溫容器底部的位置。將放置有超導(dǎo)線圈的低溫容器置于傳統(tǒng)的定子繞組上面，利用一對(duì)直線軸承使得的超導(dǎo)線圈的運(yùn)動(dòng)方向沿著行波磁場(chǎng)的行進(jìn)方向。以上在低溫容器中使用超導(dǎo)線圈和初級(jí)定子相結(jié)合的結(jié)構(gòu)組成了該超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)發(fā)明。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)與效果在于超導(dǎo)帶材的電流密度為銅線的140 倍。由于超導(dǎo)線圈的低電阻率和高電流密度將產(chǎn)生大量的電流，因此在次級(jí)動(dòng)子里，用超導(dǎo)線圈代替銅線圈，從而能產(chǎn)生更大的推進(jìn)力。


圖1為本發(fā)明的跑道型雙餅線圈三維圖。圖2為本發(fā)明的兩個(gè)外部?jī)啥俗舆B接形成短路的雙餅線圈三維圖。圖3為本發(fā)明的超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)縱向截面視圖。圖4為本發(fā)明的超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)俯視圖。圖5為本發(fā)明的超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)左視圖。
具體實(shí)施例方式一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括線圈和低溫容器5，跑道型雙餅線圈4的上層單餅線圈1和下層單餅線圈2的內(nèi)端子在線圈內(nèi)部3連接，另外兩個(gè)端子由雙餅外部引出，將兩個(gè)外部?jī)啥俗舆B接形成短路的雙餅線圈4;將兩個(gè)或兩個(gè)以上的雙餅線圈4置于低溫容器5 底部并固定，低溫容器5安裝在車輛平臺(tái)7的下方，并相對(duì)于固定在地面上的傳統(tǒng)初級(jí)繞組 6設(shè)置，徑向滑動(dòng)軸承8通過導(dǎo)向軸19上的滑套9導(dǎo)向，導(dǎo)向軸10由支架11固定。單餅線圈1或單餅線圈2由扁平狀的超導(dǎo)線材繞制。扁平狀的超導(dǎo)線材由YBCO，BSSCO, MgB2， NbTi, Nb3Sn或者其他超導(dǎo)材料制成。直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的形狀是雙邊型或者T字型的。直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由單個(gè)跑道型雙餅線圈4串聯(lián)成為次級(jí)扁平的單邊超導(dǎo)線圈。跑道型單餅線圈1或跑道型單餅線圈2的繞制先從線圈的內(nèi)部開始，然后慢慢的沿著線圈的出口一圈圈的繞。當(dāng)要求的匝數(shù)達(dá)到后，在線圈內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)將和線圈外部的結(jié)點(diǎn)連結(jié)起來， 但這在幾何學(xué)是達(dá)不到的。由于這個(gè)原因，跑道型雙餅線圈4將代替跑道型單餅線圈1或跑道型單餅線圈2。雙餅線圈4中，在單餅線圈1或跑道型單餅線圈2內(nèi)部的結(jié)點(diǎn)會(huì)重新開始另外一個(gè)單餅，但這個(gè)要比原先的單餅位置要高一點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，包括線圈和低溫容器(5)，其特征在于跑道型雙餅線圈 (4)的上層單餅線圈(1)和下層單餅線圈(2)的內(nèi)端子在線圈內(nèi)部連接(3)，另外兩個(gè)端子由雙餅外部引出，將兩個(gè)外部?jī)啥俗舆B接形成短路的雙餅線圈(4)；將兩個(gè)或兩個(gè)以上的雙餅線圈(4)置于低溫容器(5)底部并固定，低溫容器(5)安裝在車輛平臺(tái)(7)的下方，并相對(duì)于固定在地面上的傳統(tǒng)初級(jí)繞組(6)設(shè)置，徑向滑動(dòng)軸承(8)通過導(dǎo)向軸(10)上的滑套(9)導(dǎo)向，導(dǎo)向軸(10)由支架(11)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于單餅線圈(1)或單餅線圈O)由扁平狀的超導(dǎo)線材繞制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于扁平狀的超導(dǎo)線材由 YBCO, BSSCO, MgB2, NbTi，Nb3Sn或者其他超導(dǎo)材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于直線感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的形狀是雙邊型或者T字型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其特征在于由單個(gè)跑道型雙餅線圈串聯(lián)成為次級(jí)扁平的單邊超導(dǎo)線圈。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種超導(dǎo)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，屬于超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明適用于電磁發(fā)射系統(tǒng)中次級(jí)使用超導(dǎo)單元的直線感應(yīng)電機(jī)。次級(jí)動(dòng)子由一個(gè)短路的超導(dǎo)線圈組成，當(dāng)初級(jí)定子產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)時(shí)，它能夠在超導(dǎo)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于超導(dǎo)線圈的低電阻和高電流密度，很小的電場(chǎng)可產(chǎn)生很高感應(yīng)電流能。在感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)的相互作用下，初級(jí)和次級(jí)能夠產(chǎn)生很大的推進(jìn)力。主要用于需要直線推進(jìn)的場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02K55/00GK102290967SQ20111019542
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者晏飛翔, 李婧, 林群煦, 王家素, 王素玉, 鄭珺, 鄭石均, 陳鑫, 馬光同 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)