一種采用場冷超導永磁體的超導電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用場冷超導永磁體的超導電機，包括：真空罩殼、溫控模塊、導熱芯、超導永磁體、電樞和充磁模塊；導熱芯與溫控模塊連接，導熱芯與溫控模塊之間可傳遞熱量，溫控模塊用于通過導熱芯傳遞熱量，進而控制超導永磁體的溫度；導熱芯上順著圓周方向均布固定有偶數(shù)個超導永磁體；電樞與導熱芯同軸布置，電樞與導熱芯可繞軸向相對轉動；真空罩殼包覆于導熱芯和電樞的外部；充磁模塊設于真空罩殼的外側。本發(fā)明采用場冷磁化的方法，使超導永磁體捕獲強大的磁場，且不需要消耗電能維持磁場。超導永磁體可以作為電機的定子，也可以作為電機的轉子，相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明采用場冷超導永磁體的超導電機的性能大幅提高，能耗降低。
【專利說明】一種采用場冷超導永磁體的超導電機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超導電機【技術領域】，具體涉及一種采用場冷超導永磁體的超導電機。【背景技術】
[0002]業(yè)內習知，電機是通過電和磁的相互作用驅動旋轉的。磁體磁感應強度越高，電機的驅動力越大，電機的性能越強。對于現(xiàn)有技術中的永磁電機，一般采用鐵氧體或稀土永磁體，其最大磁感應強度不超過1.5T。采用常規(guī)磁體需要消耗大量電能進行勵磁，這些電能最終以熱量的形式被消耗。采用脈沖磁化的超導塊材磁體，可以解決電能消耗的問題，但其最大捕獲磁場也不超過6T。電磁作用力的面密度與磁感應強度的平方成正比，上述電機除了需要采用電源維持磁場外，很難進一步提高磁場的強度。
[0003]不難看出，現(xiàn)有技術還存在一定的缺陷。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種采用場冷超導永磁體的超導電機，采用場冷磁化的方法，使超導永磁體捕獲強大的磁場，且不需要消耗電能維持磁場。超導永磁體可以作為電機的定子，也可以作為電機的轉子，相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明采用場冷超導永磁體的超導電機的性能大幅提聞，能耗降低。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]一種采用場冷超導永磁體的超導電機，包括:真空罩殼、溫控模塊、導熱芯、超導永磁體、電樞和充磁模塊；導熱芯與溫控模塊連接，導熱芯與溫控模塊之間可傳遞熱量，溫控模塊用于通過導熱芯傳遞熱量，進而控制超導永磁體的溫度；導熱芯上順著圓周方向均布固定有偶數(shù)個超導永磁體；電樞與導熱芯同軸布置，電樞與導熱芯可繞軸向相對轉動；真空罩殼包覆于導熱芯和電樞的外部；充磁模塊設于真空罩殼的外側。
[0007]進一步的，所述超導永磁體為超導塊材。
[0008]進一步的，所述超導永磁體為自身短路的超導線圈。
[0009]進一步的，所述溫控模塊包括:制冷機、加熱器和溫度檢測單元；制冷機具有一個延伸至真空罩殼內部的連接部，連接部前端設有用于導熱的冷頭，連接部與冷頭外圍套設有一用于加固連接部與冷頭的中空管軸，中空管軸與連接部及冷頭之間具有間隙，冷頭與導熱芯連接，導熱芯與制冷機的冷頭之間可傳遞熱量；每個超導永磁體對應設置有一個加熱器，加熱器與導熱芯連接，導熱芯與加熱器之間可傳遞熱量，每個加熱器能獨立控制進行發(fā)熱；每個超導永磁體還對應設置有一個溫度檢測單元，溫度檢測單元與導熱芯連接，每個溫度檢測單元用于檢測與之對應的超導永磁體的溫度。
[0010]進一步的，所述真空罩殼包括:軸承、內殼、外殼、真空閥門、真空接頭、密封圈、真空泵和充磁閥門；內殼呈圓桶狀，具有一個圓柱形的內側壁，內側壁的一端面為一個圓形的內底壁，內底壁中心設有內殼軸孔，內側壁的另一端面為開口 ；外殼呈圓桶狀，具有一個圓柱形的外側壁，且外側壁的內徑大于內側壁的外徑，外側壁的一端面為一個圓形的外底壁，外底壁中心設有外殼軸孔，外側壁的另一端面為開口 ；制冷機的中空管軸穿過外殼軸孔通過軸承與外殼旋轉連接，且中空管軸與外殼之間設有密封圈，用于確保連接氣密性；外側壁上設有充磁開口，充磁開口處固定有充磁閥門，充磁閥門朝外殼的一端為輸出端，充磁閥門背向外殼的一端為輸入端；充磁模塊設于充磁閥門的輸入端，充磁模塊與充磁閥門可分離設置；外殼套設于內殼之外，外殼的開口與內殼的開口相對設置，夕卜殼與內殼在軸向上滑動連接，外殼與內殼之間通過密封圈連接，密封圈用于確保連接氣密性；真空接頭設于外殼上，真空接頭通過真空閥門與真空泵連接，真空泵用于實現(xiàn)真空罩殼內部的真空；外殼、內殼及真空閥門三者組成一個內部真空的活動殼體。
[0011]進一步的，所述充磁模塊包括一個能產生強磁場的超導線圈磁體和一個密封套；所述密封套用于與充磁閥門密封接合，密封套套設于超導線圈磁體外。
[0012]進一步的，所述充磁模塊包括一個能產生強磁場的常規(guī)導線線圈磁體和一個密封套；所述密封套用于與充磁閥門密封接合，密封套套設于常規(guī)導線線圈磁體外。
[0013]進一步的，所述導熱芯呈圓盤狀，導熱芯外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的定子固定于真空罩殼中心，導熱芯與中空管軸剛性連接。
[0014]進一步的，所述電樞包括:軸承、電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的電樞側壁，電樞側壁的一端面為一個圓形的電樞底壁，電樞側壁的另一端面為開口，電樞側壁內側順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞底壁中心設有沿軸向向外突出的電樞軸，電樞軸穿過內殼軸孔，電樞通過軸承與內殼旋轉連接，且電樞與內殼之間設有密封圈，用于保證電樞與內殼之間相對轉動的密封性；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；電樞側壁套設于導熱芯的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的轉子。
[0015]進一步的，所述導熱芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的內側順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯側壁的內側分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的定子固定于真空罩殼的內部，導熱芯與中空管軸剛性連接。
[0016]進一步的，所述電樞包括:軸承、電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓盤狀，電樞外圍順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞中心設有沿軸向向外突出的電樞軸，電樞軸穿過內殼軸孔，電樞通過軸承與內殼旋轉連接，且電樞與內殼之間設有密封圈，用于保證電樞與內殼之間相對轉動的密封性；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；導熱芯側壁套設于電樞的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的轉子。
[0017]進一步的，所述導熱芯呈圓盤狀，導熱芯外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的轉子。[0018]進一步的，所述電樞包括:電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓環(huán)狀，電樞的內壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞鐵芯與內殼剛性連接；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；電樞套設于導熱芯的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的定子。
[0019]進一步的，所述導熱芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的內側順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯側壁的內側分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的轉子。
[0020]進一步的，所述電樞包括:電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓環(huán)狀，電樞的外壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞鐵芯與內殼剛性連接；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；導熱芯套設于電樞的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的定子。
[0021]進一步的，采用場冷超導永磁體的超導電機還包括一個導熱旋轉接頭，冷頭和中空管軸通過導熱旋轉接頭與導熱芯連接，使冷頭和中空管軸與導熱芯旋轉連接；導熱旋轉接頭具有導熱性，可在導熱芯與冷頭之間傳遞熱量。
[0022]進一步的，采用場冷超導永磁體的超導電機還包括導熱芯軸，導熱芯軸軸向固定于導熱芯的中心，導熱芯軸穿過內殼軸孔通過軸承與內殼旋轉連接，導熱芯軸與內殼之間設有密封圈，用于保證導熱芯軸與內殼之間相對轉動時的密封性。
[0023]本發(fā)明所提供的一種采用場冷超導永磁體的超導電機，利用超導體的超導特性，通過場冷磁化的方法，使超導永磁體捕獲強大的磁場，并且該磁場無需消耗電能來維持，由此大大提高電機的性能，降低電機的能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種采用場冷超導永磁體的超導電機的整體結構示意圖。
[0026]圖2為制冷機的安裝示意圖。
[0027]圖3為實施例一和實施例三的導熱芯的俯視圖。
[0028]圖4為真空罩殼的結構示意圖。
[0029]圖5為實施例一的電樞的結構示意圖。
[0030]圖6為超導永磁體場冷磁化的步驟I)示意圖。[0031 ]圖7為超導永磁體場冷磁化的步驟3)示意圖。
[0032]圖8為超導永磁體場冷磁化的步驟4)示意圖
[0033]圖9為超導永磁體場冷磁化的步驟5)示意圖。
[0034]圖10為超導永磁體場冷磁化的步驟7)示意圖。
[0035]圖11為超導永磁體場冷磁化完成后的整體示意圖。
[0036]圖12為本發(fā)明實施例二的整體結構示意圖。
[0037]圖13為實施例二和實施例四的導熱芯的仰視圖。
[0038]圖14為圖13的A-A剖面圖。
[0039]圖15為實施例二的電樞結構示意圖。
[0040]圖16為本發(fā)明實施例三的整體結構示意圖。
[0041]圖17為實施例三的電樞結構示意圖。
[0042]圖18為本發(fā)明實施例四的整體結構示意圖。
[0043]圖19為實施例四的電樞結構示意圖。
[0044]附圖標記說明:
[0045]1、真空罩殼 2、溫控模塊
[0046]3、導熱芯4、超導永磁體
[0047]5、電樞6、充磁模塊
[0048]7、制冷機8、連接部
[0049]9、冷頭10、中空管軸
[0050]11、加熱器 12、外殼
[0051]13、內殼14、充磁閥門
[0052]15、軸承16、充磁開口
[0053]17、外殼軸孔18、`內殼軸孔
[0054]19、電樞鐵芯20、電樞繞組
[0055]21、極靴22、電樞軸
[0056]23、隔熱槽 24、導熱旋轉接頭
[0057]25、真空接頭26、真空閥門
[0058]27、接電原件28、導熱芯軸
[0059]29、密封套
【具體實施方式】
[0060]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例和附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0061]實施例一
[0062]請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種采用場冷超導永磁體的超導電機，包括:真空罩殼1、溫控模塊2、導熱芯3、超導永磁體4、電樞5和充磁模塊6 ;導熱芯3與溫控模塊2連接，導熱芯3與溫控模塊2之間可傳遞熱量，溫控模塊2用于通過導熱芯3傳遞熱量，進而控制超導永磁體4的溫度；導熱芯3上順著圓周方向均布固定有偶數(shù)個超導永磁體4 ；電樞5與導熱芯3同軸布置，電樞5與導熱芯3可繞軸向相對轉動；真空罩殼I包覆于導熱芯3和電樞5的外部；充磁模塊6設于真空罩殼I的外側。
[0063]溫控模塊2用于實時控制和檢測導熱芯3和超導永磁體4的溫度。超導體的特性是:在不同的溫度下分別表現(xiàn)為常態(tài)和超導態(tài)，常態(tài)與超導態(tài)之間存在一個臨界溫度，當超導體的溫度下降至臨界溫度以下時，超導體進入超導態(tài)。因此，利用超導體工作的電機必須具有對溫度進行控制和檢測的溫控模塊2。
[0064]請參閱圖2和圖3，所述溫控模塊2包括:制冷機7、加熱器11和溫度檢測單元(未圖示)。
[0065]制冷機7具有一個延伸至真空罩殼I內部的連接部8，連接部8前端設有用于導熱的冷頭9，連接部8與冷頭9外圍套設有一用于加固連接部8與冷頭9的中空管軸10，中空管軸10與連接部8及冷頭9之間具有間隙。中空管軸10的導熱率較低，可防止外部的熱量經由中空管軸10傳遞至導熱芯3。冷頭9與導熱芯3連接，導熱芯3與制冷機7的冷頭9之間可傳遞熱量。制冷機7具有制冷的作用，通過導熱芯3與冷頭9之間的導熱作用，導熱芯3的溫度將下降至超導永磁體4臨界溫度以下，從而使固定于導熱芯3上的超導永磁體4進入超導態(tài)。由于電機在旋轉時對制冷機7的連接部8和冷頭9產生一定的反作用扭矩，而連接部8和冷頭9僅用于傳導熱量，并非承受扭矩載荷的部件，為了保護連接部8和冷頭9不會被反作用扭矩損壞，冷頭9和連接部8外圍加設中空管軸10以作加固保護作用。中空管軸10與導熱芯3之間固連，導熱芯3上的超導永磁體4在工作中會令導熱芯3承受一個轉矩。這個轉矩由中空管軸10承受，從而避免連接部8和冷頭9受到過大的轉矩而損壞。
[0066]每個超導永磁體4對應設置有一個加熱器11，加熱器11與導熱芯3連接,導熱芯3與加熱器11之間可傳遞熱量，每個加熱器11能獨立控制進行發(fā)熱。由于超導永磁體4 一旦進入超導態(tài)，超導永磁體4自身具有抵抗外磁場進入的性質。因而在超導永磁體4捕獲磁場時，需要先將超導永磁體4的溫度升高，使超導永磁體4脫離超導態(tài)。電機中需要不同的磁極，為了使每個超導永磁體4捕獲的磁場方向不同，每個超導永磁體4是單獨進行捕獲磁場的。因而單個超導永磁體4捕獲磁場時僅需要一個對應的加熱器11獨立工作，使單個超導永磁體4脫離超導態(tài)。對于超導永磁體4捕獲磁場的方法，將在下文中詳述。
[0067]每個超導永磁體4對應設置有一個溫度檢測單元，溫度檢測單元與導熱芯3連接，每個溫度檢測單元用于檢測與之對應的超導永磁體4的溫度。
[0068]請參閱圖4，真空罩殼I主要具有兩個作用:其一，保護電機內部工作部件，為電機提供穩(wěn)定的工作環(huán)境；其二，真空罩殼I內部為真空腔，有效阻隔真空罩殼I內外的溫度傳遞，確保真空罩殼I內部維持合適的工作溫度。
[0069]所述真空罩殼I包括:軸承15、內殼13、外殼12、真空閥門26、真空接頭25、密封圈(未圖示)、真空泵(未圖示)和充磁閥門14 ;內殼13呈圓桶狀，具有一個圓柱形的內側壁，內側壁的一端面為一個圓形的內底壁，內底壁中心設有內殼軸孔18,內側壁的另一端面為開口 ；外殼12呈圓桶狀,具有一個圓柱形的外側壁,且外側壁的內徑大于內側壁的外徑,外側壁的一端面為一個圓形的外底壁，外底壁中心設有外殼軸孔17，外側壁的另一端面為開口 ；制冷機7的中空管軸10穿過外殼軸孔17通過軸承15與外殼12旋轉連接，且中空管軸10與外殼12之間設有密封圈，用于確保連接氣密性；外側壁上設有充磁開口 16，充磁開口 16處固定有充磁閥門14,充磁閥門14朝外殼12的一端為輸出端,充磁閥門14背向外殼12的一端為輸入端；充磁模塊6設于充磁閥門14的輸入端,充磁模塊6與充磁閥門14可分離設置；夕卜殼12套設于內殼13之外,夕卜殼12的開口與內殼13的開口相對設置,夕卜殼12與內殼13在軸向上滑動連接，外殼12與內殼13之間通過密封圈連接，密封圈用于確保連接氣密性；真空接頭25設于外殼12上，真空接頭25通過真空閥門26與真空泵連接，真空泵用于實現(xiàn)真空罩殼I內部的真空；外殼12、內殼13及充磁閥門14三者組成一個內部真空的活動殼體。
[0070]請參閱圖3，所述導熱芯3呈圓盤狀，導熱芯3外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽23，隔熱槽23將導熱芯3的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體4以及與其對應的加熱器11和溫度檢測單元，導熱芯3作為電機的定子固定于真空罩殼I中心，導熱芯3與中空管軸10剛性連接。
[0071]請參閱圖5，所述電樞5包括:軸承15、電樞鐵芯19、電樞繞組20和接電原件27 ；電樞鐵芯19呈圓桶狀,具有一個圓柱形的電樞側壁，電樞側壁的一端面為一個圓形的電樞底壁，電樞側壁的另一端面為開口，電樞側壁內側順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴21，電樞底壁中心設有沿軸向向外突出的電樞軸22，電樞軸22穿過內殼軸孔18，電樞5通過軸承15與內殼13旋轉連接，且電樞5與內殼13之間設有密封圈，用于保證電樞5與內殼13之間相對轉動時的密封性；電樞繞組20由導線繞極靴21繞制而成，每個極靴21上均繞設有電樞繞組20 ;接電原件27與電樞繞組20電連接，接電原件27用于將外部電流接入電樞繞組20 ;電樞側壁套設于導熱芯3的外圍，使導熱芯3上的超導永磁體4正對于電樞5上的電樞繞組20，且超導永磁體4與電樞繞組20之間具有間隙；電樞5作為電機的轉子。
[0072]制冷機7的中空管軸10與外殼12旋轉連接，因而制冷機7與導熱芯3能作為一個整體在外殼12內繞軸向轉動。
[0073]作為優(yōu)選，在本實施例中，所述充磁模塊6包括一個能產生強磁場的超導線圈磁體和一個密封套29 ;所述密封套29用于與充磁閥門密封接合，密封套29套設于超導線圈磁體外。或作為備選方案，充磁模塊6包括一個能產生強磁場的常規(guī)導線線圈磁體和一個密封套29 ;所述密封套29用于與充磁閥門密封接合，密封套29套設于常規(guī)導線線圈磁體夕卜。其作用在于能產生強大的磁場供超導永磁體4捕獲。本發(fā)明是采用單個充磁模塊6分別對超導永磁體4進行磁化的，只采用單個充磁模塊6，可以節(jié)省成本；單個充磁模塊6節(jié)省空間，有利于在有限的空間內產生更大的磁場。且所有超導永磁體4磁化完成后,充磁模塊6可以與真空罩殼I分離，從而進一步減小超導電機本體的體積和重量。
[0074]請參閱圖6至圖11,下面將具體闡述超導電機通過真空罩殼I及導熱芯3的活動，使超導永磁體4捕獲磁場的方法:
[0075]I)請參閱圖6，制冷機7打開，使整個導熱芯3的溫度降低至超導永磁體4的臨界溫度以下，打開加熱器11令溫度檢測單元檢測到所有超導永磁體4的溫度高于臨界溫度，繼而使固定在導熱芯3上的所有超導永磁體4都處于非超導態(tài)。由于有隔熱槽23的阻隔作用，每個加熱器11的加熱作用僅對所在的導熱單元產生較大影響，對其余的導熱單元的加熱效果較小。圖6中斜線陰影部分為加熱器11的熱影響區(qū)域。
[0076]2)真空罩殼I的外殼12與內殼13在軸向上相對滑動,使內部的導熱芯3與電樞5暫時分離,此時導熱芯3上的其中一個超導永磁體4正對于外殼12的充磁開口 16。此時充磁模塊6進入充磁閥門14的輸入端，此過程需保證充磁模塊6與充磁閥門14間的接合密封性。然后打開充磁充磁閥門14，充磁模塊6通過充磁閥門14和充磁開口 16進入外殼
12,移動至正對于充磁開口 16的超導永磁體4前面,該超導永磁體4標記為待充磁的超導永磁體4。
[0077]3)請參閱圖7，充磁模塊6啟動，使之產生一個強大的磁場。磁場的方向可以是指向超導永磁體4的，也可以是背離超導永磁體4的。
[0078]4)請參閱圖8，關閉待充磁的超導永磁體4對應的加熱器11，所在導熱單元的溫度下降，待溫度檢測單元檢測到待充磁的超導永磁體4的溫度下降至臨界溫度以下時，待充磁的超導永磁體4進入超導態(tài)。此時該超導永磁體4已經捕獲一個強大的磁場。已經捕獲磁場的超導永磁體用點劃線陰影表示。
[0079]5)請參閱圖9,關閉充磁模塊6,旋轉導熱芯3,使相鄰的另一個超導永磁體4正對于充磁模塊6，此刻，此超導永磁體4標記為待充磁的超導永磁體4。
[0080]6)與步驟3)相似地，充磁模塊6再次啟動，再次產生一個強大的磁場，但磁場的方向必須與上一個磁場的磁場方向相反。
[0081]7)請參閱圖10，與步驟4)相似地，關閉待充磁的超導永磁體4對應的加熱器11，使待充磁的超導永磁體4進入超導態(tài)。此時該超導永磁體4已經捕獲一個強大的磁場，且磁場方向與相鄰的超導永磁體4磁場方向相反。
[0082]8)請參閱圖11，重復步驟5)至步驟7)，直至所有超導永磁體4都捕獲強大的磁場，并且相鄰超導永磁體4的磁場方向相反。隨后關閉充磁模塊6,并將充磁模塊6移至充磁閥門14的輸入端，然后關閉充磁充磁閥門14，再將充磁模塊6完全移出充磁閥門14的輸入端，并使外殼12復位，導熱芯3重新套于電樞5的內部。
[0083]以上使超導永磁體4捕獲磁場的方法簡稱場冷法，在使用場冷法讓超導永磁體4捕獲磁場的整個過程中，溫度檢測單元都保持實時檢測溫度的作用，從而實時掌握超導永磁體4的狀態(tài)。
[0084]作為優(yōu)選，在本實施例中，所述超導永磁體4為超導塊材。超導塊材采用場冷法捕獲磁場，其總磁場為超導塊材內部微小超導電流環(huán)產生磁場的總和。采用超導塊材作為超導永磁體4不僅使結構更為簡單，而且捕獲的磁場強度極高，目前采用場冷法捕獲的磁場磁感應強度最大達到了 17.2T，遠高于現(xiàn)有技術。超導永磁體4也可以為自身短路的超導線圈。
[0085]當有電流流經電樞繞組20時，根據電磁感應原理，造成電樞繞組20與超導永磁體4之間相互作用，驅動作為轉子的電樞5旋轉。需要說明的是，根據實際需要的不同，電樞繞組20的繞線方式可以作出相應變化，做成各種不同類型的電機，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0086]實施例二
[0087]請參閱圖12和圖15，本實施例與實施例一的唯一區(qū)別在于:超導電機的內部結構作出了變體設計，導熱芯3呈圓桶狀，電樞鐵芯19呈圓盤狀。[0088]請參閱圖12、圖13和圖14，所述導熱芯3呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽23，隔熱槽23將導熱芯側壁的分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體4以及與其對應的加熱器11和溫度檢測單元，導熱芯3作為電機的定子固定于真空罩殼I的內部，導熱芯3與中空管軸10剛性連接。
[0089]請參閱圖12和圖15，所述電樞5包括:軸承15、電樞鐵芯19、電樞繞組20和接電原件27 ；電樞鐵芯19呈圓盤狀，電樞5外圍順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴21，電樞5中心設有沿軸向向外突出的電樞軸22，電樞軸22穿過內殼軸孔18，電樞5通過軸承15與內殼13旋轉連接，且電樞5與內殼13之間設有密封圈，用于保證電樞5與內殼13之間相對轉動時的密封性；電樞繞組20由導線繞極靴21繞制而成，每個極靴21上均繞設有電樞繞組20 ;接電原件27與電樞繞組20電連接，接電原件27用于將外部電流接入電樞繞組20 ;導熱芯側壁套設于電樞5的外圍，使導熱芯3上的超導永磁體4正對于電樞5上的電樞繞組20，且超導永磁體4與電樞繞組20之間具有間隙；電樞5作為電機的轉子。
[0090]本實施例中，使超導永磁體4捕獲磁場的方法，以及超導電機的工作原理與實施例一完全相同，在此不再贅述。
[0091]實施例三
[0092]請參閱圖16，本實施例與實施例一的唯一區(qū)別在于:超導電機的內部結構作出了變體設計，導熱芯3作為超導電機的轉子，電樞5作為超導電機的定子，電樞5與內殼13之間剛性連接。
[0093]請參閱圖3和圖16，所述導熱芯3呈圓盤狀，導熱芯3外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽23，隔熱槽23將導熱芯3的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體4以及與其對應的加熱器11和溫度檢測單元，導熱芯3作為電機的轉子。
[0094]請參閱圖16和圖17，所述電樞5包括:電樞鐵芯19、電樞繞組20和接電原件27 ；電樞鐵芯19呈圓環(huán)狀，電樞5的內壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴21，電樞鐵芯19與內殼13剛性連接；電樞繞組20由導線繞極靴21繞制而成，每個極靴21上均繞設有電樞繞組20 ;接電原件27與電樞繞組20電連接，接電原件27用于將外部電流接入電樞繞組20 ；電樞5套設于導熱芯3的外圍，使導熱芯3上的超導永磁體4正對于電樞5上的電樞繞組20，且超導永磁體4與電樞繞組20之間具有間隙；電樞5作為電機的定子。
[0095]對于本實施例的超導電機，還包括導熱芯軸28,導熱芯軸28軸向固定于導熱芯3的中心，導熱芯軸28穿過內殼軸孔18，導熱芯3與導熱芯軸28構成一個整體通過軸承15與內殼13旋轉連接。導熱芯軸28與內殼13之間設有密封圈，用于保證導熱芯軸28與內殼13之間相對轉動時的密封性。導熱芯軸28采用導熱率很低的材料制成。由于導熱芯軸28需要作為電機的旋轉軸與導熱芯3同步旋轉，如果導熱芯軸28與導熱芯3之間能傳遞熱量，則外露的導熱芯軸28會從外界吸收熱量，并傳遞至導熱芯3，使超導永磁體4因溫度升聞進入非超導態(tài)而失效。
[0096]導熱芯3作為轉子旋轉時，制冷機7是保持靜止的，因而造成冷頭9與導熱芯3之間的相對轉動。為了確保冷頭9與導熱芯3之間能傳遞熱量，同時又能保證轉動順暢，所述的采用場冷超導永磁體4的超導電機還包括一個導熱旋轉接頭24。冷頭9和中空管軸10通過導熱旋轉接頭24與導熱芯3連接，使冷頭9和中空管軸10與導熱芯3旋轉連接；導熱旋轉接頭24具有導熱性，可在導熱芯3與冷頭9之間傳遞熱量。
[0097]本實施例中，使超導永磁體4捕獲磁場的方法，以及超導電機的工作原理與實施例一完全相同，在此不再贅述。
[0098]實施例四
[0099]請參閱圖18，本實施例與實施例一的唯一區(qū)別在于:超導電機的內部結構作出了變體設計，導熱芯3作為超導電機的轉子，且導熱芯3呈圓桶狀套設于電樞5外圍，電樞5作為超導電機的定子，電樞鐵芯19呈圓盤狀。
[0100]請參閱圖13、圖14和圖18，所述導熱芯3呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽23，隔熱槽23將導熱芯側壁的分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體4以及與其對應的加熱器11和溫度檢測單元，導熱芯3作為電機的轉子。
[0101]請參閱圖18和圖19，所述電樞5包括:電樞鐵芯19、電樞繞組20和接電原件27 ;電樞鐵芯19呈圓環(huán)狀，電樞5的外壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴21，電樞鐵芯19與內殼13剛性連接；電樞繞組20由導線繞極靴21繞制而成，每個極靴21上均繞設有電樞繞組20 ;接電原件27與電樞繞組20電連接，接電原件27用于將外部電流接入電樞繞組20 ;導熱芯3套設于電樞5的外圍，使導熱芯3上的超導永磁體4正對于電樞5上的電樞繞組20，且超導永磁體4與電樞繞組20之間具有間隙；電樞5作為電機的定子。
[0102]對于本實施例的超導電機，還包括導熱芯軸28,導熱芯軸28軸向固定于導熱芯3的中心，導熱芯軸28穿過內殼軸孔18，導熱芯3與導熱芯軸28構成一個整體通過軸承15與內殼13旋轉連接。導熱芯軸28與內殼13之間設有密封圈，用于保證導熱芯軸28與內殼13之間相對轉動時的密封性。導熱芯軸28采用導熱率很低的材料制成。由于導熱芯軸28需要作為電機的旋轉軸與導熱芯3同步旋轉，如果導熱芯軸28與導熱芯3之間能傳遞熱量，則外露的導熱芯軸28會從外界吸收熱量，并傳遞至導熱芯3，使超導永磁體4因溫度升聞進入非超導態(tài)而失效。
[0103]導熱芯3作為轉子旋轉時，制冷機7是保持靜止的，因而造成冷頭9與導熱芯3之間的相對轉動。為了確保冷頭9與導熱芯3之間能傳遞熱量，同時又能保證轉動順暢，所述的采用場冷超導永磁體4的超導電機還包括一個導熱旋轉接頭24。冷頭9和中空管軸10通過導熱旋轉接頭24與導熱芯3連接，使冷頭9和中空管軸10與導熱芯3旋轉連接；導熱旋轉接頭24具有導熱性，可在導熱芯3與冷頭9之間傳遞熱量。
[0104]本實施例中，使超導永磁體4捕獲磁場的方法，以及超導電機的工作原理與實施例一完全相同，在此不再贅述。
[0105]本發(fā)明所提供的一種采用場冷超導永磁體4的超導電機，利用超導體的超導特性，通過場冷法使超導永磁體4捕獲強大的磁場。目前采用場冷法捕獲的磁場磁感應強度最大達到了 17.2T，遠高于現(xiàn)有技術，并且該磁場無需消耗電能來維持。在遠高于現(xiàn)有技術的強大磁場作用下，電機的性能被大大提高。同時具備低能耗，體積小的優(yōu)點。
[0106]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，包括:真空罩殼、溫控模塊、導熱芯、超導永磁體、電樞和充磁模塊；導熱芯與溫控模塊連接，導熱芯與溫控模塊之間可傳遞熱量，溫控模塊用于通過導熱芯傳遞熱量，進而控制超導永磁體的溫度；導熱芯上順著圓周方向均布固定有偶數(shù)個超導永磁體；電樞與導熱芯同軸布置，電樞與導熱芯可繞軸向相對轉動；真空罩殼包覆于導熱芯和電樞的外部；充磁模塊設于真空罩殼的外側。
2.根據權利要求1所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述超導永磁體為超導塊材。
3.根據權利要求1所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述超導永磁體為自身短路的超導線圈。
4.根據權利要求1所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述溫控模塊包括:制冷機、加熱器和溫度檢測單元；制冷機具有一個延伸至真空罩殼內部的連接部，連接部端部設有用于導熱的冷頭，連接部與冷頭外圍套設有一用于加固連接部與冷頭的中空管軸，中空管軸與連接部及冷頭之間具有間隙，冷頭與導熱芯連接，導熱芯與制冷機的冷頭之間可傳遞熱量；每個超導永磁體對應設置有一個加熱器，加熱器與導熱芯連接，導熱芯與加熱器之間可傳遞熱量，每個加熱器能獨立控制進行發(fā)熱；每個超導永磁體還對應設置有一個溫度檢測單元，溫度檢測單元與導熱芯連接，每個溫度檢測單元用于檢測與之對應的超導永磁體的溫度。
5.根據權利要求4所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述真空罩殼包括:軸承、內殼、外殼、真空閥門、真空接頭、密封圈、真空泵和充磁閥門；內殼呈圓桶狀，具有一個圓柱形的內側壁，內側壁的一端面為一個圓形的內底壁，內底壁中心設有內殼軸孔，內側壁的另一端面為開口 ；外殼呈圓桶狀，具有一個圓柱形的外側壁，且外側壁的內徑大于內側壁的外徑，外側壁的一端面為一個圓形的外底壁，外底壁中心設有外殼軸孔，外側壁的另一端面為開口 ；制冷機的中空管軸穿過外殼軸孔通過軸承與外殼旋轉連接，且中空管軸與外殼之間設有密封圈，用于確保連接氣密性；外側壁上設有充磁開口，充磁開口處固定有充磁閥門，充 磁閥門朝外殼的一端為輸出端，充磁閥門背向外殼的一端為輸入端；充磁模塊設于充磁閥門的輸入端，充磁模塊與充磁閥門可分離設置；外殼套設于內殼之外，外殼的開口與內殼的開口相對設置，外殼與內殼在軸向上滑動連接，外殼與內殼之間通過密封圈連接，密封圈用于確保連接氣密性；真空接頭設于外殼上，真空接頭通過真空閥門與真空泵連接，真空泵用于實現(xiàn)真空罩殼內部的真空；外殼、內殼及真空閥門三者組成一個內部真空的活動殼體。
6.根據權利要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述充磁模塊包括一個能產生強磁場的超導線圈磁體和一個密封套；所述密封套用于與充磁閥門密封接合，密封套套設于超導線圈磁體外。
7.根據權利要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述充磁模塊包括一個能產生強磁場的常規(guī)導線線圈磁體和一個密封套；所述密封套用于與充磁閥門密封接合，密封套套設于常規(guī)導線線圈磁體外。
8.根據權利要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述導熱芯呈圓盤狀，導熱芯外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的定子固定于真空罩殼中心，導熱芯與中空管軸剛性連接。
9.根據權利要求8所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述電樞包括:軸承、電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的電樞側壁，電樞側壁的一端面為一個圓形的電樞底壁，電樞側壁的另一端面為開口，電樞側壁內側順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞底壁中心設有沿軸向向外突出的電樞軸，電樞軸穿過內殼軸孔，電樞通過軸承與內殼旋轉連接，且電樞與內殼之間設有密封圈，用于保證電樞與內殼之間相對轉動的密封性；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；電樞側壁套設于導熱芯的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的轉子。
10.根據權利要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述導熱芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的內側順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯側壁的內側分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的定子固定于真空罩殼的內部，導熱芯與中空管軸剛性連接。
11.根據權利要求10所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述電樞包括:軸承、電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓盤狀，電樞外圍順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞中心設有沿軸向向外突出的電樞軸，電樞軸穿過內殼軸孔，電樞通過軸承與內殼旋轉連接，且電樞與內殼之間設有密封圈，用于保證電樞與內殼之間相對轉動的密封性；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；導熱芯側壁套設于電樞的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的轉子。
12.根據權利 要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述導熱芯呈圓盤狀，導熱芯外圍順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯的外圍分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的轉子。
13.根據權利要求12所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述電樞包括:電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓環(huán)狀，電樞的內壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞鐵芯與內殼剛性連接；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；電樞套設于導熱芯的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的定子。
14.根據權利要求5所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:所述導熱芯呈圓桶狀，具有一個圓柱形的導熱芯側壁，導熱芯側壁的一端面為一個圓形的導熱芯底壁，導熱芯側壁的另一端面為開口，導熱芯側壁的內側順著圓周方向設有多個用于阻隔熱量傳遞的隔熱槽，隔熱槽將導熱芯側壁的內側分割成多個導熱單元，每個導熱單元上固定有一個超導永磁體以及與其對應的加熱器和溫度檢測單元，導熱芯作為電機的轉子。
15.根據權利要求14所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于，所述電樞包括:電樞鐵芯、電樞繞組和接電原件；電樞鐵芯呈圓環(huán)狀，電樞的外壁順著圓周方向均布有多個向徑向突出的極靴，電樞鐵芯與內殼剛性連接；電樞繞組由導線繞極靴繞制而成，每個極靴上均繞設有電樞繞組；接電原件與電樞繞組電連接，接電原件用于將外部電流接入電樞繞組；導熱芯套設于電樞的外圍，使導熱芯上的超導永磁體正對于電樞上的電樞繞組，且超導永磁體與電樞繞組之間具有間隙；電樞作為電機的定子。
16.根據權利要求12或14所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:還包括一個導熱旋轉接頭，冷頭和中空管軸通過導熱旋轉接頭與導熱芯連接，使冷頭和中空管軸與導熱芯旋轉連接；導熱旋轉接頭具有導熱性，可在導熱芯與冷頭之間傳遞熱量。
17.根據權利要求12或14所述的采用場冷超導永磁體的超導電機，其特征在于:還包括導熱芯軸，導熱芯軸軸向固定于導熱芯的中心，導熱芯軸穿過內殼軸孔，導熱芯與導熱芯軸構成一個整體通過軸承與內殼旋轉連接，導熱芯軸與內殼之間設有密封圈，用于保證導熱芯軸與內殼之間相對轉動時的密封性。`
【文檔編號】H02K55/00GK103855909SQ201410100680
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權日:2014年3月18日
【發(fā)明者】林群煦, 王衛(wèi)軍, 申東翼, 謝占功, 林寧, 顧星, 邵明磊, 楊澤國 申請人:廣州中國科學院先進技術研究所