專利名稱：抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種供電電機(jī)，特別是利用超導(dǎo)體的完全抗磁性和完全導(dǎo)電性，設(shè)計(jì)制造的可以使發(fā)電機(jī)的電磁阻力，通過超導(dǎo)電流的輸導(dǎo)與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力耦合，電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組合為一體同軸旋轉(zhuǎn)的供電電機(jī)。
現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)，一般只局限于對(duì)磁鐵與感應(yīng)線圈，進(jìn)行相對(duì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，改變磁通感生電流而發(fā)電。由于這種磁鐵與感應(yīng)線圈直接的相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，要克服很強(qiáng)的楞次(Heinrich Friedrich Emil Lenz)效應(yīng)產(chǎn)生的電磁阻力，從中消耗很大的能量。
本發(fā)明的目的是要提供一種在固定電磁鐵，固定感應(yīng)線圈兩者之間，按裝一個(gè)用超導(dǎo)材料制作的屏蔽柵，通過屏蔽柵與電磁鐵或感應(yīng)線圈進(jìn)行的相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，利用它的完全抗磁性，改變磁通使發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)再利用屏蔽柵產(chǎn)生的超導(dǎo)電流，補(bǔ)償給電動(dòng)機(jī)，使發(fā)電機(jī)中因楞次效應(yīng)產(chǎn)生的電磁阻力與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力耦合，因而能減小功耗的供電電機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是(1)在固定電磁鐵、固定感應(yīng)線圈兩者之間，按裝一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的超導(dǎo)材料制成的屏蔽柵。屏蔽柵在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，類似于法拉弟(Michael Faranday)早期制造的圓盤發(fā)電機(jī)，輸出電流通過超導(dǎo)引線，輸送給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，可以增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的電磁鐵，利用電動(dòng)機(jī)交變磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與軸一起帶動(dòng)屏蔽柵，在固定電磁鐵，固定感應(yīng)線圈兩者之間旋轉(zhuǎn)，通過屏蔽柵很強(qiáng)的完全抗磁性，周期性的改變磁通，使感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感生電流而發(fā)電。同時(shí)屏蔽柵在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，感生的超導(dǎo)電流，通過超導(dǎo)引線輸送給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的電磁鐵，隨之轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)增強(qiáng)，受定子交變磁場(chǎng)的作用，又很快轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，即形成發(fā)電機(jī)中因楞次效應(yīng)產(chǎn)生的電磁阻力，與電動(dòng)機(jī)中的驅(qū)動(dòng)力耦合后相互抵消，使耦合系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的功耗，基本控制在磨擦阻力方面，盡而增大了發(fā)電效率。
(2)為使屏蔽柵得到內(nèi)冷的效果，在電機(jī)軸兩端各設(shè)計(jì)安裝一個(gè)磁力接頭將冷卻液送到軸的內(nèi)心，對(duì)屏蔽柵冷卻后排放到外部。
(3)為保證電機(jī)內(nèi)外隔離冷卻，使屏蔽柵在真空條件下工作，采用了電磁鐵和補(bǔ)償線圈與發(fā)電機(jī)內(nèi)部隔離并一起冷卻，電動(dòng)機(jī)與感應(yīng)線圈鐵芯外側(cè)與發(fā)電機(jī)內(nèi)部隔離并一起冷卻，使用真空多層隔離方法，適應(yīng)電機(jī)內(nèi)冷和外冷。
本發(fā)明提供的發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)組合為一體，1隔離冷卻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅功耗低，效率高，而且便于冷卻，自控性強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，作綜合性的進(jìn)一步說明。
如附圖所示1.發(fā)電機(jī)系統(tǒng)用超導(dǎo)線材繞制的電磁鐵(31)，兩端分別裝有永磁鐵(11)、(27)，通過非導(dǎo)磁材料制作的內(nèi)密封環(huán)(29)、(39)，外密封環(huán)(16)(40)，聯(lián)接補(bǔ)償超導(dǎo)線圈(13)、(34)的鐵心(14)、(33)，與隔離筒(12)緊固在感應(yīng)線圈(10)、(36)的橫向鐵心(8)、(42)、(18)、(26)上面。
利用電磁鐵(31)內(nèi)心的軸承(35)、(28)支撐軸(30)，通過橫向鐵芯(18)、(26)上面緊固的內(nèi)隔離罩(20)和橫向鐵芯(8)、(42)上面緊固的內(nèi)隔離罩(3)，將軸(30)軸承(35)、(28)、軸(30)兩端利用鐵制螺母(5)、(25)緊固的抗磁屏蔽柵(17)、(41)一起密封在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部。通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(46)帶動(dòng)軸(30)與屏蔽柵(17)、(41)一起處于真空條件下，在固定電磁鐵(31)與橫向鐵芯(8)、(42)、(18)、(26)的夾縫中旋轉(zhuǎn)。屏蔽柵(17)(41)對(duì)應(yīng)的各局部為超導(dǎo)材料制作，其它局部為非超導(dǎo)材料和非導(dǎo)磁性材料制作。
2.電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(46)被封閉在與軸(30)一起旋轉(zhuǎn)的屏蔽柵(41)之內(nèi)。轉(zhuǎn)子(46)的一部分是超導(dǎo)線材料繞制的電磁鐵(44)，另一部分是永磁鐵，它們合并的磁極沿軸向利用分磁片(數(shù)個(gè))(45)對(duì)應(yīng)分開。
電動(dòng)機(jī)的定子(6)是超導(dǎo)線材料繞制的交變電磁鐵，固定在內(nèi)隔離罩(3)的外圍，它的磁極同樣沿軸向利用分磁片(數(shù)個(gè))(43)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子(46)的磁極分開。
3.耦合系統(tǒng)屏蔽柵(17)、(41)和軸(30)聯(lián)接端與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(46)中電磁鐵(44)的引入線接通。屏蔽柵(17)、(41)邊緣端利用超導(dǎo)埋伏線并聯(lián)，與電磁鐵(44)的引出線接通。其目的是通過屏蔽柵(17)、(41)感應(yīng)電流向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(46)的電磁鐵(44)激磁。
4.激磁系統(tǒng)電磁鐵(31)的超導(dǎo)線圈(32)與補(bǔ)償超導(dǎo)線圈(13)、(34)并聯(lián)接通，利用感應(yīng)線圈(10)、(36)，通過橫向鐵芯(8)、(42)、(18)、(26)與補(bǔ)償線圈鐵芯(14)、(33)形成楞次(Heinrich Friedrich Emil Lenz)效應(yīng)的電磁感應(yīng)，使補(bǔ)償超導(dǎo)線圈(13)、(34)產(chǎn)生感應(yīng)電流向電磁鐵(31)的超導(dǎo)線圈(32)激磁。
5.冷卻系統(tǒng)利用上隔離封頭(7)和內(nèi)隔離罩(3)一起，將電動(dòng)機(jī)定子的電磁鐵(6)，橫向鐵芯(8)(42)的外側(cè)與發(fā)電機(jī)內(nèi)部隔離，并一起冷卻。下隔離封頭(19)和內(nèi)隔離罩(20)一起，將橫向鐵芯(18)、(26)的外側(cè)與發(fā)電機(jī)內(nèi)部隔離，并一起冷卻。
利用隔離筒(12)聯(lián)接補(bǔ)償線圈(13)、(34)的鐵芯(14)、(33)，密封環(huán)(16)、(29)、(40)、(39)、電磁鐵(31)兩端，使補(bǔ)償超導(dǎo)線圈(13)、電磁鐵超導(dǎo)線圈(32)與發(fā)電機(jī)內(nèi)部隔離，密封在一起冷卻。
通過軸(30)兩側(cè)的磁力接頭中的永磁鐵(4)、(23)取代彈簧，分別與軸(30)兩端的鐵制緊固螺母(5)、(25)吸合。經(jīng)定體引管(22)、滑動(dòng)接頭(24)將冷卻液輸送到軸(30)的內(nèi)心，使屏蔽柵(17)、(41)完成內(nèi)冷后，經(jīng)另一端滑動(dòng)接頭(47)、定體引管(2)排放。
冷卻液由下引入管(21)輸送到下隔離封頭(19)內(nèi)，一部分經(jīng)軸(30)內(nèi)心對(duì)屏蔽柵(17)、(41)內(nèi)冷后流入上隔離封頭(7)內(nèi)，另一部分經(jīng)聯(lián)通管(15)進(jìn)入隔離筒(12)內(nèi)對(duì)補(bǔ)償超導(dǎo)線圈(13)、(34)，電磁鐵超導(dǎo)線圈(32)冷卻，再通過上聯(lián)通管(38)進(jìn)入上隔離封頭(7)內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電磁鐵(6)冷卻，最后由上引出管(1)排出機(jī)體內(nèi)部。
上述發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)組合為一體，隔離冷卻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求電機(jī)框架的聯(lián)接部位，利用焊接和導(dǎo)磁及非導(dǎo)磁(按部位情況)的緊固件緊固，并將整機(jī)放入低溫中，可以采取內(nèi)冷使用液氦，外冷使用液氮的保護(hù)方法。
使機(jī)體進(jìn)入全部冷卻后，發(fā)電機(jī)中的屏蔽柵(17)、(41)對(duì)應(yīng)各局部的超導(dǎo)體也就具備了很強(qiáng)的完全抗磁性能，使起初阻抗電磁鐵(31)兩側(cè)的永磁鐵(11)、(27)的磁力線形成偏導(dǎo)，使感應(yīng)線圈(10)的橫向鐵芯(8)、(18)不能接收磁通時(shí)，感應(yīng)線圈(36)的橫向鐵芯(42)、(26)能夠接收磁通。
當(dāng)給電動(dòng)機(jī)定子(6)通入交流電時(shí)，交變磁場(chǎng)推動(dòng)轉(zhuǎn)子(46)由永磁鐵產(chǎn)生的分項(xiàng)磁極，帶動(dòng)軸(30)與屏蔽柵(17)、(41)一起旋轉(zhuǎn)。這樣屏蔽柵(17)、(41)在旋轉(zhuǎn)過程中，由于周期性的改變電磁鐵(31)的磁力線形成偏導(dǎo)的位置，使感應(yīng)線圈(10)，(36)分別獲得變化磁通，產(chǎn)生感應(yīng)電流。有感應(yīng)電流通過的感應(yīng)線圈(10)、(36)分別產(chǎn)生楞次效應(yīng)，使補(bǔ)償線圈(13)、(34)獲得電磁感應(yīng)，經(jīng)補(bǔ)償線圈(13)、(34)產(chǎn)生的感應(yīng)電流向電磁鐵(31)逐漸激磁。由于電磁鐵(31)磁場(chǎng)的增強(qiáng)，使感應(yīng)線圈(10)、(36)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流逐漸增加，向外輸出作功。
這時(shí)，屏蔽柵(17)、(41)的各點(diǎn)雖然處在一個(gè)均強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，但由于它分別獲得感應(yīng)線圈(10)、(36)的楞次效應(yīng)，運(yùn)轉(zhuǎn)阻力逐漸加大，可是，在屏蔽柵(17)、(41)上面要產(chǎn)生感應(yīng)超導(dǎo)電流向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(46)的電磁鐵(44)激磁。由于轉(zhuǎn)子(46)磁場(chǎng)的增強(qiáng)，它與定子(6)磁場(chǎng)作用的驅(qū)動(dòng)力就要相應(yīng)增大，因而，使發(fā)電機(jī)中屏蔽柵(17)、(41)與周圍磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁阻力，通過超導(dǎo)電流的輸導(dǎo)，給電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(46)增強(qiáng)磁場(chǎng)，形成電磁阻力與驅(qū)動(dòng)力耦合后相互抵消。同時(shí)保持了屏蔽柵(17)、(41)的正常旋轉(zhuǎn)，改變磁通使發(fā)電機(jī)發(fā)電。
抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理，其最大優(yōu)點(diǎn)，在于它的內(nèi)部全面實(shí)行自耦控制。一、當(dāng)電磁鐵(31)的磁場(chǎng)急劇增強(qiáng)時(shí)，屏蔽柵(17)、(41)的完全抗磁性能相應(yīng)受到影響，由于出現(xiàn)漏磁，使感應(yīng)線圈(10)、(36)獲得的磁通變化量要有所下降。這時(shí)，補(bǔ)償線圈(13)、(34)獲得的電磁感應(yīng)就會(huì)有所減小，相應(yīng)電磁鐵(31)的激磁電流減小，磁場(chǎng)減弱，使屏蔽柵(17)、(41)的完全抗磁性能又恢復(fù)到良好階段。在這種自耦控制中，屏蔽柵(17)、(41)不僅保持了良好的完全抗磁性能，以改變磁通，使電磁鐵(31)的磁場(chǎng)處于穩(wěn)定，而且達(dá)到了自耦控制的平衡狀態(tài)，保證了發(fā)電機(jī)利用完全抗磁性能實(shí)現(xiàn)的發(fā)電原理。二、屏蔽柵(17)、(41)在旋轉(zhuǎn)中，與電磁鐵(31)橫向鐵芯(8)、(18)、(42)、(26)分別產(chǎn)生電磁阻力的大小，與它產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小相等，輸送給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子(46)的電磁鐵(44)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力與電磁阻力平衡而相互抵消，兩者仍要處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因而，此電機(jī)的功率損耗只控制在磨擦阻力方面，相應(yīng)要節(jié)省大量能源。
對(duì)于制造屏蔽柵的超導(dǎo)材料，要求它的完全抗磁性能Hc1＞20T以上，漏磁＜0.5%m2電流密度越小越好。
權(quán)利要求
1.一種抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有用超導(dǎo)體的完全抗磁性和完全導(dǎo)電性使電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)組合為一體旋轉(zhuǎn)，電磁阻力與驅(qū)動(dòng)力耦合，提高發(fā)電效率的功能，其特征在于裝有通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸帶動(dòng)的用超導(dǎo)材料制作的屏蔽柵；在固定電磁鐵與固定線圈的鐵芯兩者之間旋轉(zhuǎn)，利用它的完全抗磁性能，阻抗磁通變化而發(fā)電。同時(shí)將屏蔽柵產(chǎn)生的超導(dǎo)電流輸送給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁鐵，構(gòu)成發(fā)電機(jī)中因楞次效應(yīng)產(chǎn)生的電磁阻力與電動(dòng)機(jī)中的驅(qū)動(dòng)力耦合后相互抵消，使耦合系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的能耗基本控制在磨擦阻力方面。
2.一種內(nèi)冷電機(jī)采用的動(dòng)體與定體輸送冷卻液的磁力接頭，其特征在于通過定體引管與磁鐵內(nèi)芯聯(lián)在一起的滑動(dòng)接頭，利用磁鐵與軸兩端的鐵制螺母吸合取代彈簧，將冷卻液輸送到軸內(nèi)心和軸一起運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)體內(nèi)部進(jìn)行冷卻后，排出體外。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它所使用的制造屏蔽柵的超導(dǎo)材料，是選用臨界磁場(chǎng)盡可能高、漏磁性小的完全抗磁性超導(dǎo)材料。
4.根據(jù)權(quán)力要求1或3所述的抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它的電磁鐵線圈是繞制在適用發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)裝置的導(dǎo)磁鐵芯上的超導(dǎo)線制成，感應(yīng)線圈是繞制在適用發(fā)電機(jī)裝置的導(dǎo)磁鐵芯上的導(dǎo)線或超導(dǎo)線制成。
5.根據(jù)權(quán)力要求2所述的磁力接頭，它的磁鐵為永磁鐵。
全文摘要
一種抗磁超導(dǎo)耦合旋轉(zhuǎn)電機(jī)，具有用超導(dǎo)材料制成的屏蔽柵，使之在固定電磁鐵、固定感應(yīng)線圈兩者之間旋轉(zhuǎn)，通過它的完全抗磁性阻抗磁通變化而發(fā)電。同時(shí)利用屏蔽柵產(chǎn)生的超導(dǎo)電流，輸送給同軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁鐵，構(gòu)成發(fā)電機(jī)中因楞次效應(yīng)產(chǎn)生的電磁阻力與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力耦合后相互抵消，使耦合系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的能耗基本控制在摩擦阻力方面，因而能提高功率的發(fā)電機(jī)。
文檔編號(hào)H02K55/00GK1058120SQ9010346
公開日1992年1月22日 申請(qǐng)日期1990年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月12日
發(fā)明者李啟山, 趙俊杰, 李啟順 申請(qǐng)人:李啟山, 趙俊杰, 李啟順