超導(dǎo)電動機和發(fā)電機的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年9月26日提交的美國臨時申請No.61/882790的權(quán)益，該美國臨 時申請的內(nèi)容通過引用并入運里。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上設(shè)及可W適用于各種系統(tǒng)或設(shè)備的電動機和發(fā)電機。更具體地，本 發(fā)明設(shè)及通過使用超導(dǎo)體提供提高的效率的電動機和發(fā)電機。
【背景技術(shù)】
[0004] 19世紀(jì)開發(fā)的電動機構(gòu)造使用磁場的固定布置來產(chǎn)生電動勢化MF)。電流的增加 引起更大或更強的磁場，W越來越少的消耗率引起更大的電動勢。因此，被供應(yīng)有增加的電 流的電動機被反電動勢限制到特定的RPM峰值。
[0005] 高溫超導(dǎo)體由于它們的高電流密度和低DC損失而已經(jīng)用于設(shè)計電動機。運種電動 機需要低溫冷卻系統(tǒng)來阻止超導(dǎo)體的溫度升得太高。
[0006] 電動器失去的電磁能的大部分是由于磁滯和滿電流。磁滯損失指的是當(dāng)交替的磁 場的施加改變含鐵金屬的磁化時被含鐵金屬吸收的電磁能的量。滿電流是在導(dǎo)電電動機部 件中由電動機中的場非故意引起的電流。運些電流產(chǎn)生與操作電動機的那些磁場相反的磁 場，并且因此作為電動機上的磁阻力的形式。因此，需要一種電動機，該電動機減小由于運 些問題的能量損失并且提供增加的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明設(shè)及各種示例性實施例，該示例性實施例包括用于提供增加的效率的電動 機和發(fā)電機的系統(tǒng)和設(shè)備。本發(fā)明的運些和其它特征和優(yōu)點在下面參考附圖被描述。
【附圖說明】
[000引圖1是根據(jù)本發(fā)明的電動機或發(fā)電機的剖視圖或拓撲結(jié)構(gòu)。
[0009] 圖2是如圖1中示出的屏蔽套筒的剖視圖。
[0010] 圖3是如圖2中示出的屏蔽套筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0011] 圖4是如圖1中示出的屏蔽套筒的透視圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面的描述在性質(zhì)上僅僅是示例性的并且不意圖限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)當(dāng) 理解，貫穿該附圖，對應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相似或?qū)?yīng)的部分和特征。
[0013] 在更詳細地描述本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于描述的特別實施例，并且因 此當(dāng)然可W改變。也將理解，運里使用的術(shù)語僅為了描述特別實施例的目的，并且不意圖是 限制性的，運是由于本發(fā)明的范圍將僅由所附權(quán)利要求限制。
[0014] 許多材料被認為適合于本發(fā)明的各個方面。運些材料將被視作示例性的并且不意 圖限制權(quán)利要求的范圍。雖然類似或等同于運里描述的那些的任何方法和材料也可W用于 本發(fā)明的實踐或測試，但在運里描述有限數(shù)量的示例性方法和材料。
[0015] 必須注意，如在運里和在所附權(quán)利要求中使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"和"該"包 括復(fù)數(shù)指示對象，除非上下文另外清楚規(guī)定。
[0016] 運里描述的本發(fā)明的實施例通過增加超導(dǎo)電動機或發(fā)電機的空氣間隙磁通密度 并且減小由于磁滯和滿電流的損失而用于提高超導(dǎo)電動機或發(fā)電機的效率。此外，本發(fā)明 使用大量標(biāo)準(zhǔn)電動機部件，并且因此根據(jù)本發(fā)明的電動機或發(fā)電機可W通過微小的修改與 標(biāo)準(zhǔn)機械系統(tǒng)接口，并且可W使用標(biāo)準(zhǔn)且合算的過程被制造。將理解，如運里使用的，術(shù)語 "電動機"也可W指的是顛倒物"發(fā)電機"并且反之亦然。
[0017] 在旋轉(zhuǎn)力被施加到本發(fā)明的軸的情況下，它將充當(dāng)發(fā)電機，供應(yīng)功率到連接到終 端的任何載荷。將增加作為電動機的其效率的本發(fā)明的相同性質(zhì)也將增加作為發(fā)電機的其 效率。不管用作電動機還是發(fā)電機，與其主要應(yīng)用無關(guān)，本發(fā)明將導(dǎo)致增加的效率。機械能 到電能的反向轉(zhuǎn)換由發(fā)電機完成。電動機和發(fā)電機具有許多相似性，并且許多已有電動機 可W被驅(qū)動用來產(chǎn)生電。
[0018] 本發(fā)明的示例性實施例可W顯著增加車輛中的電池組的可用驅(qū)動范圍并且使得 非混合的電動車對于日常往返者可行。結(jié)果，它可能促進從汽油推進車輛到非混合電動車 的可行轉(zhuǎn)變。
[0019] 如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的電動機或發(fā)電機1包括旋轉(zhuǎn)電樞10、永久磁 體定子20和屏蔽套筒30。旋轉(zhuǎn)電樞10被示出在電動機1的中屯、并且與軸承和電刷組件(未示 出)關(guān)聯(lián)。
[0020] 屏蔽套筒30是配合在電樞10和定子20之間的空屯、圓柱體。屏蔽套筒30被構(gòu)造用來 將位于套筒30內(nèi)的多個高溫超導(dǎo)體40冷卻到超導(dǎo)體40的臨界溫度W下的溫度。具有大約 100K的臨界溫度的高溫超導(dǎo)體40可W通過相當(dāng)簡單的低溫冷卻器，或者替代地通過液氮 (LN2)被冷卻，該液氮具有77.4K的沸點。存在兩種主要的高溫超導(dǎo)材料：錠領(lǐng)銅氧化物 (YBa2化3〇7或YBC0)，和祕鎖巧銅氧化物(BSCC0)。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，電動機1 使用YBC0來引起抗磁斥力場。YBC0展示最高的電流密度。其臨界溫度是大約90K，允許其使 用在液氮溫度下。在77K，運種材料可W俘獲大約1.3特斯拉(T)的磁通量并且在50KW下超 過6T。
[0021] 參考圖2,套筒30的內(nèi)部忍由聚氨醋泡沫形成，諸如3化/ft3的聚氨醋泡沫的大約 Γ厚絕緣空屯、圓柱體100。該圓柱體100被包封在玻璃纖維殼中，該玻璃纖維殼由能夠耐受 極冷溫度的樹脂形成。玻璃纖維罩殼是纏繞到大約3/16"的厚度的屯、軸。類似成分的絕緣端 部蓋110被附接到中屯、圓柱體100的端部。運些端部蓋110具有大約護的內(nèi)直徑和大約10"的 外直徑。L化可W被引入在圓柱體100中W為超導(dǎo)體提供冷卻。運些端部蓋110的一個具有氮 引入端口，該氮引入端口被裝配用來接收龐大液氮箱的相分離器。另一端部蓋110具有氣體 端口，該氣體端口允許蒸發(fā)的氮從套筒30逃出。
[0022] 參考圖3和4,多個YBC0 123超導(dǎo)塊狀板40在端部蓋110之間安裝到空屯、圓柱體100 的外表面。超導(dǎo)塊狀板40各具有大約3"Xli/V'X 1/2"的尺寸。塊狀板40被布置成四組，該四 組的每一組具有大約3" X 6" X 1 /2"的總尺寸。塊狀板40的每一組覆蓋近似45°的弧。如圖4 中所示，所有四組塊狀板40繞圓柱體100均勻地分布使得在它們之間也存在大約45°的弧， 良P，該間隙也是大約45°。雖然運種布置提供最佳結(jié)果，但其它弧和間隙尺寸也在本發(fā)明的 范圍內(nèi)。另外的塊狀玻璃纖維(未示出）可W被插在每一個塊狀板40下面W便提供平的接觸 表面并且防止該塊狀板的破裂。塊狀板40由粘附到內(nèi)部圓柱體100的玻璃纖維罩殼120保持 在適當(dāng)位置，該玻璃纖維罩殼被穿孔W允許套筒30中的液氮和塊狀板40之間的更大熱接 觸。
[0023] 參考圖2和4,在套筒30的內(nèi)部圓柱體100周圍，存在由玻璃纖維制成的空屯、圓柱體 130。該圓柱體130具有大約10"的外直徑和大約3/16"的厚度。它滑過端部蓋110并且密封在 端部蓋上，形成套筒30的外壁140。空隙被包圍在內(nèi)部圓柱體100和外壁140之間，并且在端 部上由端部蓋110密封。運個空隙包含塊狀板40,并且也用作氮槽W將塊狀板40冷卻到它們 的臨界溫度。LN2可W被引入到運個空隙空間中W提供必要的冷卻。
[0024] 圖1中示出的永久磁體定子20被設(shè)計用來容納套筒30。在運個實施例中，它被設(shè)計 為由侶棒料制成的八邊形，該侶棒料具有大約5"X1/2"X 14"長的尺寸。定子外殼60的每一 個端部由1/2"厚八邊形侶端部板包圍。具有大約Γ X 3" X 6"的尺寸的稀±磁體50 W90°間 隔附接到外殼60。該磁體50被固定成向內(nèi)面向的交替的極，使得相似的極跨越電動機1的主 軸線面向彼此。根據(jù)本發(fā)明也可W使用其它類型的磁體(通常為稀±的、電磁的，甚至是超 導(dǎo)繞組）。所用的磁體的類型的變化將引起磁場的形狀和幾何結(jié)構(gòu)的變化。最佳屏蔽的弧將 隨著磁體類型、成分和幾何結(jié)構(gòu)而變化。
[0025] 定子外殼60可W被構(gòu)造成兩個半部，端部板附接到下半部。運允許接近套筒30。凸 緣被焊接到該半部，允許它們螺栓連接在一起。
[0026] 定子外殼6