一種超導磁阻式磁力機的製作方法
2023-06-23 12:17:06
專利名稱：一種超導磁阻式磁力機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自由能源動力機械，特別是一種超導磁阻式磁力機。
背景技術：
超導體是一種具有完全抗磁性和零電阻特性的材料，眾多自由能源研究者試圖利用超導體的完全抗磁特性製造磁能動力機，但都不成功。本人申請號為「201110303635. 5」的超導磁阻式磁力機，轉子為一對極或一對極以上的轉子，轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極設有極靴；轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極的1/3至2/3部份和/或相鄰的兩個轉子磁鐵之間用高溫超導屏蔽體屏蔽磁感線，極靴將高溫超導屏蔽體與被其磁屏蔽的磁極隔開；定子導磁體、極靴、鐵芯和鐵磁性支承構件用鐵磁性材料製成。在低溫條件下，鐵磁性材料容易發生脆裂，因此存在不足之處。本發明針對原有技術的不足之處，用軟磁氟樹脂材料替代鐵磁性材料，永磁體採用氟樹脂磁鐵，有效避免了材料在低溫條件下容易脆裂的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種在低溫條件下部件不易發生脆裂的超導磁阻式磁力機。本發明是這樣實現的一種超導磁阻式磁力機，主要包括定子導磁體、高溫超導屏蔽體(2)、支承構件、轉子磁鐵、極靴(5)、隔熱層(6)、力矩管(7)和轉軸(13)，其特徵是轉子為一對極或一對極以上的轉子，轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極設有極靴，極靴用軟磁氟樹脂製成；轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極的1/3至2/3部份和/或相鄰的兩個轉子磁鐵之間用高溫超導屏蔽體屏蔽磁感線，極靴將高溫超導屏蔽體與被其磁屏蔽的磁極隔開；轉子磁鐵為氟樹脂磁鐵(4)和/或高溫超導電磁鐵(15);轉子磁鐵的支承構件為軟磁氟樹脂支承構件(3)或非鐵磁性支承構件(16)，或者是以上兩類材料結合的支承構件；定子導磁體為圓環型導磁體(I)或盤型導磁體(17)或圓柱型導磁體，定子導磁體用軟磁材料或軟磁氟樹脂製成。所述磁力機為內轉子磁力機或外轉子磁力機或盤式磁力機。內轉子磁力機的轉子在內，定子在外，轉子磁鐵的磁極方向為徑向，定子導磁體為圓環型導磁體，轉子磁鐵的外磁極設有極靴；外轉子磁力機的轉子在外，定子在內，轉子磁鐵的磁極方向為徑向，定子導磁體為圓柱型導磁體，轉子磁鐵的內磁極設有極靴；盤式磁力機的定子和轉子軸向設置，轉子磁鐵的磁極方向為軸向，轉子設在中間，兩個定子盤型導磁體設在兩側，轉子磁鐵的兩極都設有極靴。所述力矩管由內環、外環及連接內環和外環的支撐件組成，力矩管用隔熱材料和/或金屬材料製成。力矩管的作用有兩方面，一是向轉子輸送冷媒，二是隔熱。力矩管所採用的隔熱材料為硬度高、韌性好、導熱係數低的玻璃纖維玻璃鋼或碳纖維玻璃鋼或硬質樹脂或合成纖維。力矩管還可以用隔熱材料與金屬材料相結合的方式製造。所述氟樹脂磁鐵由磁粉與氟樹脂混合而成，用注塑成型或擠壓成型或熱壓成型或冷壓與燒結相結合的方法製成所需的形狀，或者，用注塑壓縮成型機成型，以使材料中的磁粉按一定的方向取向。所述磁粉為釹鐵硼磁粉或鐠鐵硼磁粉或衫鈷磁粉或鐵氧體磁粉或招鎳鈷磁粉。所述高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組與非鐵磁性支承構件組成，或者，高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組與軟磁氟樹脂支承構件組成，或者，高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組、非鐵磁性支承構件和軟磁氟樹脂鐵芯組成。非鐵磁性支承構件用耐低溫的非鐵磁性材料製成，如不鏽鋼。高溫超導繞組由高溫超導線材或帶材繞制而成。若在支承構件內加入鐵芯，可減少高溫超導材料的用量，可以降低材料成本，但會增加製冷成本，然而兩者相較，在支承構件中加入鐵芯，仍有其可取之處。鐵芯與極靴做成一個整體，或兩者分別設置。所述軟磁氟樹脂由軟磁材料粉末與氟樹脂混合而成，用注塑成型或擠壓成型或熱壓成型或冷壓與燒結相結合的方法製成所需的形狀，或者，用注塑壓縮成型機成型，以使材料中的軟磁材料粉末按一定的方向取向。在軟磁材料與氟樹脂的混合配比中，軟磁材料粉末一般佔25%至65%，其餘為氟樹脂。所述氟樹脂為聚四氟乙烯(PTFE)或聚三氟氯乙烯(PCTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)或乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)或乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)或聚氟乙烯(PVF)或新華爾氟龍或四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物或氟塑料46或偏氟乙烯-六氟異丁烯共聚物或四氟乙烯-全氟(乙烯基多烷氧基磺酸基)醚共聚物等等，屬熱塑性樹月旨。其中聚四氟乙烯能耐受零下250度的低溫，在高溫下也不與強酸/強鹼和強氧化劑超作用，自潤滑性好，被譽為「樹脂王」。聚四氟乙烯的主要缺點是有冷流性，在負荷和高速條件下尺寸不穩定，耐輻照性和加工性不好，剛性/耐磨和壓縮性較差，需添加硫化鑰/青銅粉等填料改性。可熔性聚四氟乙烯不僅具有聚四氟乙烯的原有特性，而且高溫機械性能和加工性能在為改善。氟樹脂多數可用一般熱塑性樹脂的成型方法加工成各種製件。唯聚四氟乙烯因熔融粘度高達10 IOPa s不能流動，難用一般方法加工，需用類似於"粉末冶金法"冷壓與燒結相結合 的方法加工，即先在模具內以20 30MPa壓力冷壓成型後，於370 380°C燒結。所述軟磁材料為純鐵或低碳鋼或鐵招系合金或鐵娃招系合金或鐵鈷系合金或超微晶軟磁合金或軟磁鐵氧體或矽鋼或坡莫合金或非晶合金或波明德合金。所述軟磁材料粉末為純鐵粉或低碳鋼粉或鐵招系合金粉或鐵娃招系合金粉或鐵鈷系合金粉或超微晶軟磁合金粉或軟磁鐵氧體粉或矽鋼粉或坡莫合金粉或非晶合金粉或波明德合金粉，或者是上述兩種以上的軟磁材料粉的混合粉。所述隔熱層用真空隔熱材料製成。真空隔熱材料主要包括纖維芯材和外覆層。纖維芯材為玻璃纖維或陶瓷纖維或紙纖維或多種纖維的集合體。外覆層的材料的一個面上，在最外層優選設置聚醯胺或聚四氟乙烯層，作為表面保護層，其內層材料優選為聚對笨二甲酸乙二脂層，中間層為鋁箔。根據需要真空隔熱材料中可包含有吸著劑。隔熱層設在磁力機的外部，定子與轉子之間沒有隔熱層，或者，定子與轉子之間及磁力機的外部都設有隔熱層，其中，定子與轉子之間的隔熱層採用厚度小於IOmm的隔熱材料製成，或者，隔熱層設在定子與轉子之間，磁力機的外部沒有隔熱層。所述高溫超導屏蔽體是由高溫超導片材或膜材與基材複合而成的雙層複合體或三層複合體。由於高溫超導體成本較高，為了使超導磁屏蔽體既有足夠的硬度，又能降低製造成本，於是採用高溫超導材料與基材複合的辦法製造。三層超導磁屏蔽複合體中，高溫超導片材或膜材設為中間夾層、基材設為表層，或者，高溫超導片材或膜材設為表層、基材設為中間夾層。基材的選擇上要求成本低，有足夠的強度和良好的導熱性，在低溫條件下不易脆裂，非鐵磁性材料和鐵磁性材料均可採用。所述高溫超導片材或膜材、高溫超導線材或帶材(HTS)由MgB2或鑭鋇銅氧體或釔鋇鈣銅氧體或鉍鍶鈣銅氧體或釔鋇銅氧體或鉈鋇鈣銅氧體或鉛鍶釔銅氧體或鋇鉀鉍氧體或釹鈰銅氧體或鐵基超導體或Bi2212或Bi2223或ReOTPn體等高溫超導材料製成。MgB2由鎂和硼組成，是一種成本較低的高溫超導體。所述鐵基超導體為鐵硒(FeSe) ,LaFeAsOl-xFx或鑭鐵砷氧(LaOFeAs)或鋇鐵砷或氟摻雜的釤氧鐵砷化合物等。Bi2223是鉍系超導材料BiB2BSrB2BCAB2BCuB3B0BxB, Bi2212 是鉍系超導材料 YBaB2BCuB3B0BxB。ReOTPn 體系由稀土元素、過渡金屬Fe和N1、V族元素As和P等合成。高溫超導屏蔽體的表面用隔熱材料或非隔熱材料包裹，通入冷媒直接冷卻高溫超導屏蔽體，或者，高溫超導屏蔽體的表面沒有包裹材料，通過支承構件和極靴冷卻高溫超導屏蔽體。高溫超導繞組表面用隔熱材料或非隔熱材料包裹，通入冷媒直接冷卻高溫超導繞組，或者，高溫超導繞組的表面沒有包裹材料，通過支承構件冷卻高溫超導繞組。製冷所採用的冷媒為氮或氦或氖或氫。高溫超導屏蔽體屏蔽轉子磁鐵兩極或其中一個磁極的1/3至2/3的面積，一般屏蔽磁極的1/2面積比較適宜，使磁感線集中於未屏蔽的位置。根據磁感線總是沿最小磁阻路線閉合的原理，在定子導磁體的吸引下，磁鐵會朝未屏蔽的方向運動，於是產生了一個旋轉的扭矩。磁鐵作用於超導體的力與超導體作用於磁鐵的力是相互抵消的，而定子導磁體作用於磁鐵的力全部轉換成了使轉子旋轉的扭力。高溫超導屏蔽體與轉子磁鐵的磁極之間用極靴隔開，使被屏蔽的磁感線可以沿著極靴改道。高溫超導屏蔽體不可以直接覆蓋在轉子磁鐵的磁極表面，但可以覆蓋在轉子磁鐵的側面。高溫超導屏蔽體與轉子磁鐵的磁極之間的極靴的厚度要能讓磁感線順利通過，即磁感線密度要在極靴的飽和點以下，因此極靴適宜採用導磁率較高的軟磁氟樹脂材料製造，以降低厚度。為防止外界熱空氣從軸進入機殼內，磁力機的軸密封採用機械密封或磁流體密封或磁流體密封與機械密封相結合的方式密封。高溫超導電磁鐵的勵磁電源由同軸勵磁機提供，或者，高溫超導電磁鐵的勵磁電源為外部直流電源，通過電刷裝置導入。
圖1、圖2、圖3為本發明第一實施例結構示意圖。圖4、圖5為本發明第二實施例結構示意圖。圖6、圖7、圖8為本發明第三實施例結構示意圖。圖9為本發明第四實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。第一實施例
參見圖1截面示意圖，圖2整體結構示意圖，圖3磁感線分布圖，一種超導磁阻式磁力機，主要包括定子圓環型導磁體(I)、高溫超導屏蔽體(2)、軟磁氟樹脂支承構件(3)、轉子氟樹脂磁鐵(4)、極靴(5)、隔熱層￠)、力矩管(7)、間格支承構件(8)、冷媒(9)、端蓋
(10)、軸承(11)、軸密封(12)、轉軸(13)和製冷器(14)。轉子在內層，定子在外層，是內轉子磁力機；轉子上設有6個氟樹脂磁鐵，是3對極轉子，轉子磁鐵的外磁極表面設有極靴；轉子磁鐵的外磁極表面的1/2面積以及相鄰的兩個轉子磁鐵之間用高溫超導屏蔽體做磁屏蔽，極靴將高溫超導屏蔽體與被其磁屏蔽的磁極隔開；高溫超導屏蔽體覆在極靴的部份表面及間格支承構件的表面；高溫超導屏蔽體的表面沒有隔熱材料包裹，通過間格支承構件和極靴冷卻高溫超導磁屏蔽體；隔熱層設在磁力機的外部；轉子氟樹脂磁鐵的軟磁氟樹脂支承構件(即磁軛)用軟磁氟樹脂材料製成；製冷器使用的冷媒為液氮；軸密封採用磁流體密封；冷媒從一條力矩管進入轉子，從另一條力矩管流回隔熱層及製冷器；極靴、定子圓環形導磁體用軟磁氟樹脂材料製成；高溫超導屏蔽體是由基材和高溫超導材料製成的三層屏蔽體，其中高溫超導材料為MgB2片材，基材為不鏽鋼，MgB2片材設在中間夾層，不鏽鋼設在表層；氟樹脂磁鐵為氟樹脂釹鐵硼磁鐵；轉子磁鐵之間的間格支承構件用不鏽鋼製成；力矩管用玻璃纖維玻璃鋼製成；隔熱層用真空隔熱板製成；轉子磁鐵的磁極方向為徑向，磁通經過定子導磁體的路徑方向為切向。從磁感線分布圖可知轉子磁鐵的外磁極被屏蔽部份的磁感線沿著極靴「流」向磁極未被屏蔽的一側，磁感線通過定子圓環型導磁體「流」向相鄰的磁鐵，磁感線被拉長、扭曲，根據磁感線總是沿著最小磁阻路線閉合的原理，轉子磁鐵朝未被屏蔽的一側移動，使轉子產生旋轉扭力矩，實現自發性旋轉。第二實施例參見圖4截面示意 圖，圖5整體結構示意圖,一種超導磁阻式磁力機,主要包括定子圓環型導磁體(I)、高溫超導屏蔽體(2)、軟磁氟樹脂支承構件(3)、轉子氟脂磁鐵(4)、極靴(5)、隔熱層(6)、力矩管(7)、間格支承構件(8)、冷媒(9)、端蓋(10)、軸承(11)、軸密封
(12)、轉軸(13)和製冷器(14)。轉子氟樹脂磁鐵的外磁極表面用極靴覆蓋；高溫超導屏蔽體覆蓋極靴的一半及一個側面；隔熱層設在轉子表面。其餘未述部份同第一實施例，不再重複。第三實施例參見圖6截面示意圖，圖7、圖8超導繞組支承構件及極靴圖，一種超導磁阻式磁力機，主要包括定子圓環型導磁體(I)、高溫超導屏蔽體(2)、非鐵磁性支承構件(16)、轉子高溫超導電磁鐵(15)、極靴(5)、隔熱層(6)、力矩管(7)、間格支承構件⑶、冷媒、端蓋、軸承、軸密封、轉軸和製冷器。高溫超導電磁鐵的繞組由Bi2223線材繞制而成；高溫超導繞組的表層用隔熱材料包裹，直接通入冷媒冷卻高溫超導繞組；高溫超導電磁鐵的勵磁電源由同軸勵磁機提供；非鐵磁性支承構件用不鏽鋼製成；非鐵磁性支承構件有兩種一種非鐵磁性支承構件的齒中間有一個凹槽(如圖7)，用於放置鐵芯，另一種非鐵磁性支承構件的齒沒有凹槽(如圖8);鐵芯與極靴的材料相同，兩者做成一個整體；隔熱層設在轉子表面。其餘未述部份同第一實施例，不再重複。第四實施例參見圖9，一種盤型超導磁阻式磁力機，主要包括定子盤型導磁體(17)、高溫超導屏蔽體(2)、軟磁氟樹脂支承構件(3)、轉子氟樹脂磁鐵(4)、極靴(5)、隔熱層(6)、力矩管(7)、冷媒(9)、盤殼(18)、軸承(11)、軸密封件(12)、轉軸(13)和製冷器(14)。定子與轉子軸向設置，轉子設在中間，兩個定子盤型導磁體設在兩側，兩個定子盤型導磁體用一個盤殼固定連接；轉子氟樹脂磁鐵和極靴設在軟磁氟樹脂支承構件的槽孔中，高溫超導屏蔽體貼在極靴和軟磁氟樹脂、支承構件的表面，高溫超導屏蔽體的徑向尺寸比極靴的徑向尺寸大；轉子磁鐵的磁通方向為軸向，磁通在定子盤型導磁體的磁路徑方向為切向。其餘未述部份同第一實施例，不再重複。
權利要求
1.一種超導磁阻式磁力機，主要包括定子導磁體、高溫超導屏蔽體(2)、支承構件、轉子磁鐵、極靴(5)、隔熱層￠)、力矩管(7)和轉軸(13)，其特徵是轉子為一對極或一對極以上的轉子，轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極設有極靴，極靴用軟磁氟樹脂製成；轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極的1/3至2/3部份和/或相鄰的兩個轉子磁鐵之間用高溫超導屏蔽體屏蔽磁感線，極靴將高溫超導屏蔽體與被其磁屏蔽的磁極隔開；轉子磁鐵為氟樹脂磁鐵(4)和/或高溫超導電磁鐵(15);轉子磁鐵的支承構件為軟磁氟樹脂支承構件(3)或非鐵磁性支承構件(16)，或者是以上兩類材料結合的支承構件；定子導磁體為圓環型導磁體(I)或盤型導磁體(17)或圓柱型導磁體，定子導磁體用軟磁材料或軟磁氟樹脂製成。
2.根據權利要求1所述一種超導磁阻式磁力機，所述磁力機為內轉子磁力機或外轉子磁力機或盤式磁力機；內轉子磁力機的轉子在內，定子在外，轉子磁鐵的磁極方向為徑向，定子導磁體為圓環型導磁體，轉子磁鐵的外磁極設有極靴；外轉子磁力機的轉子在外，定子在內，轉子磁鐵的磁極方向為徑向，定子導磁體為圓柱型導磁體，轉子磁鐵的內磁極設有極靴；盤式磁力機的定子和轉子軸向設置，轉子磁鐵的磁極方向為軸向，轉子設在中間，兩個定子盤型導磁體設在兩側，轉子磁鐵的兩極都設有極靴。
3.根據權利要求1所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述氟樹脂磁鐵由磁粉與氟樹脂混合而成，用注塑成型或擠壓成型或熱壓成型或冷壓與燒結相結合的方法製成所需的形狀，或者，用注塑壓縮成型機成型，以使材料中的磁粉按一定的方向取向。
4.根據權利要求1所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組與非鐵磁性支承構件組成，或者，高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組與軟磁氟樹脂支承構件組成，或者，高溫超導電磁鐵由高溫超導繞組、非鐵磁性支承構件和軟磁氟樹脂鐵芯組成；高溫超導繞組由高溫超導線材或帶材繞制而成。
5.根據權利要求1或4所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述軟磁氟樹脂由軟磁材料粉末與氟樹脂混合而成，用注塑成型或擠壓成型或熱壓成型或冷壓與燒結相結合的方法製成所需的形狀，或者，用注塑壓縮成型機成型，以使材料中的軟磁材料粉末按一定的方向取向。
6.根據權利要求1所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述隔熱層用真空隔熱材料製成；隔熱層設在磁力機的外部，定子與轉子之間沒有隔熱層，或者，定子與轉子之間及磁力機的外部都設有隔熱層，其中，定子與轉子之間的隔熱層採用厚度小於10_的隔熱材料製成，或者，隔熱層設在定子與轉子之間，磁力機的外部沒有隔熱層。
7.根據權利要求1所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述高溫超導屏蔽體是由高溫超導片材或膜材與基材複合而成的雙層複合體或三層複合體。
8.根據權利要求1或4或7所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是所述高溫超導片材或膜材、高溫超導線材或帶材由MgB2或鑭鋇銅氧體或釔鋇鈣銅氧體或鉍鍶鈣銅氧體或釔鋇銅氧體或鉈鋇鈣銅氧體或鉛鍶釔銅氧體或鋇鉀鉍氧體或釹鈰銅氧體或鐵基超導體或B12212 或 Bi2223 或 ReOTPn 體製成。
9.根據權利要求1或4或7所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是高溫超導屏蔽體的表面用隔熱材料或非隔熱材料包裹，通入冷媒直接冷卻高溫超導屏蔽體，或者，高溫超導屏蔽體的表面沒有包裹材料，通過支承構件和極靴冷卻高溫超導屏蔽體；高溫超導繞組表面用隔熱材料或非隔熱材料包裹，通入冷媒直接冷卻高溫超導繞組，或者，高溫超導繞組的表面沒有包裹材料，通過支承構件冷卻高溫超導繞組。
10.根據權利要求1或2所述一種超導磁阻式磁力機，其特徵是磁力機的軸密封採用機械密封或磁流體密封或磁流體密封與機械密封相結合的方式密封。
全文摘要
本發明涉及一種超導磁阻式磁力機，主要包括定子導磁體、高溫超導屏蔽體(2)、支承構件、轉子磁鐵、極靴(5)、隔熱層(6)、力矩管(7)、轉軸(13)和製冷器(14)。轉子為一對極或一對極以上的轉子；轉子磁鐵為氟樹脂磁鐵(4)和/或高溫超導電磁鐵(15)，磁極設有極靴，極靴用軟磁氟樹脂製成；轉子磁鐵的兩極或其中一個磁極的1/3至2/3部份和/或相鄰的兩個轉子磁鐵之間用高溫超導屏蔽體屏蔽磁感線，極靴將高溫超導屏蔽體與被其磁屏蔽的磁極隔開。根據磁感線總是沿著最小磁阻路線閉合的原理，利用超導體將磁感線的閉合曲線拉長、扭曲，在磁感線「試圖」沿著最小磁阻路線閉合的過程中獲得轉矩。
文檔編號H01F6/00GK103066799SQ201110340080
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月22日 優先權日2011年10月22日
發明者李貴祥 申請人:李貴祥