一種超導直線感應電動機的製作方法

2023-05-22 22:07:26 2

專利名稱：一種超導直線感應電動機的製作方法
技術領域：
本發明屬於超導應用技術領域，特別涉及超導直線感應電動機。
背景技術：
到目前為止，還沒有在直線感應電機系統中次級使用超導帶材繞制線圈的報導。 超導材料的一個重要特徵是當它們在超導狀態時，電阻接近零。據報導，超導帶材的電流密度為銅線的140倍。因此在次級動子裡，由於超導線圈的低電阻率和高電流密度將產生大量的電流，用超導線圈代替銅線圈，從而能產生更大的推進力。設計一個最簡單的直線感應電動機包括用扁平的跑道型的銅線作為定子，一個導電板作為電機動子。由於交流電通過銅線(初級)能產生一個交變磁場，因此在導電板(次級)就能產生一個感應電流，這跟楞次定律的原理是一樣。感應電流(渦流電流)也將產生一個相關的磁場，它與初級定子形成的磁場相互作用，在初級定子產生的磁場移動方向上產生推進力。這樣，次級的動子只能沿著這個磁場移動的方向自由運動，作為發射飛彈的運載工具。將這個次級導電板用銅線繞成的線圈所代替，同樣可產生推進力。然而，這個線圈的初端和末端必須連結起來，這樣電流才能被感應出來。直線感應電動機(LIM)主要運用於要求具有很高加速度的系統，這種系統往往要在短時間內輸出很高的推進力。直線感應電動機已經用於發射飛機，現階段正在研究發射大型物體，比如將人造衛星、火箭和宇宙飛船發射到軌道上。與傳統的發射火箭燃料的系統相比，電磁發射系統更加環保，安全。 如果使用這種直線感應電機作為發射系統，據估計將火箭到發射軌道上的費用能從每千克 150000元減少到每千克15000元。當前的發明用超導材料做成的線圈安置在次級直線感應電機系統上，因此能開發具有高推進力密度的電磁發射系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種超導直線感應電動機，它能有效地產生比普通直線感應電動機更大的推進力。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的高溫超導線材的形狀，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，寬度範圍可從4. 2mm到12mm，長度能達到1千米長。線材的c軸能夠直接與它的厚度平行，就可以將它們繞製成線圈。本發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端子在線圈內部連接，另外兩個端子由雙餅外部引出， 將兩個外部兩端子連接形成短路的雙餅線圈；將兩個或兩個以上的雙餅線圈置於低溫容器中，低溫容器安裝在車輛平臺的下方，並相對於固定在地面上的傳統初級繞組設置，徑向滑動軸承通過導向軸上的滑套導向，導向軸由支架固定。上單餅線圈或下單餅線圈由扁平狀的超導線材繞制。扁平狀的超導線材由YBCO，BSSCO, MgB2, NbTi,Nb3Sn或者其他超導材料製成。直線感應電機系統的形狀是雙邊型或者T字型的。採用超導線圈以單個跑道型雙餅線圈串聯起來，作為次級扁平的單邊直線感應電動機。
在磁場中磁通量的改變能產生感應電壓。由於磁通量在某些區域的增加，跑道型的線圈將更容易產生感應電流。跑道型僅僅是一個圓形被分成兩半，然後擴大切口的兩邊長度，這當然也要把中間矩形區域考慮進去。X軸上的力(推進力)是y方向上的電流和Z 軸上磁場的的矢量乘積結果。用跑道型線圈的話，y軸上的長度將變得更長，因此能產生更大的推進力。跑道型線圈的繞制先從線圈的內部開始，然後慢慢的沿著線圈的出口一圈圈的繞。當要求的匝數達到後，在線圈內部的結點將和線圈外部的結點連結起來，但這在幾何學是達不到的。由於這個原因，跑道型雙餅線圈將代替跑道型單餅線圈。雙餅的線圈中，在單餅線圈內部的結點會重新開始另外一個單餅，但這個要比原先的單餅位置要高一點。用這種方法，雙餅線圈的兩個結點都將位於線圈的外部，更加容易通過超導關節焊接在一起。所以，整個超導線圈的接觸電阻就會很低，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線圈，從而使用多個線圈能產生更大的推進力。由於線圈使用超導材料超導線材由YBCO，BSSCO, MgB2, NbTi, Nb3Sn或者其他超導材料製成，因此工作溫度必須低於臨界溫度，這樣線圈電阻才能接近於零並且承載很高的電流密度。所以，單個線圈或者多個超導線圈要固定在接近於低溫容器底部的位置。將放置有超導線圈的低溫容器置於傳統的定子繞組上面，利用一對直線軸承使得的超導線圈的運動方向沿著行波磁場的行進方向。以上在低溫容器中使用超導線圈和初級定子相結合的結構組成了該超導直線感應電動機發明。本發明與現有技術相比的優點與效果在於超導帶材的電流密度為銅線的140 倍。由於超導線圈的低電阻率和高電流密度將產生大量的電流，因此在次級動子裡，用超導線圈代替銅線圈，從而能產生更大的推進力。


圖1為本發明的跑道型雙餅線圈三維圖。圖2為本發明的兩個外部兩端子連接形成短路的雙餅線圈三維圖。圖3為本發明的超導直線感應電動機縱向截面視圖。圖4為本發明的超導直線感應電動機俯視圖。圖5為本發明的超導直線感應電動機左視圖。
具體實施例方式一種超導直線感應電動機，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的內端子在線圈內部3連接，另外兩個端子由雙餅外部引出，將兩個外部兩端子連接形成短路的雙餅線圈4;將兩個或兩個以上的雙餅線圈4置於低溫容器5 底部並固定，低溫容器5安裝在車輛平臺7的下方，並相對於固定在地面上的傳統初級繞組 6設置，徑向滑動軸承8通過導向軸19上的滑套9導向，導向軸10由支架11固定。單餅線圈1或單餅線圈2由扁平狀的超導線材繞制。扁平狀的超導線材由YBCO，BSSCO, MgB2， NbTi, Nb3Sn或者其他超導材料製成。直線感應電機系統的形狀是雙邊型或者T字型的。直線感應電動機由單個跑道型雙餅線圈4串聯成為次級扁平的單邊超導線圈。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部開始，然後慢慢的沿著線圈的出口一圈圈的繞。當要求的匝數達到後，在線圈內部的結點將和線圈外部的結點連結起來， 但這在幾何學是達不到的。由於這個原因，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內部的結點會重新開始另外一個單餅，但這個要比原先的單餅位置要高一點。
權利要求
1.一種超導直線感應電動機，包括線圈和低溫容器(5)，其特徵在於跑道型雙餅線圈 (4)的上層單餅線圈(1)和下層單餅線圈(2)的內端子在線圈內部連接(3)，另外兩個端子由雙餅外部引出，將兩個外部兩端子連接形成短路的雙餅線圈(4)；將兩個或兩個以上的雙餅線圈(4)置於低溫容器(5)底部並固定，低溫容器(5)安裝在車輛平臺(7)的下方，並相對於固定在地面上的傳統初級繞組(6)設置，徑向滑動軸承(8)通過導向軸(10)上的滑套(9)導向，導向軸(10)由支架(11)固定。
2.根據權利要求1所述的一種超導直線感應電動機，其特徵在於單餅線圈(1)或單餅線圈O)由扁平狀的超導線材繞制。
3.根據權利要求1所述的一種超導直線感應電動機，其特徵在於扁平狀的超導線材由 YBCO, BSSCO, MgB2, NbTi，Nb3Sn或者其他超導材料製成。
4.根據權利要求1所述的一種超導直線感應電動機，其特徵在於直線感應電機系統的形狀是雙邊型或者T字型。
5.根據權利要求1所述的一種超導直線感應電動機，其特徵在於由單個跑道型雙餅線圈串聯成為次級扁平的單邊超導線圈。
全文摘要
本發明公布了一種超導直線感應電動機，屬於超導應用技術領域。該發明適用於電磁發射系統中次級使用超導單元的直線感應電機。次級動子由一個短路的超導線圈組成，當初級定子產生一個交變磁場時，它能夠在超導線圈中產生感應電流。由於超導線圈的低電阻和高電流密度，很小的電場可產生很高感應電流能。在感應電流與定子磁場的相互作用下，初級和次級能夠產生很大的推進力。主要用於需要直線推進的場合。
文檔編號H02K55/00GK102290967SQ20111019542
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月13日 優先權日2011年7月13日
發明者晏飛翔, 李婧, 林群煦, 王家素, 王素玉, 鄭珺, 鄭石均, 陳鑫, 馬光同 申請人:西南交通大學