[发明专利]超导非周期性同极机电能量转换器

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2005年6月8日提交的美国临时专利申请60/688,890的优先权。

技术领域

本发明一般涉及机电动力转换器，尤其涉及对非周期性同极机电动力转换器(acyclic homopolar electromechanical power converter)的改进。

背景技术

为了全面理解本发明，下面介绍机电动力转换器、非周期性电机的简要背景，以及电磁电机历史上的观点。

在由导体组件中的电流流动而存在的磁场中，导体组件中的磁动势(MMF)的产生使得导体组件关于磁场发生位移。利用电流流动而用于产生原动力的设备通常被称为为电动机。

通过磁场中的导体组件的位移产生电动势通常称为由原动力产生电。通过磁场中的导体组件的位移而用于发电的设备通常被称为为发电机。

利用电动力的相互作用的方法，在磁动势的情况下体现为电动机，或者在电动势的情况下体现为发电机，并且根据所利用的特殊的电动力相互作用的当前特性，可以将它们产生的设备实施例分为两类。

目前的电磁电机的优势所基于的电动力相互作用的第一类，可以称之为周期性(cyclic)。该术语涉及所应用的电动力相互作用的时间变化(周期性的)特性(在宏观水平)。即，周期性的电动力相互作用影响设备(电机)中的磁动势或者电动势的产生。另外，由于所有的周期性电机都固有地依赖于时间变化的电动力相互作用，并且同样地，所有的周期性电机都基于交流或者随时间变化的电流形式，所以周期性设备是否利用或者产生直流或交流一点也不相关。为了作为直流设备呈现给外部世界，今天的直流电机简单地依靠换向/转换装置。换向或者转换可以机械或电气地执行。现代直流电机的相互作用只是在导体元件通过在这种电机的凸极下呈现的大部分均匀的磁场而移位(掠过)的时间期间内具有准定常性(quasitime-invariant)。

电动力相互作用的第二类是可以称为非周期性(acyclic)的那些。该术语涉及所应用的电动力相互作用的不随时间变化(非周期性的)特性(在宏观水平)。即，非周期性的(或者连续的)电动力相互作用影响设备(电机)中的磁动势或者电动势的产生。固有地，在所有的非周期性拓扑(topologies)中，认为所有的宏观电动力相互作用都是不随时间变化的，即，它们的极性和它们的强度都不随时间而改变。

常常把非周期性电机叫做同极电机，涉及具有在同一中心上的磁极，或者有时称之为法拉第电机，并且还错误地叫做单极性的电机(具有一个磁极，这是不正确的，因为所有的电磁设备都需要并且确实具有至少两个相对的磁极)。

非周期性电机是现有的直流设备的唯一理想的类型。非周期性电机没有周期性交流电机的许多无效率性，并且进一步消除了对目前“直流”电机中使用的昂贵的、笨重的并且需要常维护的换向和转换的装置的需要。

本发明涉及无需电流的换向或者转换而运行的非周期性电磁电动机和发电机领域，并且涉及具有可配置的工作转子阻抗以影响产生电流的磁动势的串联电流总和或者在受到磁场中的不随时间改变的电动力相互作用的导体组件中产生的电动势的串联总和的单极电磁的电动机和发电机。

由于总体上涉及电磁电机，并且尤其涉及非周期性电机，随着为了有利于更复杂的周期性电机而讨论如何基本上忽视非周期性电机，电动力学发展的简要回顾对理解和描述本发明是必要且是相关的背景。

1821年，法拉第确定携带直流电的导体在均匀的、同源的且径向对称的磁场中旋转运动。他发现用同极且非周期性拓扑的设备，磁动势产生持续的旋转电动力。法拉第随后将该“电磁转动体”提供给其他科学家以便使他们重现他的实验结果。1821年，法拉第继续使磁体绕携带电流的导体的轴旋转。这些无疑是世界上最初的电动机，是用于从电的流动产生机械功的机电转换器。

主要是由于其非常低的阻抗，所以为了操作，它需要大量的DC电流，因此法拉第最初的同极/非周期性“电磁转动体”的结果没有被作为潜在的电机来研究或者追踪。尽管事实是法拉第电磁转动体不需要复杂的转换机构，例如在当时的往复式“电机”中使用的螺线管，但是这种不感兴趣持续着。类似的复杂转换机构仍然存在于今天的许多直流电机中。