[发明专利]一种超导直线感应电动机

说明书

技术领域

本发明属于超导应用技术领域，特别涉及超导直线感应电动机。

背景技术

到目前为止，还没有在直线感应电机系统中次级使用超导带材绕制线圈的报道。超导材料的一个重要特征是当它们在超导状态时，电阻接近零。据报道，超导带材的电流密度为铜线的140倍。因此在次级动子里，由于超导线圈的低电阻率和高电流密度将产生大量的电流，用超导线圈代替铜线圈，从而能产生更大的推进力。

设计一个最简单的直线感应电动机包括用扁平的跑道型的铜线作为定子，一个导电板作为电机动子。由于交流电通过铜线(初级)能产生一个交变磁场，因此在导电板(次级)就能产生一个感应电流，这跟楞次定律的原理是一样。感应电流(涡流电流)也将产生一个相关的磁场，它与初级定子形成的磁场相互作用，在初级定子产生的磁场移动方向上产生推进力。这样，次级的动子只能沿着这个磁场移动的方向自由运动，作为发射导弹的运载工具。将这个次级导电板用铜线绕成的线圈所代替，同样可产生推进力。然而，这个线圈的初端和末端必须连结起来，这样电流才能被感应出来。直线感应电动机(LIM)主要运用于要求具有很高加速度的系统，这种系统往往要在短时间内输出很高的推进力。直线感应电动机已经用于发射飞机，现阶段正在研究发射大型物体，比如将人造卫星、火箭和宇宙飞船发射到轨道上。与传统的发射火箭燃料的系统相比，电磁发射系统更加环保，安全。如果使用这种直线感应电机作为发射系统，据估计将火箭到发射轨道上的费用能从每千克150000元减少到每千克15000元。当前的发明用超导材料做成的线圈安置在次级直线感应电机系统上，因此能开发具有高推进力密度的电磁发射系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导直线感应电动机，它能有效地产生比普通直线感应电动机更大的推进力。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：高温超导线材的形状，不论是一代还是二代，其形状均为扁平型，像带子的形状一样。它们的典型尺寸是厚度在0.09mm到0.15之间，宽度范围可从4.2mm到12mm，长度能达到1千米长。线材的c轴能够直接与它的厚度平行，就可以将它们绕制成线圈。本发明包括线圈和低温容器，跑道型双饼线圈的上层单饼线圈和下层单饼线圈的内端子在线圈内部连接，另外两个端子由双饼外部引出，将两个外部两端子连接形成短路的双饼线圈；将两个或两个以上的双饼线圈置于低温容器中，低温容器安装在车辆平台的下方，并相对于固定在地面上的传统初级绕组设置，径向滑动轴承通过导向轴上的滑套导向，导向轴由支架固定。上单饼线圈或下单饼线圈由扁平状的超导线材绕制。扁平状的超导线材由YBCO，BSSCO，MgB2，NbTi，Nb3Sn或者其他超导材料制成。直线感应电机系统的形状是双边型或者T字型的。采用超导线圈以单个跑道型双饼线圈串联起来，作为次级扁平的单边直线感应电动机。

在磁场中磁通量的改变能产生感应电压。由于磁通量在某些区域的增加，跑道型的线圈将更容易产生感应电流。跑道型仅仅是一个圆形被分成两半，然后扩大切口的两边长度，这当然也要把中间矩形区域考虑进去。x轴上的力(推进力)是y方向上的电流和z轴上磁场的的矢量乘积结果。用跑道型线圈的话，y轴上的长度将变得更长，因此能产生更大的推进力。

跑道型线圈的绕制先从线圈的内部开始，然后慢慢的沿着线圈的出口一圈圈的绕。当要求的匝数达到后，在线圈内部的结点将和线圈外部的结点连结起来，但这在几何学是达不到的。由于这个原因，跑道型双饼线圈将代替跑道型单饼线圈。双饼的线圈中，在单饼线圈内部的结点会重新开始另外一个单饼，但这个要比原先的单饼位置要高一点。用这种方法，双饼线圈的两个结点都将位于线圈的外部，更加容易通过超导关节焊接在一起。所以，整个超导线圈的接触电阻就会很低，这样就能更容易形成很高的电流了。在初始线圈旁边沿着x方向一段小距离可加入多个线圈，从而使用多个线圈能产生更大的推进力。由于线圈使用超导材料超导线材由YBCO，BSSCO，MgB2，NbTi，Nb3Sn或者其他超导材料制成，因此工作温度必须低于临界温度，这样线圈电阻才能接近于零并且承载很高的电流密度。所以，单个线圈或者多个超导线圈要固定在接近于低温容器底部的位置。将放置有超导线圈的低温容器置于传统的定子绕组上面，利用一对直线轴承使得的超导线圈的运动方向沿着行波磁场的行进方向。以上在低温容器中使用超导线圈和初级定子相结合的结构组成了该超导直线感应电动机发明。