超导发动机的制作方法

专利名称：超导发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流电机，特别是一种无换向器、无电刷、无铁损 的超导直流电机。
技术背景直流电机按其磁体类型分为电磁式和永磁式，永磁式无励磁绕组，比电 磁式结构简单、体积小、重量轻、用铜少、损耗小、效率高、更可靠，所以 永磁直流电机应用更广。但是，现有的电磁式直流电机既有换向器，又有电刷；现有的永磁直流电机要么有换向器，要么有电刷，要么既有换向器，又 有电刷；电刷和换向器影响着现有直流电机的使用寿命。现有的直流电机中 围绕电枢的磁极沿圆周极性交替分布，且相邻的磁极隔有间隙，由于相邻的 磁极隔有间隙，电枢相对定子转一周，与电枢发生作用的磁力线不充分多， 因而效率不充分高。现有的直流发电机，工作时，超导电枢线圈种的磁场交 替变化，除了能产生欲求的感应电动势(大小和方向是变化的)，还在电枢铁 心中产生涡流和磁滞效应，这里的涡流和磁滞效应必然产生铁损和有害的热 量；电机的使用是可逆的，现有的直流电机作为电动机，结构与直流发电机 完全相同，直流电动机工作时，因为电枢中的电流方向不断交替变化而产生 交变磁场，所以同直流发电机一样，也会产生铁损和有害的热量。为了克服 现有直流电机的缺陷，本人已提交名为"新式直流电机"专利申请，现在以 其技术为基础，嫁接超导技术，生成一种超导发动机。 发明内容本实用新型设计一种超导发动机，不但解决现有直流电机工作中会产生 铁损和有害的热量等问题，减少损耗，提高效率，延长使用寿命，而且提供 一种耗能小到酷似永动机的电动机。本实用新型按下述技术方案实现。 本实用新型由主机和辅助系统组成，而主机由定子、转子及轴承组成， 辅助系统由制冷机、致冷液(液氦或液氮等)、控制器、蓄电池、充电器、超 导开关、传感器及管路等组成。在径向充磁的圆环形永磁体每端固套一个轴向充磁的圆盘形永磁体，所 述的三个永磁体围成的U形环槽磁场是一个单极性磁场；按前述方法再制作 一个U形环槽单极性磁场，但其极性与前一个相反，将两个U形环槽磁场的 永磁体外表面用圆盘形和圆环形导磁体组合联接起来，两个U形环槽磁场的永磁体与导磁体相贴的面是异极性的，因而磁力线相接通，如图1图5中虚 线所示；导磁圆环及导磁圆盘与非磁性圆环的内圆或非磁性轴的外圆联结， 在非磁性圆环或非磁性轴两端联接带有中孔的非磁性圆盘，非磁性圆盘与非 磁性圆环联接，而非磁性圆盘与非磁性轴是通过轴承联接的，非磁性圆盘的 中孔与轴承外圈的外圆联接，轴承内圈的内圆与非磁性轴的外圆联接；以上 所述的磁体组件，磁性及非磁性联接件，构成本实用新型主机的转子。在非磁性绝缘圆环形线圈架上绕带绝缘包皮的非磁性超导导线以制成超 导电枢线圈，线圈架的径向或轴向打有许多小孔，超导电枢线圈用非磁性圆 环固定在定子的非磁性绝热壳体的内圆或定子的非磁性绝热轴的外圆上，在 超导电枢线圈外面离开一间隙用非磁性绝热材料包一外壳，所述间隙通过定 子外壳或定子轴上的通道与致冷液容器连通，间隙中及线圈架里面灌满致冷 液，绝热外壳用非磁性绝缘圆环固定在定子的非磁性绝热壳体的内圆或定子 的非磁性绝热轴的外圆上，这样就构成了本实用新型主机的定子。将超导电枢线圈及其外面的非磁性绝热外壳的两端面的大部分及外圆或 内圆插入到转子U形环槽磁场内，并与永磁体围成的U形环槽的壁离开一间 隙；固定超导电枢线圈的非磁性绝缘圆环用非磁性圆环固定于电机的非磁性 绝热壳体的内圆或轴的外圆；与转子最大外圆或最小内圆相对应的定子的内 圆或外圆之间有一间隙，与转子外端面或内端面相对应的定子的内端面或外10
端面之间有一间隙；超导电枢线圈的输入端、输出端用带绝缘包皮的超导导线连接引到电机的外面，并分别接供电端的正极、负极，要求使左右超导电枢线圈横截面中电流的流转方向相反。联接或联系所述定子与转子的轴承为通用的机械轴承或磁悬浮轴承。 所述超导电枢线圈与围成U形环槽磁场的永磁体组组数相等，根据实际情况，可设计成若干组，但最少为两组。本实用新型的主机工作原理是电磁学揭露，磁场中的通电导体会受到作用力，作用力的大小由关系式F^BIL计算，其中B表示磁感应强度，I表 示导体中的电流强度，L表示与磁场的磁力线垂直的导体在磁场中的总长度尺寸，对线绕超导电枢线圈，L等于超导电枢线圈匝数与每圈平均周长之积； 作用力的方向依左手定则判定，即伸开左手，使大拇指与其余四指在同一手掌平面内垂直，让手心正对磁场的N极，四指指向与导体中的电流方向一致， 这时大拇指就指示出导体的受力方向。在本实用新型中，如图1示，若给左 超导电枢线圈通入的直流电在超导电枢线圈剖面的上部看是顺时针方向的， 而在下部看就是逆时针方向的，同时，给右超导电枢线圈通入的同样大小的 直流电在超导电枢线圈剖面的上部看是逆时针方向的，而在下部看就是顺时 针方向的，用左手定则容易判定出，两个超导电枢线圈上半部分在磁场中每 边受到的作用力方向都离开观看者而去，即垂直指向纸里，而两个超导电枢 线圈下半部分在磁场中每边受到的作用力方向都向着观看者而来，即垂直指 向纸外，这样，两个超导电枢线圈同时产生相对转子的同向转矩，但超导电 枢线圈被固定，所以转子将相对超导电枢线圈转动。若同时改变两个超导电 枢线圈中的电流方向，转子转动方向就改变。所述的电机， 一旦造就，B、 L就为相对的定值，显然，只改变I的大小就可改变转子的转速，而改变I 的大小是容易实现的技术。以上所述超导电枢线圈还可以用非磁性超导电材料制作成整体的，并去
掉非磁性绝缘圆环形线圈架。以上所述为本实用新型的主机。低温条件下，电阻突然消失的物质称为 超导体，主机的超导电枢线圈用超导体制作，就必须将其置于低温环境。本 实用新型——超导发动机的组成在主机外面联结致冷液绝热保温容器，主 机的超导电枢线圈的接电端与外部电源供电端在致冷液容器中用低导热率的 超导线相接，并在正负接点之间并接一超导开关，它由超导体和外置于这个 超导体附近的常导加热丝组成，常导加热丝和超导开关的超导体的供电开关 均用低导热率的超导线连接到绝热保温容器外部的供电开关端子；在绝热保 温容器中设置温度、线圈电流检测及致冷液液位传感器，传感器均用低导热 率的超导线与容器外部的信号放大器相接，放大器用导线与控制器相接；绝 热保温管道将主机、绝热保温容器及制冷机连成封闭循环系统，在这个封闭 循环系统内充着致冷液，致冷液将超导开关、温度传感器、主机的超导电枢 线圈的电流检测传感器及主机的超导电枢线圈淹没；在主机的转子轴上用联轴器联接发电机，发电机输出线端用导线接入充电器，充电器用导线与蓄电池相接；控制器直接从蓄电池的端子取电，而制冷机、超导开关及枢线圈的 电源均通过受控制器控制的开关并接于蓄电池的端子。本实用新型——超导发动机工作原理超导发动机未启动前，所述超导 电枢线圈供电开关是打开的，而给超导开关的加热丝供电开关是闭合的，超 导开关的超导体被加热而失去超导性而呈高阻态，相当于超导开关是打开的。 致冷液的温度必须比超导体的临界温度低。启动时，控制器闭合超导电枢线 圈供电开关给超导电枢线圈供电，电流达到要求值(或额定值)时，打开加 热丝供电开关使超导开关的超导体恢复超导性而闭合超导开关，此时打开超 导电枢线圈供电开关停止外供电。当电流传感器检测到主机超导电枢线圈中 的电流小于要求值时，前述过程也进行之。这样，从超导理论上讲，在超导 电枢线圈中形成循环恒稳电流，只要能维持之，主机将永远运转。维持超导电枢线圈中循环恒稳电流，采取的措施是第一，当温度传感器检测到致冷 液温度高于监控值(比超导体的临界温度高)时，控制器使制冷机供电开关 闭合启动制冷机使致冷液循环冷却，直至致冷液温度降到监控值以下，控制 器才使制冷机供电开关打开，制冷机停止；第二，当电流传感器检测到主机 超导电枢线圈中的电流小于要求值时，及时补充；第三，当液位传感器检测 到容器中的致冷液液位低于设定为时，发出指示，应人为向容器里添加致冷 液，当然，也可设置由控制器自动控制的加液装置添加致冷液。由于制冷机 不经常工作，所需电能不多，超导开关和控制器耗能很少，因而主机总会向 外输能，所以说所述超导发动机酷似永动机。与主机联接的直流发电机发出 的电能一部分通过充电器充(具有自控功能，能在蓄电池充满后停止充电) 入蓄电池，另一部分电能可向外输出；用联轴器或离合器将主机的转子轴与 外部用户设备功率主轴联结，所述超导发动机可直接向外提供动力。维持线圈中循环恒稳电流的成熟技术有许多方法，以上仅举一例。但本 实用新型的核心技术是设计转子单极性磁场，将超导电枢线圈放置于单极性 磁场中，且在定子超导电枢线圈中制造无限循环环流。随着技术的进步，将出现临界温度越来越高的超导材料，本实用新型的 辅助系统将不断简化，且耗能也不断减小；随着技术的进步，性能越来越高 的永磁材料将产生。因而所述超导发动机功效会不断提高，越来越像永动机。所述转子单极性磁场，还可用超导磁体制作。与现有的直流电动机相比，本实用新型有以下优点1、 超导发动机中无换向器，无电刷，无硅钢片叠成的铁心；2、 超导发动机中的涡流损耗和磁滞损耗，即铁损，只发生在超导发动 机中启停过程或调速过程中，当超导发动机稳定工作时，处在恒定磁场中的 超导超导电枢线圈中是无限循环恒稳电流，所以无铁损，无焦耳热，耗能极 小，效率极高； 3、 因为超导发动机无电刷，且稳定工作时无铁损，无焦耳热，所以可 以连续工作较长的时间，且使用寿命长；4、 因为所述优点2，所以本实用新型与现有的飞轮储能、电感线圈储能、蓄电池储能、压縮空气储能等装置相比，优越得多，本实用新型一超导发 动机酷似永动机。

图1为第一种内转子主机结构示意图；图2为图1中件号35的放大图；图3为图2的左视图；图4为第二种内转子主机结构示意图；图5为第一种外转子主机结构示意图；图6为图5中范围I的放大图；图7为第二种外转子主机结构示意图；图8为具体实施方式
一的结构示意图；图9为具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
进一步说明。
具体实施方式
一如图8示，本实用新型——超导发动机的组成在主机97 (如图1图4示)外面联结致冷液绝热保温容器93，主机97的A 口与 绝热保温容器93相通，B 口与绝热保温管道91相接，主机97的超导电枢线 圈IO和15的接电端与外部电源供电端在致冷液容器93中用低导热率的超导 线相接，并在正负接点之间并接一超导开关92的超导体92-2，外置于超导 体92-2附近的是常导加热丝92-1，加热丝92-1的供电开关86用低导热率的 超导线并接在加
超导电枢线圈10和15的电流检测传感器80及致冷液液位传感器85，传感 器均用低导热率的超导线与容器93外部的信号放大器81相接，放大器用导 线与控制器83相接；绝热保温管道91将主机97、绝热保温容器93及制冷 机90连成封闭循环系统，在这个封闭循环系统内充着致冷液88，致冷液88 将超导开关92、温度传感器96、超导电枢线圈10和15的电流检测传感器 80淹没，制冷机90使致冷液88或34循环冷却到超导电枢线圈10和15临 界温度以下；在主机97的转子轴上用联轴器98联接发电机99，电机99输 出线端用导线接入充电器82，充电器82用导线与蓄电池84相接，从电机99 输出线"+ 、 一"端还可向外提供电能；制冷机90、超导开关92及超导电 枢线圈10和15的电源均通过受控制器83控制的开关86、 87、 89并接于蓄 电池84的端子，控制器83的接电端直接在蓄电池84的端子；电机99、充 电器82、温度传感器96、超导开关92、电流检测传感器80、信号放大器81、 控制器83、制冷机卯等用现有的成熟技术实现之，当然，也可改进或用新 技术实现。主机97可通过联轴器或离合器95驱动用户设备。 主机97分别由两种内转子式超导直流电机充当。如图1至图3示，第一种内转子式超导直流电机，其转子这样构成在 径向充磁的圆环形永磁体29两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体28、 31，永 磁体28、 29、 31围成的U形环槽磁场是一个单N (或S)极磁场；在径向充 磁的圆环形永磁体25两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体24、 26，永磁体24、 25、 26围成的U形环槽磁场是一个单S (或N)极磁场；将两个U形环槽磁 场的永磁体用导磁圆盘7、 12、 17及导磁圆环2、 23等导磁体组合联结起来， 所述两个U形环槽磁场的永磁体与所述导磁体相贴的面是异极性的，因而导 磁件中的磁力线相接通，如图中虚线示；将导磁圆环2、 23及导磁圆盘7、 12、 17固套在非磁性轴3的外圆。其定子这样构成在非磁性绝缘圆环形线圈架9、 14上绕制带绝缘包皮
的非磁性磁超导电枢线圈10、 15，线圈架9、 14的径向打有许多小孔让制冷 液通过，超导电枢线圈10、 15用非磁性绝缘圆环8、 13、 35固定在定子的非 磁性绝热圆筒形壳体32的内圆，非磁性绝缘圆环35上有许多轴向通孔让致 冷液34、 88通过，在超导电枢线圈IO、 15外面离开一间隙用非磁性绝热材 料包一外壳33，所述间隙通过定子外壳32上的通道与致冷液容器93和绝热 保温管道91连通，间隙中及线圈架里面灌满致冷液34或88，非磁性绝热外 壳33用非磁性绝缘圆环6、 11、 13、 16固结在定子的非磁性绝热壳体32的 内圆上，在非磁性绝缘圆环6、 16 、 32的端面联接非磁性圆盘1、 18;轴承 的内圈4、 20联接到非磁性轴3的外圆，将轴承的外圈5、 19与非磁性圆盘 圆l、 18的内圆过盈配合并联接，件21为紧固螺母，件22为非磁性垫圈， 其端面分别与导磁圆盘17的外端面和轴承内圈20的内端面贴合，其内圆与 非磁性轴3的外圆成过盈配合，其外圆不大于轴承内圈20的外圆；非磁性绝 缘圆环6、 11、 16的内圆离开转子的最大外圆一间隙，非磁性圆盘圆1、 18 的内端面分别离开导磁圆盘7、 17的外端面一间隙。将超导电枢线圈10、 15和其外面的非磁性绝热外壳33的两端面的大部 分及内圆插入到转子U形环槽磁场内，并与永磁体围成的U形环槽的壁离开 一间隙；超导电枢线圈10、 15的输入端、输出端用带绝缘包皮的超导导线 27、 30连接并通过非磁性圆环8的壁孔和非磁性绝热壳体32的槽孔引到电 机的外面，并分别接供电端的正极、负极，要求超导电枢线圈IO与超导电枢 线圈15横截面中电流的流转方向相反。如图4示，第二种内转子式超导直流电机是将第一种内转子式超导直流 电机的轴向充磁圆盘形永磁体26、 28及导磁圆盘12用一个轴向充磁圆盘形 永磁体36代替，将导磁圆环2、 23用导磁圆筒37代替，其它保持不变。
具体实施方式
二如图9示，主机100 (如图5图7示)为外转子超导 直流电机，其轴端面与绝热保温容器93联结，C 口与绝热保温容器93相通， D 口与绝热保温管道91相接；发电机101的转轴通过联轴器98与主机100 的转子轴75联接，外接用户设备102可通过联轴器或离合器95与发电机101 的轴联接。其余部分同具体实施方式
一的。主机100分别由两种外转子式超导直流电机充当。如图5图6示，第一种外转子式超导直流电机，其转子这样构成在径 向充磁的圆环形永磁体64两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体62、 65，永磁 体62、 64、 65围成的U形环槽磁场是一个单N (或S)极磁场；在径向充磁 的圆环形永磁体60两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体58、 61，永磁体58、 60、 61围成的U形环槽磁场是一个单S (或N)极磁场；将两个U形环槽磁 场的永磁体外表面用导磁圆盘43、 46、 49及导磁圆环59、 63等导磁件组合 联结起来，所述两个U形环槽磁场的永磁体与导磁体相贴的面是异极性的， 因而导磁件中的磁力线相接通，如图中虚线示；将导磁圆环59、 63和导磁圆 盘43、 46、 49固套在非磁性圆环42的内圆，在导磁圆盘43、 49的外端面放 置非磁性垫圈41、 50，在非磁性圆环42的端面联接非磁性圆盘66、 51，非 磁性垫圈41、 50的外端面与非磁性圆盘66、 51的内端面相贴。其定子这样构成在非磁性绝缘圆环形线圈架45、 48上绕制带绝缘包皮 的非磁性磁超导超导电枢线圈44、 47，线圈架45、 48的端面上沿轴向打有 许多小孔让致冷液77或88通过，超导电枢线圈44、 47用非磁性绝缘圆盘 73固定到非磁性绝热圆筒69的外圆，非磁性绝热轴72的右端及非磁性绝热 圆筒74的两端面均有若干缺口让致冷液77或88通过，非磁性绝热轴72的 左端、非磁性绝热圆筒74的两端面及非磁性绝热轴76均与非磁性绝缘圆盘 73的端面固结，非磁性绝热轴76的左端部上有放射状圆孔通道让致冷液77 或88通过；在超导电枢线圈44、 47外面离开一间隙用非磁性绝热材料包一 外壳67，所述间隙通过非磁性绝热圆筒69的中孔连通到致冷液容器93，定 子非磁性绝热轴72的内圆与非磁性绝热圆筒69的外圆之间的通道连通到绝
热保温管道91，所述间隙中、通道及线圈架里面灌满致冷液77或88，非磁 性绝热外壳67与非磁性绝热轴72的外圆、非磁性绝热圆筒74的外圆、非磁 性圆环55和68的外圆、非磁性圆环40和56的端面及非磁性圆环57的端面 固结，而非磁性圆环40的内圆与非磁性绝热轴72的外圆固结，非磁性圆环 68、 57的内圆均与非磁性绝热圆筒74的外圆固结，非磁性圆环55、 56的内 圆均与非磁性绝热轴76的外圆固结，非磁性圆环40和56的外端面分别紧贴 轴承内圈38和53的内端面，非磁性绝热圆筒69的大端与非磁性绝热轴72 的左端面固结；轴承的内圈38、过盈套在非磁性绝缘轴72的外圆并联接之， 轴承的内圈53过盈套在非磁性绝热短轴76的外圆并联接之，轴承的外圈39、 52分别过盈放入非磁性圆盘圆66、 51的内圆并联接之，件54为紧固螺母， 非磁性绝缘圆环40、 57、 56的外圆离开转子的最小内圆一间隙；超导电枢 线圈44、 47和其外面的非磁性绝热外壳67的两端面的大部分及外圆插入到 U形环槽磁场内，但每面都离开永磁体一间隙；将超导电枢线圈44的输入端 与超导电枢线圈47的输出端接在一起，将超导电枢线圈44的输出端与超导 电枢线圈47的输入端接在一起，然后分别用带绝缘包皮的超导线70、 71连 接，穿过非磁性轴绝热轴72的右端面上的一个缺口、穿过非磁性轴绝热套筒 74的右端面上的一个缺口和非磁性绝热圆筒69的外圆上的径向孔(图中未 画出)且从其中孔引出作为接电端，并分别接供电端的正极、负极，要求超 导电枢线圈44与超导电枢线圈47横截面中电流的流转方向相反。
如图7示，第二种外转子式超导直流电机是将第一种外转子式超导直流 电机的轴向充磁圆盘形永磁体61、 62及导磁圆盘46用一个轴向充磁圆盘形 永磁体78代替，将导磁圆环59、 63用导磁圆筒79代替，其它保持不变。
权利要求1.一种超导发动机，其特征是本实用新型——超导发动机由主机和辅助系统组成组成在主机外面联结致冷液绝热保温容器，主机的超导电枢线圈的接电端与外部电源供电端在致冷液容器中用低导热率的超导线相接，并在正负接点之间并接一超导开关，它由超导体和外置于这个超导体附近的常导加热丝组成，常导加热丝和超导开关的超导体的供电开关均用低导热率的超导线连接到绝热保温容器外部的供电开关端子；在绝热保温容器中设置温度、线圈电流检测及致冷液液位传感器，传感器均用低导热率的超导线与容器外部的信号放大器相接，放大器用导线与控制器相接；绝热保温管道将主机、绝热保温容器及制冷机连成封闭循环系统，在这个封闭循环系统内充着致冷液，致冷液将超导开关、温度传感器、主机的超导电枢线圈的电流检测传感器及主机的超导电枢线圈淹没；在主机的转子轴上用联轴器联接发电机，发电机输出线端用导线接入充电器，充电器用导线与蓄电池相接；控制器直接从蓄电池的端子取电，而制冷机、超导开关及枢线圈的电源均通过受控制器控制的开关并接于蓄电池的端子。
2. 根据权利要求1所述的超导发动机，其特征是主机由定子、转子及 轴承组成；在径向充磁的圆环形永磁体每端固套一个轴向充磁的圆盘形永磁 体，所述的三个永磁体围成的U形环槽磁场是一个单极性磁场，按前述方法再制作一个u形环槽单极性磁场，但其极性与前一个相反，将两个u形环槽 磁场的永磁体外表面用圆盘形和圆环形导磁体组合联接起来，两个u形环槽磁场的永磁体与导磁体相贴的面是异极性的，因而磁力线相接通，导磁圆环 及导磁圆盘与非磁性圆环的内圆或非磁性轴的外圆联结，在非磁性圆环或非 磁性轴两端联接带有中孔的非磁性圆盘，非磁性圆盘与非磁性圆环联接，而 非磁性圆盘与非磁性轴是通过轴承联接的，非磁性圆盘的中孔与轴承外圈的 外圆联接，轴承内圈的内圆与非磁性轴的外圆联接，以上所述的磁体组件， 磁性及非磁性联接件，构成本实用新型主机的转子；在非磁性绝缘圆环形线 圈架上绕带绝缘包皮的非磁性超导导线以制成超导电枢线圈，线圈架的径向 或轴向打有许多小孔，超导电枢线圈用非磁性圆环固定在定子的非磁性绝热 壳体的内圆或定子的非磁性绝热轴的外圆上，在超导电枢线圈外面离开一间 隙用非磁性绝热材料包一外壳，所述间隙通过定子外壳或定子轴上的通道与 致冷液容器连通，间隙中及线圈架里面灌满致冷液，绝热外壳用非磁性绝缘 圆环固定在定子的非磁性绝热壳体的内圆或定子的非磁性绝热轴的外圆上，这样就构成了本实用新型主机的定子；将超导电枢线圈及其外面的非磁性绝 热外壳的两端面的大部分及外圆或内圆插入到转子U形环槽磁场内，并与永 磁体围成的U形环槽的壁离开一间隙，固定超导电枢线圈的非磁性绝缘圆环 用非磁性圆环固定于电机的非磁性绝热壳体的内圆或轴的外圆，与转子最大 外圆或最小内圆相对应的定子的内圆或外圆之间有一间隙，与转子外端面或 内端面相对应的定子的内端面或外端面之间有一间隙，超导电枢线圈的输入 端、输出端用带绝缘包皮的超导导线连接引到电机的外面，并分别接供电端 的正极、负极，要求使左右超导电枢线圈横截面中电流的流转方向相反；联 接或联系所述定子与转子的轴承为通用的机械轴承或磁悬浮轴承；所述超导 电枢线圈与围成U形环槽磁场的永磁体组组数相等，根据实际情况，可设计 成若干组，但最少为两组；以上所述超导电枢线圈还可以用非磁性超导电材 料制作成整体的，并去掉非磁性绝缘圆环形线圈架；所述转子单极性磁场， 还可用超导磁体制作。
3.根据权利要求1或2所述的超导发动机，其特征是主机(97)是一 种内转子式超导直流电机，其转子这样构成在径向充磁的圆环形永磁体(29) 两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体(28)、 (31)，永磁体(28)、 (29)、 (31) 围成的U形环槽磁场是一个单N (或S)极磁场；在径向充磁的圆环形永磁 体(25)两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体(24)、 (26)，永磁体(24)、 (25)、 (26)围成的U形环槽磁场是一个单S (或N)极磁场；将两个U形环槽磁场的永磁体用导磁圆盘(7)、 (12)、 (17)及导磁圆环(2)、 (23)等导磁体 组合联结起来，所述两个U形环槽磁场的永磁体与所述导磁体相贴的面是异 极性的，因而导磁件中的磁力线相接通，如图中虚线示；将导磁圆环(2)、(23) 及导磁圆盘(7)、 (12)、 (17)固套在非磁性轴(3)的外圆；其定子这样构 成在非磁性绝缘圆环形线圈架(9)、 (14)上绕制带绝缘包皮的非磁性磁超 导电枢线圈(10)、 (15)，线圈架(9)、 (14)的径向打有许多小孔让制冷液 通过，超导电枢线圈(10)、 (15)用非磁性绝缘圆环(8)、 (13)、 (35)固定 在定子的非磁性绝热圆筒形壳体(32)的内圆，非磁性绝缘圆环(35)上有 许多轴向通孔让致冷液(34)、 (88)通过，在超导电枢线圈(10)、 (15)外 面离开一间隙用非磁性绝热材料包一外壳(33)，所述间隙通过定子外壳(32) 上的通道与致冷液容器(93)和绝热保温管道(91)连通，间隙中及线圈架 里面灌满致冷液(34)或(88)，非磁性绝热外壳(33)用非磁性绝缘圆环(6)、(11)、 (13)、 (16)固结在定子的非磁性绝热壳体(32)的内圆上，在非磁 性绝缘圆环6、 (16) 、 (32)的端面联接非磁性圆盘(1)、 (18);轴承的内 圈(4)、 ((20))联接到非磁性轴(3)的外圆，将轴承的外圈(5)、 (19)与 非磁性圆盘圆(1)、 (18)的内圆过盈配合并联接，件(21)为紧固螺母，件(22)为非磁性垫圈，其端面分别与导磁圆盘(17)的外端面和轴承内圈(20) 的内端面贴合，其内圆与非磁性轴(3)的外圆成过盈配合，其外圆不大于轴 承内圈(20)的外圆；非磁性绝缘圆环(6)、 (11)、 (16)的内圆离开转子的 最大外圆一间隙，非磁性圆盘圆(1)、 (18)的内端面分别离开导磁圆盘(7)、(17)的外端面一间隙；将超导电枢线圈(10)、 (15)和其外面的非磁性绝 热外壳(33)的两端面的大部分及内圆插入到转子U形环槽磁场内，并与永 磁体围成的U形环槽的壁离开一间隙；超导电枢线圈(10)、 (15)的输入端、 输出端用带绝缘包皮的超导导线(27)、 (30)连接并通过非磁性圆环(8)的 壁孔和非磁性绝热壳体(32)的槽孔引到电机的外面，并分别接供电端的正极、负极，要求超导电枢线圈(10)与超导电枢线圈(15)横截面中电流的流转方向相反。
4. 根据权利要求1或2或3所述的超导发动机，其特征是主机(97) 是另一种内转子式超导直流电机，是将权利要求3所述内转子式超导直流电 机主机的轴向充磁圆盘形永磁体(26)、 (28)及导磁圆盘(12)用一个轴向 充磁圆盘形永磁体(36)代替，将导磁圆环(2)、 (23)用导磁圆筒(37)代 替，其它保持不变。
5. 根据权利要求1或2所述的超导发动机，其特征是主机(100)是一 种外转子式超导直流电机，其转子这样构成在径向充磁的圆环形永磁体(64) 两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体(62)、 (65)，永磁体(62)、 (64)、 (65) 围成的U形环槽磁场是一个单N极磁场；在径向充磁的圆环形永磁体(60) 两端固结轴向充磁的圆盘形永磁体(58)、 (61)，永磁体(58)、 (60)、 (61) 围成的U形环槽磁场是一个单S极磁场；将两个U形环槽磁场的永磁体外表 面用导磁圆盘(43)、 (46)、 (49)及导磁圆环(59)、 (63)等导磁件组合联 结起来，所述两个U形环槽磁场的永磁体与导磁体相贴的面是异极性的，因 而导磁件中的磁力线相接通；将导磁圆环(59)、 (63)和导磁圆盘(43)、 (46)、(49)固套在非磁性圆环(42)的内圆，在导磁圆盘(43)、 (49)的外端面 放置非磁性垫圈(41)、 (50)，在非磁性圆环(42)的端面联接非磁性圆盘(66)、 (51)，非磁性垫圈(41)、 (50)的外端面与非磁性圆盘(66)、 (51) 的内端面相贴；其定子这样构成在非磁性绝缘圆环形线圈架(45)、 (48) 上绕制带绝缘包皮的非磁性磁超导超导电枢线圈(44)、 (47)，线圈架(45)、(48)的端面上沿轴向打有许多小孔让致冷液(77)或(88)通过，超导电 枢线圈(44)、 (47)用非磁性绝缘圆盘(73)固定到非磁性绝热圆筒(69) 的外圆，非磁性绝热轴(72)的右端及非磁性绝热圆筒(74)的两端面均有若干缺口让致冷液(77)或(88)通过，非磁性绝热轴(72)的左端、非磁 性绝热圆筒(74)的两端面及非磁性绝热轴(76)均与非磁性绝缘圆盘(73) 的端面固结，非磁性绝热轴(76)的左端部上有放射状圆孔通道让致冷液(77) 或(88)通过；在超导电枢线圈(44)、 (47)外面离开一间隙用非磁性绝热 材料包一外壳(67)，所述间隙通过非磁性绝热圆筒(69)的中孔连通到致冷 液容器(93)，定子非磁性绝热轴(72)的内圆与非磁性绝热圆筒(69)的外 圆之间的通道连通到绝热保温管道(91)，所述间隙中、通道及线圈架里面灌 满致冷液(77)或(88)，非磁性绝热外壳(67)与非磁性绝热轴(72)的外 圆、非磁性绝热圆筒(74)的外圆、非磁性圆环(55)和(68)的外圆、非 磁性圆环(40)和(56)的端面及非磁性圆环(57)的端面固结，而非磁性 圆环(40)的内圆与非磁性绝热轴(72)的外圆固结，非磁性圆环(68)、 (57) 的内圆均与非磁性绝热圆筒(74)的外圆固结，非磁性圆环(55)、 (56)的 内圆均与非磁性绝热轴(76)的外圆固结，非磁性圆环(40)和(56)的外 端面分别紧贴轴承内圈(38)和(53)的内端面，非磁性绝热圆筒(69)的 大端与非磁性绝热轴(72)的左端面固结；轴承的内圈(38)、过盈套在非磁 性绝缘轴(72)的外圆并联接之，轴承的内圈(53)过盈套在非磁性绝热短 轴(76)的外圆并联接之，轴承的外圈(39)、 (52)分别过盈放入非磁性圆 盘圆(66)、 (51)的内圆并联接之，件(54)为紧固螺母，非磁性绝缘圆环 (40)、 (57)、 (56)的外圆离开转子的最小内圆一间隙；超导电枢线圈(44)、 (47)和其外面的非磁性绝热外壳(67)的两端面的大部分及外圆插入到U 形环槽磁场内，但每面都离开永磁体一间隙；将超导电枢线圈(44)的输入 端与超导电枢线圈(47)的输出端接在一起，将超导电枢线圈(44)的输出 端与超导电枢线圈(47)的输入端接在一起，然后分别用带绝缘包皮的超导 线(70)、 (71)连接，穿过非磁性轴绝热轴(72)的右端面上的一个缺口、 穿过非磁性轴绝热套筒(74)的右端面上的一个缺口和非磁性绝热圆筒(69) 的外圆上的径向孔且从其中孔引出作为接电端，并分别接供电端的正极、负极，要求超导电枢线圈(44)与超导电枢线圈(47)横截面中电流的流转方向相反。
6. 根据权利要求1或2或5所述的超导发动机，其特征是主机(100)是另一种外转子式超导直流电机，其转子这样构成将权力要求5所述的外转子式超导直流电机的轴向充磁圆盘形永磁体(61)、 (62)及导磁圆盘(46) 用一个轴向充磁圆盘形永磁体(78)代替，将导磁圆环(59)、 (63)用导磁 圆筒(79)代替，其它保持不变。
7. 根据权利要求1-4中任一项所述的超导发动机，其特征是本实用新 型——超导发动机的组成在主机(97)外面联结致冷液绝热保温容器(93)， 主机(97)的A 口与绝热保温容器(93)相通，B 口与绝热保温管道(91) 相接，主机(97)的超导电枢线圈(10)和(15)的接电端与外部电源供电 端在致冷液容器(93)中用低导热率的超导线相接，并在正负接点之间并接 一超导开关(92)的超导体(92-2)，外置于超导体(92-2)附近的是常导加 热丝(92-1)，加热丝(92-1)的供电开关(86)用低导热率的超导线并接在 加热丝(92-1)的两端，超导体(92-2)的供电开关(87)用低导热率的超导 线并接在超导体(92-2)的两端；在绝热保温容器(93)中设置温度传感器(96 )、 超导电枢线圈(10)和(15)的电流检测传感器(80)及致冷液液位传感器(85)，传感器均用低导热率的超导线与容器(93)外部的信号放大器(81) 相接，放大器用导线与控制器(83)相接；绝热保温管道(91)将主机(97)、 绝热保温容器(93)及制冷机(90)连成封闭循环系统，在这个封闭循环系 统内充着致冷液(88)，致冷液(88)将超导开关(92)、温度传感器(96)、 超导电枢线圈(10)和(15)的电流检测传感器(80)淹没，制冷机(90) 使致冷液(88)或(34)循环冷却到超导电枢线圈(10)和(15)临界温度 以下；在主机(97)的转子轴上用联轴器(98)联接发电机(99)，电机(99) 输出线端用导线接入充电器(82)，充电器(82)用导线与蓄电池(84)相接， 从电机(99)输出线"+ 、 一"端还可向外提供电能；制冷机(90)、超导 开关(92)及超导电枢线圈(10)和(15)的电源均通过受控制器(83)控 制的开关(86)、 (87)、 (89)并接于蓄电池(84)的端子，控制器(83)的 接电端直接在蓄电池(84)的端子；电机(99)、充电器(82)、温度传感器 (96)、超导开关(92)、电流检测传感器(80)、信号放大器(81)、控制器 (83)、制冷机(90)等用现有的成熟技术实现之，当然，也可改进或用新技 术实现。主机(97)可通过联轴器或离合器(95)驱动用户设备。
8.根据权利要求1或2或5或6或7所述的超导发动机，其特征是 将权利要求7所述的主机(97)换为(100)的外转子超导直流电机，其轴端 面与绝热保温容器(93)联结，C 口与绝热保温容器(93)相通，D 口与绝热 保温管道(91)相接；发电机(101)的转轴通过联轴器(98)与主机(100) 的转子轴(75)联接，外接用户设备(102)可通过联轴器或离合器(95)与 发电机(101)的轴联接，其余部分同权利要求7所述。
专利摘要一种超导发动机，涉及一种超导直流电机，该电机由定子、转子及轴承组成，转子上有由永磁体围成的U形环槽单极磁场，定子上有放入转子的U形环槽单极磁场且与转子永磁体离开一间隙的超导电枢线圈，超导电枢线圈浸在致冷液中，在超导电枢线圈制造持续循环电流，从而使发动机工作。该电机无换向器、无电刷、稳定工作时无铁损、节能率极高、效率极高、寿命长、易调速，因而用途广。
文档编号H02K55/00GK201018397SQ20072000503
公开日2008年2月6日 申请日期2007年2月14日 优先权日2007年2月14日
发明者刘新广 申请人:刘新广