专利名称：超导体持续电流感应发电技术设计方法
技术领域：
本发明属于未来理想能源及相关应用技术领域
背景技术：
能源是人类赖以生存的物质基础，与人类生活息息相关并不断改改善我们的生 活。人类社会对于能源开发利用技术的不断发展，极大地促进了人类文明的进步与发展。人 类对于火的利用，蒸气机的发明，电能和原子能技术的开发利用是时代文明的标志。目前我 们人类对能源的获取主要还是依赖化石燃料的燃烧方式，与此相关的能源开发利用给人类 带来物质文明的同时，也造成了严重的能源危机、环境污染问题。要有效解决困扰人类的上 述问题，就要找到具有足够丰富便宜，安全洁净，相关技术成熟的未来理想能源技术。超导 感应发电技术方法将会有效破解人类社会所面临亟待解决的世界性难题。
发明内容
本发明旨在解决未来理想能源应用技术，有效破解人类社会在能源应用方面所存 在的能源危机和环境污染瓶颈性问题所采用的技术方案1.超导体持续电流感应发电技术方法的理论依据超导现象是荷兰科学家翁纳斯(H. K. Onnes)在1911年他在做低温实验时，意外发 现超导电性，至今已有百年的时间。随后科学家们经过不懈努力发现许多金属、合金和金属 间化合物也具有此种特性。随后的陆续发现超导体的抗磁性等特性。近几十年来科学家们 的研究方向是致力于高温超导材料的研究，在超导电性研究方面获得了重大的进展，液氮 温区91k的超导体。其综合应用技术的发展是相对缓慢滞后的。一项重要的技术原理往往 能够催生诸多的系列应用技术发明，超导技术将会对电子、电力仪器设备和能源相关应用 技术发生重大影响，在前沿高新科技术上的应用有着非常诱人的前景。超导技术是研究物质在超导状态下的性质、功能以及超导材料、超导器件的研制 和开发应用的技术。超导技术自身而言是要具备特定的超导低温条件，因而真正实际意义 上的大规模的应用受制于技术上瓶颈的束缚，并没有得到全面的发展。目前超导技术的发 展状况还是仅限于超导技术应用的实验与实际应用的初级阶段，如大功率电磁铁，超导磁 悬浮机车和超导电缆传输电力的应用。我国超导电缆电能输送已经进入实用阶段，2004年 4月云南昆明普吉电站三相交流33. 5m、35kv/2kA超导电缆系统成功实现并网运行。一项技 术特别是前沿的高新技术的应用是受阻于多方面原因，一个很重要的方面就是技术应用的 方向性问题。超导技术本身是并不复杂现的技术，现在也已经基本上弄清其技术的特点，依 托技术原理的技术发明要突破传统思维框框的束缚树立创新思想意识，依据超导电性的原 理是不难找到其技术应用的重要领域。超导技术在未来理想能源领域不失为重要的应用研 究发展方向。1820年奥斯特通过实验发现了电流的磁效应。由此人们自然想到，能否利用磁 效应产生电流呢？ 1882年法拉第就开始对这一问题进行有目的研究实验，试图提示这个问题存在与否，经过多次失败，终于在1831年取得了突破性的进展，发现了电磁感应现象， 即利用磁场产生电流的现象。这一发现促使电工技术得到长足的发展，也为日后的人类社 会生活的电气化奠定基础。发电机和变压器是利用电磁感应原理制作的重要的电力设施， 发电机是能量转换装置，变压器的作用是实现大功率电能输送到较远的地方，电能通过高 压传输可减小电流进而减少电能的损耗。变压器的基本构造及工作原理，一般是在闭合铁 芯上绕有两个及两个以上的线圈绕组，其中接受电能即接到输入电源的一侧为初级线圈绕 组，而输出电能的一侧为次级线圈绕组。变压器的工作原理建立在电磁感应原理的基础上， 通过电磁感应在两个或以上电路之间实现电能的传递。它的作用是可将一种电压的交流电 能转换为同频率的另一种电压、电流的交流电能。由实验及其它事实表明，产生感应电流的条件与磁场的变化有关，也就是说，与磁 感应强度的变化有关；另外，还与闭合电路包围的面积有关系。即，只要穿过闭合电路的磁 通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。即，变化的磁场产生电场。超导感应发电技 术设计方法的灵感来源于变压器电磁感应传递电能的基本原理，其构造与原理与变压器极 其相类似。不同之处是变压器是纯粹等量守恒的能量传递装置，其作用是实现电能的远距 离传输。超导感应发电技术利用变压器的工作原理与基本构造，再溶合前沿的超导技术形 成引领未来理想能源新技术革命的科学方法，实现不对称的能量转换。超导感应发电装置设计方法依据超导电性原理，在目前已知的超导电性，超导体 电流所通过的超导线允许电流密度为109A/m安培，比起传统的常态下铜线的容许电流密度 102A/m要大得多，超导线却要细得多，超导线圈的体积与质量要小得多，而维持初级超导线 圈绕组的低温冷却液循环系统消耗与强大的超导持续电流所形成的等量感应电能对比是 不在同个量级上的耗能，超导感应发电装置所形成的能量转换是不对称的能量转换。2.超导体持续电流感应发电技术方案我的发明专利申请，机械能动力系统(申请号200810008128. 7)和机械能电磁动 力系统(2008101872721)，揭示并运用不对称能量转换原理。超导体持续电流感应发电技术 设计方法是上述动力系统实现不对称能量转换的升级系统，旨在探索运用物理方法实现未 来理想能源应用技术的发展。运用物体的超导电性设计超导体持续电流感应发电装置，其原理与构造十分简 单，发电装置属于静止类电机。超导体持续电流感应发电装置的构造同传统的变压器相类 似，初级和次级绕组线圈的设计同常规的变压器绕组线圈相同，不同之处是初级线圈绕组 设计为超导线圈绕组，次级感应线圈绕组为常规线圈，采用常规的油冷散热方式，初级和次 级线圈缠绕在定子铁芯上。超导感应发电技术设计方法的核心是在电能的供给方面寻求突 破口，在初级线圈绕组上作文章，初级超导线圈绕组置于低温的超导特定环境空间里长久 形成持续循环的冷却系统。由系统或外接电源给超导线圈直接充电，或者通过感应方式为 超导线圈充电，通过强大的交变电流充电于初级超导线圈绕组，一劳永逸在初级超导线圈 绕组内形成超大超强的持续电流，置于超导低温特定环境的初级超导线圈绕组可发挥超 导体电性没有电阻损耗，所形成的强大持续电流能够长久地发挥作用。我们知道只要在初 级超导线圈中有强大持续的交变电流存在，那么在次级线圈上就会感应出电流，超导体持 续电流感应发电装置即可实现强大电能源源不断的对外输出。超导体持续电流感应发电装置的系统构成
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主要由1定子铁芯，2超导初级线圈绕组，3低温冷却液及壳体，3次级常规感应线 圈绕组，4超导线圈电流输入电极，5感应电流输出电极，6低温循环冷却系统装置，7线圈绕 组冷却装置，8自备充电电源系统或外接电源装置，9整个发电装置系统的智能监控制系统 等附助设备构成。
超导体持续电流感应发电装置示意图1.超导初级线圈绕组，2.低温液态冷却 液，3.定子铁芯，4.次级常规感应线圈绕组，5.超导线圈电流输入电极，6.感应电流输出电 极，7.超导低温循环冷却系统装置，8.次级线圈绕组冷却系统
具体实施例方式超导体持续电流感应发电的方法属于全新开拓性的技术应用领域，运用导体超导 电性的持续电流的原理实现感应发电的方法，显而易见对于专业技术而言是不复杂的物理 方法实现不对称能量转换的技术方法。技术上实施的难点在于全新的开拓性的技术领域， 在于前沿的超导技术超导电性自身的特点，技术上可供借鉴的地方相对少一些。涉及超导 体材料的确定，超导感应发电装置单元容量等技术参数的确定。以及伴随新技术出现所形 成的特定新问题的处理，这些都要通过实用技术实施的实验所最终确定。超导感应发电基本方法是基础性的超导感应发电单元装置，并由这些基础性的数 个超导感应发电装置单元构成电站的总体装机的容量。首先是超导感应发电装置单元装置 功率容量的确定，原则上是以现有电站总体装机容量而确定单机发电机的相同容量大小， 同样超导感应发电装置的单元容量的确定也同样要遵照。由于超导电性的特点超导体又具 有临界磁场等原因，超导体临界磁场的存在限制了超导体最大电流的通过，其感应发电装 置的单位容量功率受到极大的限制其设计超大容量的发电单元装置。做为电站的电源装置应当具备高的可靠性、可维护性、安全性和适应性等要求，并 依据电站总装机容量确定其单元的量级，设置超导感应发电装置单元的大、中、小容量的感 应发电装置单元。在说明书附图是单相式感应发电装置，而在实际应用中的发电装置大多 是能源利用效率更高的三相式发电机装置，超导感应发电装置的铁芯及线圈绕组的绕制也 必须是采用三相的方式。而实用技术上的超导感应发电技术方法的相关电压、电流和充电 方式，要依据其实用技术的试验优化数据参数所确定。超导感应发电装置单元组合要进行 电场、磁场和超导低温环境的绝缘、屏蔽和保温等措施的保障，构成电站系统的由超导感应 发电单元的循环冷却系统、监控、维护系统和并网输电系统的整体的系统集成。1.基础性的超导感应发电装置单元设计(1)定子铁芯采用传统的三相式线圈绕组结构的铁芯设计，以及依据应用平台 的特点决定采用适宜的方式。(2)线圈绕组初级线圈绕组主要是材料的选定特定最适宜超导特性的线圈导线 材料，超导线圈的缠绕采用三相绕组缠绕方法及适宜置于冷却装置于一体的设计。感应发 电线圈绕组绕制同时兼顾三相及升压以满足电流传输的实际需求。(3)超导冷却循环维持系统装置主要是初级线圈绕组的形成并维持超导所必须 的特定的低温条件，初级与次级线圈的所要求的温度的不同，初、次级线圈要分置于各自独
5立的冷却系统，感应发电线圈置于常温的常规传统的油冷系统。亦可把初、次级线圈绕组整 个置于超导低温空间内，形成初、次级线圈绕组的超导线圈的设计方案。(4)超导感应发电单元的充电维护系统可外电源的直充式为超导线圈充电，也 可采用移动式电源驳接超导线圈铁芯实现超导线圈的感应充电。(5)超导感应发电单元的监控系统发电单元系统的运行人工或智能的控制系 统，主要是监控系统的温度环境、超导电流、感应发电和循环冷却系统的监控安全运行。2.超导感应发电技术电站设计(1)电站冷却和发电并网系统的集成考虑系统运行的高效、安全和系统维护的 方便，构成电站的超导感应发电装置单元的冷却和电能输出并网系统可以是单元独立的系 统，也可以邻近的单元或是整体串并组成电站的系统集成。(2)电站系统充电及保障系统超导感应发电单元的独立的维护系统，由于系统 的故障及长时间电流循环的自然衰减，而从新充电以维持发电装置单元的高效运行。(3)电站总监控系统是超导感应发电单元系统所构成的电站系统的运行人工或 智能的控制系统，主要是监控系统的超导低温环境、超导电流、感应发电和系统的循环冷却 情况，实时监控电站系统的安生稳定运行。参考文献
[1].王晓鸥主编.物理学概论_上海同济大学出版，2007. 2
[2],阎治安，崔新艺，苏少平编著.电机学_西安西安交通大学出版社，2006. 8
[3],张三慧编著.大学物理学基于相对论的电磁学_北京清华大学出版社，2008.9
权利要求
机械能电磁动力系统，其特征是，超导体持续电流感应发电装置其原理与构造十分简单，构造同传统的变压器相类似，基本结构为定子铁芯、初级和次级线圈绕组、超导低温循环冷却装置和系统的监控装置所组成。与传统变压器不同之处是初级线圈绕组设计为超导线圈绕组，次级感应线圈绕组为常规线圈，初级和次级线圈也同样缠绕在定子铁芯上。初级超导线圈绕组长久置于超导低温的超导特定环境空间中，由系统或外接电源给超导线圈直接充电，或者通过感应方式为超导线圈充电，通过强大的交变电流充电于初级超导线圈绕组，一劳永逸在初级超导线圈绕组内形成超大超强的持续电流，置于超导低温特定环境的初级超导线圈绕组可发挥超导体电性没有电阻损耗，所形成的强大持续电流能够长久地发挥作用。只要在初级超导线圈中有强大持续的交变电流存在，超导感应发电装置即可实现强大电能源源不断的对外输出。
2.机械能电磁动力系统应用技术设计方法，根据权利要求书1所述，其特征是，由超导 体持续电流感应发电装置单元所组成的超导电站设计方法。
3.根据权利要求1所述的超导体持续电流感应发电技术方法，其特征是，由超导体持 续电流感应发电装置及相关应用领域平台，在广泛的交通运输工具、工程、农业和能源利用 方面相关的技术开发与系统应用问题。
全文摘要
本发明公开了一种超导感应发电技术方法，涉及能源及相关应用领域的新技术，超导感应发电技术设计方法来源于变压器电磁感应传递电能的基本原理，其原理和构造与变压器类似，运用变压器电磁感应传递能量的工作原理并溶合前沿的超导技术，设计超导感应发电装置，把传统变压器的初级线圈绕线设计为超导线圈，只要在初级超导线圈存在强大持续的交变电流，次级线圈绕组就可感应出同样强大的电流，维持超导低温空间的耗能要远低于强大超导电流所感应出的强大电能，系统运行形成不对称的能量转换，从而实现具有足够丰富便宜，安全洁净环保，相关技术成熟的人类社会未来理想能源的终极梦想。
文档编号H02K55/00GK101895188SQ20091021793
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者戚成吉 申请人:戚成吉