專利名稱：矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷能發(fā)電機(jī)，更具體地說，它是大型發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力系統(tǒng)——矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)。
背景技術(shù)：
目前，世界上無論發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家，電能都是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活不可缺少的主要能源。而且，大多數(shù)國家除了采用風(fēng)力、水利發(fā)電之外，仍以熱電廠為主。這樣發(fā)電，存在著很多不足(1)熱能動(dòng)力系統(tǒng)有軸承、齒輪、葉輪等傳動(dòng)裝置，不僅互相磨擦損耗能量，而且噪聲極大；(2)龐大笨重的熱能動(dòng)力設(shè)施，不僅消耗大量煤炭、石油等燃料，而且污染大氣環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有熱電技術(shù)中的不足，充分運(yùn)用了超導(dǎo)理論和磁懸浮技術(shù)，提供一種功率大、性能穩(wěn)定、噪聲低、無污染、不消耗任何燃料的矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，以取代大型發(fā)電機(jī)組的熱能動(dòng)力系統(tǒng)。本發(fā)明的主要技術(shù)在于通過冷能和載流超導(dǎo)線圈使磁體釋放出強(qiáng)大的磁力；并通過磁力驅(qū)動(dòng)器和磁力被驅(qū)動(dòng)器上的矩陣式磁體力偶列結(jié)構(gòu)把強(qiáng)大的磁力變成了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；而且還通過應(yīng)用新型功能材料和液氮汽化環(huán)流冷卻系統(tǒng)，從根本上解決了強(qiáng)磁場(chǎng)所形成的渦流放熱困擾。
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，全部磁體均應(yīng)采用放熱低的新型磁體，其受磁部位均應(yīng)采用磁化放熱低的新型功能材料或經(jīng)過隔磁、散熱技術(shù)處理，以減少渦流放熱和便于驅(qū)散渦流放熱。本發(fā)明根據(jù)超導(dǎo)磁體體積小能量大、特別是能產(chǎn)生10萬高斯以上場(chǎng)強(qiáng)而不消耗線圈功率的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)由三大功能部分構(gòu)成一、懸浮穩(wěn)定功能部分；二、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分；三、液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分。
所述的懸浮穩(wěn)定功能部分一是定子一側(cè)底部的限位圓臺(tái)，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子底部中心的圓臺(tái)空間體，這是一個(gè)限位裝置，既能限制轉(zhuǎn)子產(chǎn)生水平移動(dòng)，又不能直接壓在磁懸浮裝置上；二是定子一側(cè)底部的主磁懸浮裝置(超導(dǎo)磁體)，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子底部的副磁懸浮裝置(永久磁體)，當(dāng)主磁懸浮裝置接通電流后就能把整個(gè)轉(zhuǎn)子懸浮起來，并與底部的限位圓臺(tái)保持一定的設(shè)計(jì)間距；三是定子一側(cè)上部中心的限位軸承，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子上部的傳動(dòng)軸，這也是一個(gè)限位裝置，平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)它們不接觸，只有啟動(dòng)時(shí)和停機(jī)時(shí)限制轉(zhuǎn)子水平擺動(dòng)。
所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分是定子一側(cè)的磁力驅(qū)動(dòng)器，與之相對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子一側(cè)的磁力被驅(qū)動(dòng)器。磁力驅(qū)動(dòng)器就是由相對(duì)固定的超導(dǎo)磁體力偶構(gòu)成；磁力被驅(qū)動(dòng)器就是由相對(duì)固定的圓柱形永久磁體力偶和常導(dǎo)磁感線圈力偶構(gòu)成。磁力驅(qū)動(dòng)器一側(cè)的超導(dǎo)磁體與磁力被驅(qū)動(dòng)器一側(cè)的圓柱形永久磁體都是N極相對(duì)。為了克服磁體間的相互干擾，我們可以把磁力被驅(qū)動(dòng)器上的圓柱形永久磁體力偶、常導(dǎo)磁感線圈力偶分成2m個(gè)相等層面(m為自然數(shù))，各層面磁體間都相隔一段安全距離。每個(gè)層面都是n對(duì)圓柱形永久磁體力偶和n對(duì)常導(dǎo)磁感線圈力偶相間，(n為大于2的自然數(shù))；上下層面相錯(cuò)，即每列也都是m個(gè)圓柱形永久磁體和m個(gè)常導(dǎo)磁感線圈相間。如設(shè)圓柱形永久磁體和常導(dǎo)磁感線圈的半徑為r，其N極外圓間距為該橢圓的長(zhǎng)軸(等距分布，即相當(dāng)于在被驅(qū)動(dòng)器外圍與磁體軸線共面的圓周內(nèi)作一個(gè)內(nèi)接正8n邊形，邊長(zhǎng)略大于2r)。所以，我們可以把磁力被驅(qū)動(dòng)器上的磁體力偶理解為2m行×4n列矩陣。這些磁體的軸線，行共面、列共面，且與中軸線的距離均等于被驅(qū)動(dòng)器半徑的三分之一；中軸線與各行磁體軸線所在平面正交。同理，磁力驅(qū)動(dòng)器上的磁體為2m行×4k列矩陣(k為小于n的自然數(shù))。這些磁體的半徑也為r；其軸線也行共面、列共面，且與中軸線的距離均等于被驅(qū)動(dòng)器半徑的三分之一；中軸線與各行磁體軸線所在平面正交。而且旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁力驅(qū)動(dòng)器上的磁體軸線和磁力被驅(qū)動(dòng)器上的磁體軸線始終同行共面。任取驅(qū)動(dòng)器上的一對(duì)力偶列磁體，均能與被驅(qū)動(dòng)器上的任一對(duì)力偶列磁體對(duì)應(yīng)并共軸。設(shè)A、B為驅(qū)動(dòng)器中的兩對(duì)不相鄰的超導(dǎo)磁體力偶列，且滿足當(dāng)A與永久磁體的對(duì)應(yīng)面在增加，則B與永久磁體的對(duì)應(yīng)面就在減少；當(dāng)A與永久磁體完全對(duì)應(yīng)并共軸時(shí)，則B就與永久磁體完全不對(duì)應(yīng)。它們彼此交替，以至無窮。磁力驅(qū)動(dòng)器上的2k對(duì)超導(dǎo)磁體力偶列，就是k個(gè)A、B式組合。在這種組合下，由于永久磁體相對(duì)較長(zhǎng)、相對(duì)固定和等距分布，故任一時(shí)刻超導(dǎo)磁體與永久磁體的磁矩之和都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超導(dǎo)磁體的力偶矩(且在一點(diǎn)該磁矩對(duì)旋轉(zhuǎn)阻力多大，必有另一對(duì)應(yīng)點(diǎn)該磁矩對(duì)旋轉(zhuǎn)推力也一樣大，該點(diǎn)稱為零和對(duì)應(yīng)點(diǎn))。在旋轉(zhuǎn)過程中，列變行不變；磁力驅(qū)動(dòng)器上的2m行×4k列矩陣依次與磁力被驅(qū)動(dòng)器上的2m行×4 n列矩陣的不同對(duì)磁體力偶列相交作功，并無限循環(huán)，把強(qiáng)大的磁力變成了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。由于有冷能、永久磁能及超導(dǎo)線圈參與作功，所以是非常省電的。如果僅從耗電方面講，其輸出功率會(huì)是輸入功率數(shù)倍乃至數(shù)十倍。磁力被驅(qū)動(dòng)器與磁力驅(qū)動(dòng)器的間距可視規(guī)模具體設(shè)計(jì)。總之，在不接觸的前提下對(duì)應(yīng)磁體越近驅(qū)動(dòng)效果越好，越能達(dá)到高效節(jié)能的目的，同時(shí)，可在磁力驅(qū)動(dòng)器、磁力被驅(qū)動(dòng)器的壁內(nèi)廣布上下氣流通道，利用溫差、壓差創(chuàng)造煙囪效應(yīng)。
所述的液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分是指不斷把液氮適量注入定子腔體底部周圍，在遇到-195度以上氣流時(shí)迅速膨脹(1000倍)汽化還原，以使整個(gè)腔體接近-196度低溫。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子腔體頂部的傳動(dòng)軸輻條兼有進(jìn)風(fēng)葉片功能，隨著旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制氣流進(jìn)入腔體內(nèi)并在底部噴出，從而使低溫氣流在轉(zhuǎn)子的腔體內(nèi)外產(chǎn)生下上環(huán)流。溫度較高的氣體會(huì)自然上升進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，繼續(xù)發(fā)揮余冷，最后從發(fā)電機(jī)頂端排出或回收。這樣既能減緩分子熱運(yùn)動(dòng)、提高磁體能量，同時(shí)又能散發(fā)掉已產(chǎn)生的熱量，保證定子與轉(zhuǎn)子始終處在低溫狀態(tài)下運(yùn)行。特別當(dāng)超導(dǎo)磁體為高溫超導(dǎo)線圈時(shí)，即可在液氮汽化狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，會(huì)減少許多制作與操作上的不便。雖然液氮價(jià)格較高，但由于矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)的功率很大，從總的運(yùn)行成本上看，還是很經(jīng)濟(jì)的。定子外側(cè)的隔熱層可根據(jù)需要另行設(shè)計(jì)。
本發(fā)明提出的矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是(1)利用超導(dǎo)技術(shù)可以使大型發(fā)電機(jī)組小型化，而功率更強(qiáng)大；(2)方便、安全、可靠；(3)噪音低、不消耗燃料、不污染環(huán)境；(4)運(yùn)行成本低，具有很高的經(jīng)濟(jì)(社會(huì))效益。


圖1是本發(fā)明矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中定子1，轉(zhuǎn)子2，限位圓臺(tái)3，圓臺(tái)空間體4，主磁懸浮裝置5，副磁懸浮裝置6，主磁懸浮裝置電源線路7，限位軸承8，傳動(dòng)軸9，磁力驅(qū)動(dòng)器10，磁力被驅(qū)動(dòng)器11，磁力驅(qū)動(dòng)器電源線路12，輻條13，圓柱形永久磁體14，常導(dǎo)磁感線圈15，超導(dǎo)磁體16，液氮補(bǔ)充口17。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
在圖中，矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)包括三大構(gòu)成部分一、懸浮穩(wěn)定功能部分；二、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分；三、液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分。
所述的懸浮穩(wěn)定功能部分一是定子1一側(cè)底部的限位圓臺(tái)3，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子2底部中心的圓臺(tái)空間體4，這是一個(gè)限位裝置，既能限制轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生水平移動(dòng)，又不能直接壓在磁懸浮裝置上；二是定子1一側(cè)底部的主磁懸浮裝置5，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子2底部的副磁懸浮裝置6，當(dāng)接通主磁懸浮裝置電源線路7后就能把整個(gè)轉(zhuǎn)子2懸浮起來，并與底部的限位圓臺(tái)3保持一定的設(shè)計(jì)間距；三是定子1一側(cè)上部中心的限位軸承8，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子2上部的傳動(dòng)軸9，這也是一個(gè)限位裝置，平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)它們不接觸，只有啟動(dòng)時(shí)和停機(jī)時(shí)限制轉(zhuǎn)子水平擺動(dòng)。
所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分是定子1一側(cè)的磁力驅(qū)動(dòng)器10，與之相對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子2一側(cè)的磁力被驅(qū)動(dòng)器11。磁力驅(qū)動(dòng)器10就是由超導(dǎo)磁體力偶構(gòu)成；磁力被驅(qū)動(dòng)器11就是由圓柱形永久磁體力偶和常導(dǎo)磁感線圈力偶構(gòu)成。磁力驅(qū)動(dòng)器10一側(cè)的超導(dǎo)磁體16與磁力被驅(qū)動(dòng)器11一側(cè)的圓柱形永久磁體14都是N極相對(duì)。磁力被驅(qū)動(dòng)器11上的永久磁體力偶、常導(dǎo)磁感線圈力偶分成2m行(m為自然數(shù))、4n列(n為大于2的自然數(shù))，即為2m行×4n列矩陣。并保證每行均是n對(duì)永久磁體力偶和n對(duì)常導(dǎo)磁感線圈力偶相間，每列均是m個(gè)圓柱形永久磁體14和m個(gè)常導(dǎo)磁感線圈15相間。這些磁體的軸線，行共面、列共面，且與中軸線的距離均等于被驅(qū)動(dòng)器11半徑的三分之一；中軸線與各行磁體軸線所在平面正交。圓柱形永久磁體14和常導(dǎo)磁感線圈15的半徑為r，其N極外圓間距約為2r。同理，磁力驅(qū)動(dòng)器10上的磁體力偶為2m行×4k列矩陣(k為小于n的自然數(shù))。這些磁體的半徑也為r；其軸線也行共面、列共面，且與中軸線的距離均等于被驅(qū)動(dòng)器11半徑的三分之一；中軸線與各行磁體軸線所在平面正交。而且當(dāng)接通磁力驅(qū)動(dòng)器電源線路12旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁力驅(qū)動(dòng)器10上的磁體軸線和磁力被驅(qū)動(dòng)器11上的磁體軸線始終同行共面。任取驅(qū)動(dòng)器10上的一對(duì)力偶列磁體，均能與被驅(qū)動(dòng)器11上的任一對(duì)力偶列磁體對(duì)應(yīng)并共軸。設(shè)A、B為驅(qū)動(dòng)器10中的兩對(duì)不相鄰的超導(dǎo)磁體力偶列，且滿足當(dāng)A與永久磁體的對(duì)應(yīng)面在增加，則B與永久磁體的對(duì)應(yīng)面就在減少；當(dāng)A與永久磁體完全對(duì)應(yīng)并共軸時(shí)，則B就與永久磁體完全不對(duì)應(yīng)。它們彼此交替，以至無窮。磁力驅(qū)動(dòng)器10上的2k對(duì)超導(dǎo)磁體力偶列，就是k個(gè)A、B式組合。在旋轉(zhuǎn)過程中，列變行不變；磁力驅(qū)動(dòng)器10上的2m行×4k列矩陣依次與磁力被驅(qū)動(dòng)器11上的2m行×4n列矩陣的不同對(duì)磁體力偶列相交作功，并無限循環(huán)，把強(qiáng)大的磁力變成了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。由于有冷能、永久磁能及超導(dǎo)線圈參與作功，所以是非常省電的。
所述的液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分是指經(jīng)液氮補(bǔ)充口17不斷把液氮適量注入定子1的腔體底部周圍，在遇到-195度以上氣流時(shí)迅速膨脹(1000倍)汽化還原，以使整個(gè)腔體接近-196度低溫。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子2腔體頂部的輻條13兼有進(jìn)風(fēng)葉片功能，隨著旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制氣流進(jìn)入腔體內(nèi)并在底部噴出，從而使低溫氣流在轉(zhuǎn)子2的腔體內(nèi)外產(chǎn)生下上環(huán)流。溫度較高的氣體會(huì)自然上升進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)，繼續(xù)發(fā)揮余冷，最后從發(fā)電機(jī)頂端排出或回收。這樣既能減緩分子熱運(yùn)動(dòng)、提高磁體能量，同時(shí)又能散發(fā)掉已產(chǎn)生的熱量，保證定子與轉(zhuǎn)子始終處在低溫狀態(tài)下運(yùn)行。特別當(dāng)超導(dǎo)磁體為高溫超導(dǎo)線圈時(shí)，即可在液氮汽化狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，會(huì)減少許多制作與操作上的不便。
權(quán)利要求
1.一種矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，它包括定子(1)，轉(zhuǎn)子(2)，限位圓臺(tái)(3)，圓臺(tái)空間體(4)，主磁懸浮裝置(5)，副磁懸浮裝置(6)，主磁懸浮裝置電源線路(7)，限位軸承(8)，傳動(dòng)軸(9)，磁力驅(qū)動(dòng)器(10)，磁力被驅(qū)動(dòng)器(11)，磁力驅(qū)動(dòng)器電源線路(12)，輻條(13)，圓柱形永久磁體(14)，常導(dǎo)磁感線圈(15)，超導(dǎo)磁體(16)，液氮補(bǔ)充口(17)等構(gòu)成，其特征在于有懸浮穩(wěn)定功能部分、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分、液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，其特征在于所述的懸浮穩(wěn)定功能部分一是定子(1)一側(cè)底部的限位圓臺(tái)(3)，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子(2)底部中心的圓臺(tái)空間體(4)，構(gòu)成限位裝置；二是定子(1)一側(cè)底部的主磁懸浮裝置(5)，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子(2)底部的副磁懸浮裝置(6)；三是定子(1)一側(cè)上部中心的限位軸承(8)，與之對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子(2)上部的傳動(dòng)軸(9)，是另一個(gè)限位裝置。
3根據(jù)權(quán)利要求1所述一種矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分定子(1)一側(cè)的磁力驅(qū)動(dòng)器(10)，與之相對(duì)應(yīng)的是轉(zhuǎn)子(2)一側(cè)的磁力被驅(qū)動(dòng)器(11)；磁力驅(qū)動(dòng)器(10)是由超導(dǎo)磁體力偶構(gòu)成；磁力被驅(qū)動(dòng)器(11)就是由圓柱形永久磁體力偶和常導(dǎo)磁感線圈力偶構(gòu)成；磁力被驅(qū)動(dòng)器(11)上的永久磁體力偶、常導(dǎo)磁感線圈力偶構(gòu)成2m行×4n列矩陣，m為自然數(shù)，n為大于2的自然數(shù)；磁力驅(qū)動(dòng)器10上的磁體力偶構(gòu)成2m行×4k列矩陣，k為小于n的自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，其特征在于所述的液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分是指液氮補(bǔ)充口17、定子(1)的腔體、轉(zhuǎn)子(2)的腔體，與具有進(jìn)風(fēng)葉片功能的輻條(13)組成液氮汽化環(huán)流冷卻系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冷能發(fā)電機(jī)，更具體地說，它是大型發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力系統(tǒng)——矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)。它包括三大構(gòu)成部分一、懸浮穩(wěn)定功能部分；二、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)功能部分；三、液氮汽化環(huán)流冷卻功能部分。本發(fā)明的主要技術(shù)在于通過冷能和載流超導(dǎo)線圈使磁體釋放出強(qiáng)大的磁力；并通過磁力驅(qū)動(dòng)器和磁力被驅(qū)動(dòng)器上的矩陣式磁體力偶列結(jié)構(gòu)把強(qiáng)大的磁力變成了旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；而且還通過應(yīng)用新型功能材料和液氮汽化環(huán)流冷卻系統(tǒng)，從根本上解決了強(qiáng)磁場(chǎng)所形成的渦流放熱困擾。從而提供一種功率大、性能穩(wěn)定、噪聲低、無污染、不消耗任何燃料的矩陣式超導(dǎo)磁力機(jī)，以取代大型發(fā)電機(jī)組的熱能動(dòng)力系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02N15/00GK101087100SQ20061001694
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者朱昱昌 申請(qǐng)人:朱昱昌