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超导磁热器

阅读:503发布:2020-08-14

专利汇可以提供超导磁热器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且超导磁热器的关键部件有磁 力 耦合制热系统和杜瓦保温系统。磁力耦合制热系统由 转子 和 定子 组成,转子和定子上一个装有 电枢绕组 ,另一个装有感应盘或感应筒,转子和定子的相互作用可看作是相对旋转 磁场 和感应磁场的相互耦合,并因此实现 能量 转化,获得 热能 。磁力耦合制热系统使用电枢绕组励磁来形成相对旋转磁场,当电枢绕组通电励磁形成的磁场是方向稳定不变的磁场时,需要由动力驱动超导磁热器的转子转动,当电枢绕组使用交流电时,可由电枢绕组直接形成相对旋转磁场,通过对电枢绕组制成的转子或定子加装杜瓦 外壳 ,利用液氮或液氦等低温物质进行冷却,形成超导环境或准超导环境,利用超导技术来形成强磁场,以此来形成大功率的制热设备。,下面是超导磁热器专利的具体信息内容。

1.超导磁热器的技术方案——其特征是超导磁热器的关键部件有磁耦合制热系统和杜瓦保温系统,磁力耦合制热系统由转子定子组成,转子和定子产生磁力耦合实现能量转化,转子和定子上一个装有电枢绕组,另一个装有感应盘或感应筒,电枢绕组用来形成相对旋转磁场,感应盘或感应筒用来形成感应磁场,转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互耦合,并因此实现能量转化,获得热能,磁力耦合制热系统使用电枢绕组励磁来形成相对旋转磁场,当电枢绕组通电励磁形成的磁场是方向稳定不变的磁场时,需要由动力驱动超导磁热器的转子转动,当电枢绕组使用交流电时,可由电枢绕组直接形成相对旋转磁场(此时可以不用动力驱动转子,转子并不转动,只是磁场以一定频率变化),通过对电枢绕组制成的转子或定子加装杜瓦外壳,利用液氮或液氦等低温物质进行冷却,形成超导环境或准超导环境,利用超导技术来形成强磁场,以此来形成大功率的制热设备,根据磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同,超导磁热器可分为盘式超导磁热器、筒式超导磁热器和混合式超导磁热器。
2.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是使用磁力耦合制热系统,磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁场,相对旋转磁场由电枢绕组通电励磁形成的N极和S极交替排列的电磁来形成,感应磁场由感应盘或感应筒中产生的感应电流产生,感应盘或感应筒采用具有优良导电性能的导体板,感应盘或感应筒从原理上讲至少应包括感应板和屏蔽板两部分,当两部分采用相同的材料时,可直接融为一体,适当控制板的厚度即可,感应盘和感应筒上还可以增设叶片,从而增加热辐射和热传导的面积,感应盘或感应筒必须选用耐高温的导体材料,而耐高温的导体材料不一定能具有屏蔽磁的特性,这时便可以根据产品具体使用的情况来设计,把磁屏蔽措施放在隔热屏障外面,如果漏磁不会对其它设备造成影响,感应盘或感应筒也可以不使用磁屏蔽措施。
3.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是使用磁力耦合制热系统,磁力耦合制热系统由转子和定子组成,磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁场的相互耦合作用,磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面,磁力耦合面位于转子和定子之间,根据磁力耦合面的位置不同,磁力耦合制热系统分为盘式、筒式和混合式三种基本类型,盘式磁力耦合制热系统的磁力耦合面垂直于超导磁热器的中心轴,筒式磁力耦合制热系统的磁力耦合面平行于超导磁热器的中心轴,混合式磁力耦合制热系统的磁力耦合面同时布置于平行和垂直于超导磁热器的中心轴的方向上,此外,磁力耦合制热系统的磁力耦合面也可以与超导磁热器的中心轴成斜布置。
4.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是超导磁热器的热负荷调节可以通过加装热负荷机械调节机构来电动调节,热负荷机械调节机构由电机、回转直线运动可逆转化部件等组成,由电机直接或经齿轮传动间接驱动回转直线运动可逆转化部件,调节转子和定子之间的相对位置,改变磁场耦合间隙或磁场耦合面积,从而改变磁力耦合制热系统的热负荷,回转直线运动可逆转化部件可以根据工况采用沟槽凸轮组件、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件或行星滚柱丝杠组件,沟槽凸轮组件由沟槽凸轮、滚子和滚子固定轴组成,滚珠丝杠组件由螺母球和丝杠等组成,滑动丝杠组件由螺母和丝杠组成,行星滚柱丝杠组件由螺母、滚柱和丝杠等组成,热负荷机械调节机构中的电机与外部电源的连接可采用高速回转导电接头或电动调速专用高速回转接头。
5.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是可以使用高速回转导电接头的技术方法——以电刷和滑环作为动态接触,滑环内接电刷,外接外部电源,电刷连接电机中引出的电线,滑环镶嵌在绝缘材料内部形成静止部件,固定在支架上,也可以将电刷和滑环反装,由电刷内接滑环,外接外部电源,滑环连接电机中引出的电线。
6.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是可以使用电动调速专用高速回转接头的技术方法——电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成,外转子静止不动,用于连接外部电源,内转子高速转动,内外转子的电流通路按电接触理论的原理。
7.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是使用杜瓦保温系统,通过对电枢绕组制成的转子或定子加装杜瓦外壳,利用液氮或液氦等低温物质进行冷却,形成超导环境或准超导环境,利用超导技术来形成强磁场,以此来形成大功率的制热设备,为防止磁力耦合制热系统的高温部分的热辐射对杜瓦外壳的影响,可在杜瓦外壳外面加装隔热屏障。
8.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是可以使用电力电子技术调节超导磁热器的热负荷,通过电力电子技术调节驱动电机或磁力耦合制热系统中的电枢绕组的电流、电压或频率等,从而改变磁力耦合制热系统的热负荷。
9.根据权利要求1所述的超导磁热器,其特征是当电枢绕组通电励磁形成的磁场是方向稳定不变的磁场时,需要由动力驱动超导磁热器的转子转动,此动力可采用电机、内燃机力机或外燃机等。

说明书全文

超导磁热器

技术领域

[0001] 加热器、预热器、取暖器、供热供暖、新能源、节能减排、磁能利用。

背景技术

[0002] 磁耦合技术的发展,使能量转化变得简单而高效,超导磁热器正是利用磁力耦合技术将电能最终转化为热能
[0003] 本人先前曾提出永磁灶、永磁热杯、热器和电动磁热器等技术方案,可在中华人民共和国国家知识产权局检索,以供参考。
[0004] 磁力耦合制热系统使用常导电磁制热时,系统效率低且很笨重。磁力耦合制热系统使用永磁制热时,系统虽很高效和简单实用,但由于现在磁性材料的技术限制,不能满足一些工况的制热需求。如何形成强磁场,是解决一些应用难题的关键,通过超导或准超导技术来获得一定强度的磁场,正是本专利申请所描述的关键所在。发明内容
[0005] 本发明针对加热和预热技术,提出了超导磁热器的解决方案,以此来满足一些宇航推进、军民用装备的动力推进和大型工业装备中的加热预热部件的应用需求。
[0006] 超导磁热器的关键部件有磁力耦合制热系统和杜瓦保温系统,磁力耦合制热系统由转子定子组成,转子和定子产生磁力耦合实现能量转化,转子和定子上一个装有电枢绕组,另一个装有感应盘或感应筒,电枢绕组用来形成相对旋转磁场,感应盘或感应筒用来形成感应磁场,转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互耦合,并因此实现能量转化,获得热能。
[0007] 根据磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同,超导磁热器可分为盘式超导磁热器、筒式超导磁热器和混合式超导磁热器。
[0008] 磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面,磁力耦合面位于转子和定子之间,超导磁热器的磁力耦合制热系统的转子和定子中一个装有电枢绕组,另一个装有感应盘或感应筒,转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用。附图说明
[0009] 图1所示为超导磁热器的一种结构方案,采用盘式结构,图中标号1为杜瓦保温外壳,标号2为隔热屏障,3为转子,5为定子,此种方案的定子5中采用电枢绕组励磁形成相对旋转磁场,转子3中装配有感应盘。电机4驱动转子3,致使转子3和定子5组成的磁力耦合制热系统制热,转子3中的感应盘为发热部件。
[0010] 图2所示为超导磁热器的另一种结构方案,与图1所示方案的区别是此种方案的转子3中采用电枢绕组励磁形成相对旋转磁场,定子5中采用感应盘,并采用高速回转导电接头6来保证电路的动静连接。电机4驱动转子3,致使转子3和定子5组成的磁力耦合制热系统制热,定子5中的感应盘为发热部件。
[0011] 图3所示为超导磁热器的又一种结构方案,是图1所示方案的一种变形,用一个电机4同时驱动两组转子3和定子5组成的磁力耦合制热系统。
[0012] 图4所示为超导磁热器的又一种结构方案,采用筒式结构,与图1所示方案的区别是其磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置有所不同。图4中标号1为杜瓦保温外壳,标号2为隔热屏障,3为转子,5为定子,此种方案的定子5中采用电枢绕组励磁形成相对旋转磁场,转子3中装配有感应筒。电机4驱动转子3,致使转子3和定子5组成的磁力耦合制热系统制热,转子3中的感应筒为发热部件。筒式超导磁热器的各种结构方案与盘式超导磁热器类似,仅仅是其磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置有所不同,此外,筒式超导磁热器和盘式超导磁热器可以融合形成混合式超导磁热器,即在混合式超导磁热器的径向和轴向同时布置磁力耦合面。
[0013] 图5所示为超导磁热器的又一种结构方案,与图2所示方案的区别是其加装了热负荷机械调节机构9,图5中热负荷机械调节机构9采用电机驱动滑动丝杠组件,丝杠和电机外壳同体,滑动丝杠组件可以用滚珠丝杠组件(由螺母球、丝杠等关键零件组成)或行星滚柱丝杠组件(由螺母、滚柱、丝杠等关键零件组成)或沟槽凸轮组件(由沟槽凸轮、滚子、滚子固定轴等关键零件组成)代替,滑动丝杠组件、滚珠丝杠组件、行星滚柱丝杠组件和沟槽凸轮组件均为回转直线运动可逆转化部件,其性能各有特色,可根据需求选用。图5中热负荷机械调节机构9中的电机可以通过装配在中心传动轴上的高速回转导电接头6来连通电路,也可以在热负荷机械调节机构9中的电机的端面上(电机采用薄饼形)装配电刷和滑环来连通电路。筒式超导磁热器、盘式超导磁热器和混合式超导磁热器的各种结构类型均可采用加装热负荷机械调节机构的方法来调节其热负荷,也可以采用电力电子技术来调节(调节电机4或磁力耦合制热系统中的电枢绕组的电流电压频率等)。
[0014] 图6所示为超导磁热器的热负荷机械调节机构9采用沟槽凸轮组件的示意图,图中标号9-1为沟槽凸轮,标号9-3为滚子,滚子固定轴和电机外壳同体。
[0015] 图7所示为高速回转导电接头,采用模化结构,滑环的数量根据需要确定,图中所示为三个滑环(可为六个或任意个),连通三根导线,中间环6-3、防护层6-2、防护层6-4、防护层6-7采用电绝缘材料,6-5为电刷,6-6为滑环(镶嵌于防护层6-7内),6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力),6-9为导线,6-12为轴承。图7中滑环内接电刷,外接外部电源。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触,也可以将电刷和滑环反装,由电刷内接滑环,外接外部电源。
[0016] 图8、图9、图10、图11所示为电动调速专用高速回转接头,采用模块化串联结构,可串联任意通道,图8、图9中所示为三通道,其内转子由螺栓6-29联结各部分,然后和回转接头的外转子装配组成一个整体,其内转子高速转动,其外转子静止不动,以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用化钨、石墨等材料,中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-
24、6-25可采用电绝缘材料,6-22采用电接触材料,6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构,6-14为弹簧,用来平衡接触压力,弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用,防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头,电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能,但其结构复杂,制造困难,经济性差。
[0017] 超导磁热器的磁力耦合制热系统使用的感应盘或感应筒从原理上讲至少应包括感应板和屏蔽板两部分,当两部分采用相同的材料时,可直接融为一体,适当控制板的厚度即可。感应盘和感应筒上还可以增设叶片,从而增加热辐射和热传导的面积。感应盘或感应筒必须选用耐高温的导体材料,而耐高温的导体材料不一定能具有屏蔽磁的特性,这时便可以把磁屏蔽措施放在隔热屏障外面(根据产品具体使用的情况来设计),如果漏磁不会对其它设备造成影响,感应盘或感应筒也可以不使用磁屏蔽措施。
[0018] 超导磁热器的磁力耦合制热系统可选用盘式、筒式或混合式,其结构形式可根据需要灵活设计。超导磁热器的磁力耦合制热系统使用电枢绕组励磁来形成相对旋转磁场(N极和S极交替排列,以一定频率相对变化),当电枢绕组通电励磁形成的磁场是方向稳定不变的磁场时,需要由电机驱动超导磁热器的转子转动,当电枢绕组使用交流电时,可由电枢绕组直接形成相对旋转磁场(此时可以不用电机驱动转子,转子并不转动,只是磁场以一定频率变化),通过对电枢绕组制成的转子或定子加装杜瓦外壳,利用液氮或液氦等低温物质进行冷却,形成超导环境或准超导环境,利用超导技术来形成强磁场,以此来形成大功率的制热设备。
[0019] 超导磁热器的驱动电机4也可以用内燃机风力机或外燃机等动力源来替代。

具体实施方式

[0020] 超导磁热器所包含的各组成零部件,现代工业制造技术均可加工制造。磁块、电机、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件和行星滚柱丝杠组件等均可由专业厂商配套生产,其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。
[0021] 超导磁热器要想成功应用,必须具备以下条件:(1)功率标定——建立完备的测试台架,以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转部件必须达到相关标准规定的动平衡要求,以达到必要的安全可靠性。(3)材料——超导磁热器的一些零件的工作环境很特殊,必须根据具体工况采用合适的材料。
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