美法科學(xué)家聯(lián)合設(shè)計(jì)和試驗(yàn)新型超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)
據(jù)記者2007年5月24日?qǐng)?bào)道，電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域最近正邁入新紀(jì)元。現(xiàn)今您所見(jiàn)到的應(yīng)用于洗衣機(jī)、玩具以及風(fēng)扇的所有的電動(dòng)機(jī)均采用50年前發(fā)明的電機(jī)基本原理。但是，隨著超導(dǎo)線路替代常規(guī)銅線圈的實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)變得更加緊湊、更具能源效率且花費(fèi)更少，特別是在大型工業(yè)應(yīng)用方面更具優(yōu)勢(shì)。
最近，來(lái)自法國(guó)南錫第一大學(xué)與美國(guó)佛羅里達(dá)州塔拉哈西先進(jìn)電力系統(tǒng)中心的科學(xué)家艾爾·哈德杰·愛(ài)拉姆及其同事已在非傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并測(cè)試了一種超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。他們的研究成果被刊登在電氣與電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)《超導(dǎo)應(yīng)用》上，此項(xiàng)研究為電動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供了更好的機(jī)會(huì)。
目前與阿爾及利亞Khemis Miliana中心大學(xué)一起工作的科學(xué)家愛(ài)拉姆稱(chēng)：“這項(xiàng)研究工作有兩個(gè)目標(biāo)。第一個(gè)目標(biāo)是論證基于磁通量強(qiáng)度電動(dòng)機(jī)的可行性，第二個(gè)目標(biāo)則是論證超導(dǎo)體能夠在很大程度上改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能。”
與前幾年設(shè)計(jì)的基于高溫的電動(dòng)機(jī)相比較，愛(ài)拉姆及其同事研發(fā)的電動(dòng)機(jī)是一種低溫、電八極矩電動(dòng)機(jī)，它還配備有一個(gè)固定的超導(dǎo)感應(yīng)器。與銅線圈不同，新設(shè)計(jì)中的鈮-鈦(NbTi)感應(yīng)線圈沒(méi)有電阻，這是超導(dǎo)體的最大優(yōu)勢(shì)之一。
當(dāng)兩個(gè)鈮-鈦感應(yīng)線圈被相反方向的電流通過(guò)時(shí)，這些電流會(huì)制造出一種磁場(chǎng)。位于兩個(gè)線圈、四個(gè)用于定形和分布磁能量線路的超導(dǎo)散裝金屬板間(它是由YBaCuO制成的，或釔鋇銅線氧)，這種磁場(chǎng)然后就會(huì)在磁選的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一種交互性的電磁場(chǎng)。纏繞有銅線的旋轉(zhuǎn)電樞會(huì)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并最終使其轉(zhuǎn)化為一種實(shí)際應(yīng)用。
在此項(xiàng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)利用液態(tài)氦能夠在線圈中保持零電阻之特性將整個(gè)感應(yīng)器的溫度冷卻到4.2開(kāi)(開(kāi)氏溫標(biāo))。(科學(xué)家們解釋稱(chēng)，高溫線路在這種布局中也能起作用。)對(duì)于所有的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)線路能夠比銅線負(fù)載更大的電流量。因此，與常規(guī)電動(dòng)機(jī)相比，超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)可以在一個(gè)較小的空間內(nèi)創(chuàng)造出更強(qiáng)大的磁場(chǎng)。
愛(ài)拉姆稱(chēng)：“對(duì)于大多數(shù)的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的，磁通量徑向的，［然而］對(duì)于我們研發(fā)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，感應(yīng)器的磁通量卻是軸向的。”
為了測(cè)試這種電動(dòng)機(jī)的性能，科學(xué)家們先計(jì)算出它的磁梯形潛能，它可以說(shuō)明一個(gè)磁場(chǎng)在一定區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的力量。然后，他們才來(lái)決定其磁通量密度，即那個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁數(shù)量。正如科學(xué)家們所解釋的那樣，兩個(gè)散裝金屬板間存在通量密度的最大值，而通量密度的最小值則存在于金屬板后，通量密度的巨大差異可以產(chǎn)生一種更為強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)使電動(dòng)機(jī)的性能最佳化。
研究小組在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上論證了118.8伏特電動(dòng)機(jī)的性能。他們還進(jìn)一步計(jì)算出了一個(gè)理論的172.5伏特的發(fā)生電壓，并解釋稱(chēng)，它們之間的差異應(yīng)歸因于一種不確定因素，即散裝金屬板周?chē)艌?chǎng)存在不同的最大和最小值，它們是不能進(jìn)行直接測(cè)量的。改善磁通量密度的差異將有希望增大電動(dòng)機(jī)的電壓。
愛(ài)拉姆稱(chēng)：“正如我們?cè)诹硪黄芯课恼轮兴撟C的一樣，該項(xiàng)論證工作正在進(jìn)行當(dāng)中。與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)相比，使用這種結(jié)構(gòu)和幾根超導(dǎo)金屬線以及20mW發(fā)生功率的電動(dòng)機(jī)可以減少20%-50%的感應(yīng)量。”
在不久的將來(lái)，研究小組計(jì)劃利用同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造出一個(gè)100kW的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)。愛(ài)拉姆稱(chēng)：“這些電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其高功率量密度和高扭矩量密度，以及比常規(guī)電動(dòng)機(jī)更少的振動(dòng)。”他進(jìn)一步補(bǔ)充稱(chēng)：“一般來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為海上推進(jìn)和電力牽引可能從這些電動(dòng)機(jī)獲益甚多。”
最近，來(lái)自法國(guó)南錫第一大學(xué)與美國(guó)佛羅里達(dá)州塔拉哈西先進(jìn)電力系統(tǒng)中心的科學(xué)家艾爾·哈德杰·愛(ài)拉姆及其同事已在非傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并測(cè)試了一種超導(dǎo)旋轉(zhuǎn)電機(jī)。他們的研究成果被刊登在電氣與電子工程師協(xié)會(huì)學(xué)報(bào)《超導(dǎo)應(yīng)用》上，此項(xiàng)研究為電動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供了更好的機(jī)會(huì)。
目前與阿爾及利亞Khemis Miliana中心大學(xué)一起工作的科學(xué)家愛(ài)拉姆稱(chēng)：“這項(xiàng)研究工作有兩個(gè)目標(biāo)。第一個(gè)目標(biāo)是論證基于磁通量強(qiáng)度電動(dòng)機(jī)的可行性，第二個(gè)目標(biāo)則是論證超導(dǎo)體能夠在很大程度上改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能。”
與前幾年設(shè)計(jì)的基于高溫的電動(dòng)機(jī)相比較，愛(ài)拉姆及其同事研發(fā)的電動(dòng)機(jī)是一種低溫、電八極矩電動(dòng)機(jī)，它還配備有一個(gè)固定的超導(dǎo)感應(yīng)器。與銅線圈不同，新設(shè)計(jì)中的鈮-鈦(NbTi)感應(yīng)線圈沒(méi)有電阻，這是超導(dǎo)體的最大優(yōu)勢(shì)之一。
當(dāng)兩個(gè)鈮-鈦感應(yīng)線圈被相反方向的電流通過(guò)時(shí)，這些電流會(huì)制造出一種磁場(chǎng)。位于兩個(gè)線圈、四個(gè)用于定形和分布磁能量線路的超導(dǎo)散裝金屬板間(它是由YBaCuO制成的，或釔鋇銅線氧)，這種磁場(chǎng)然后就會(huì)在磁選的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一種交互性的電磁場(chǎng)。纏繞有銅線的旋轉(zhuǎn)電樞會(huì)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并最終使其轉(zhuǎn)化為一種實(shí)際應(yīng)用。
在此項(xiàng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)利用液態(tài)氦能夠在線圈中保持零電阻之特性將整個(gè)感應(yīng)器的溫度冷卻到4.2開(kāi)(開(kāi)氏溫標(biāo))。(科學(xué)家們解釋稱(chēng)，高溫線路在這種布局中也能起作用。)對(duì)于所有的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)線路能夠比銅線負(fù)載更大的電流量。因此，與常規(guī)電動(dòng)機(jī)相比，超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)可以在一個(gè)較小的空間內(nèi)創(chuàng)造出更強(qiáng)大的磁場(chǎng)。
愛(ài)拉姆稱(chēng)：“對(duì)于大多數(shù)的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的，磁通量徑向的，［然而］對(duì)于我們研發(fā)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，感應(yīng)器的磁通量卻是軸向的。”
為了測(cè)試這種電動(dòng)機(jī)的性能，科學(xué)家們先計(jì)算出它的磁梯形潛能，它可以說(shuō)明一個(gè)磁場(chǎng)在一定區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的力量。然后，他們才來(lái)決定其磁通量密度，即那個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁數(shù)量。正如科學(xué)家們所解釋的那樣，兩個(gè)散裝金屬板間存在通量密度的最大值，而通量密度的最小值則存在于金屬板后，通量密度的巨大差異可以產(chǎn)生一種更為強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)使電動(dòng)機(jī)的性能最佳化。
研究小組在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上論證了118.8伏特電動(dòng)機(jī)的性能。他們還進(jìn)一步計(jì)算出了一個(gè)理論的172.5伏特的發(fā)生電壓，并解釋稱(chēng)，它們之間的差異應(yīng)歸因于一種不確定因素，即散裝金屬板周?chē)艌?chǎng)存在不同的最大和最小值，它們是不能進(jìn)行直接測(cè)量的。改善磁通量密度的差異將有希望增大電動(dòng)機(jī)的電壓。
愛(ài)拉姆稱(chēng)：“正如我們?cè)诹硪黄芯课恼轮兴撟C的一樣，該項(xiàng)論證工作正在進(jìn)行當(dāng)中。與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)相比，使用這種結(jié)構(gòu)和幾根超導(dǎo)金屬線以及20mW發(fā)生功率的電動(dòng)機(jī)可以減少20%-50%的感應(yīng)量。”
在不久的將來(lái)，研究小組計(jì)劃利用同樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造出一個(gè)100kW的超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)。愛(ài)拉姆稱(chēng)：“這些電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于其高功率量密度和高扭矩量密度，以及比常規(guī)電動(dòng)機(jī)更少的振動(dòng)。”他進(jìn)一步補(bǔ)充稱(chēng)：“一般來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為海上推進(jìn)和電力牽引可能從這些電動(dòng)機(jī)獲益甚多。”
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