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突破电动机效率极限,最新超导旋转电机引起关注

2007年06月04日 11:43:00 中国传动网

电动机领域最近正迈入新纪元。现今您所见到的应用于洗衣机、玩具以及风扇的所有的电动机均采用50年前发明的电机基本原理。但是,随着超导线路替代常规铜线圈的实现,电动机变得更加紧凑、更具能源效率且花费更少,特别是在大型工业应用方面更具优势。 据外电报道,最近,来自法国南锡第一大学与美国佛罗里达州塔拉哈西先进电力系统中心的科学家艾尔·哈德杰·爱拉姆及其同事已在非传统技术的基础上设计并测试了一种超导旋转电机。他们的研究成果被刊登在电气与电子工程师协会学报《超导应用》上,此项研究为电动机的发展提供了更好的机会。 目前与阿尔及利亚Khemis Miliana中心大学一起工作的科学家爱拉姆称:“这项研究工作有两个目标。第一个目标是论证基于磁通量强度电动机的可行性,第二个目标则是论证超导体能够在很大程度上改进电动机的性能。” 与前几年设计的基于高温的电动机相比较,爱拉姆及其同事研发的电动机是一种低温、电八极矩电动机,它还配备有一个固定的超导感应器。与铜线圈不同,新设计中的铌-钛(NbTi)感应线圈没有电阻,这是超导体的最大优势之一。 当两个铌-钛感应线圈被相反方向的电流通过时,这些电流会制造出一种磁场。位于两个线圈、四个用于定形和分布磁能量线路的超导散装金属板间(它是由YBaCuO制成的,或钇钡铜线氧),这种磁场然后就会在磁选的基础上产生一种交互性的电磁场。缠绕有铜线的旋转电枢会将电能转化为机械能,并最终使其转化为一种实际应用。 在此项设计当中,通过利用液态氦能够在线圈中保持零电阻之特性将整个感应器的温度冷却到4.2开(开氏温标)。(科学家们解释称,高温线路在这种布局中也能起作用。)对于所有的超导电动机来说,超导线路能够比铜线负载更大的电流量。因此,与常规电动机相比,超导电动机可以在一个较小的空间内创造出更强大的磁场。 爱拉姆称:“对于大多数的超导电动机来说,结构是传统的,磁通量径向的,然而对于我们研发的电动机来说,感应器的磁通量却是轴向的。” 为了测试这种电动机的性能,科学家们先计算出它的磁梯形潜能,它可以说明一个磁场在一定区域内所产生的力量。然后,他们才来决定其磁通量密度,即那个区域内的磁数量。正如科学家们所解释的那样,两个散装金属板间存在通量密度的最大值,而通量密度的最小值则存在于金属板后,通量密度的巨大差异可以产生一种更为强大的磁场来使电动机的性能最佳化。 研究小组在实验的基础上论证了118.8伏特电动机的性能。他们还进一步计算出了一个理论的172.5伏特的发生电压,并解释称,它们之间的差异应归因于一种不确定因素,即散装金属板周围磁场存在不同的最大和最小值,它们是不能进行直接测量的。改善磁通量密度的差异将有希望增大电动机的电压。 爱拉姆称:“正如我们在另一篇研究文章中所论证的一样,该项论证工作正在进行当中。与传统的电动机相比,使用这种结构和几根超导金属线以及20mW发生功率的电动机可以减少20%-50%的感应量。” 在不久的将来,研究小组计划利用同样的结构设计和制造出一个100kW的超导电动机。爱拉姆称:“这些电动机的最大优点在于其高功率量密度和高扭矩量密度,以及比常规电动机更少的振动。”他进一步补充称:“一般来说,我认为海上推进和电力牵引可能从这些电动机获益甚多”。

供稿:网络转载

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