CN105429432B - 一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，属于超导材料的应用技术领域。本发明的技术方案要点为：一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，包括冷媒腔及设置于冷媒腔两侧立壁上的转轴，转轴的中部固定有圆形支架，圆形支架两侧的转轴上通过轴承固定有转轮，转轮的外侧圆周上均布有超导体，圆形支架的一侧设有与转轮相对的永磁铁，冷媒腔的内部填充有液体冷媒，冷媒腔的内部侧壁上设有液位检测装置，冷媒腔的一侧设有与冷媒腔相连的冷媒输入管，冷媒输入管上设有电磁阀。本发明结构简单，体积小巧，易于加工，便于装配，有效利用了超导材料的电性，是对迈斯纳效应动力学过程的应用。

Description

一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置

技术领域

本发明属于超导材料的应用技术领域，具体涉及一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置。

背景技术

超导电性自从发现以来经历了一个世纪的成长，由于其需要特殊的工作环境-低温，使得超导技术的实用化和产业化应用中受到了很大的限制。然而，人类在新能源研究上目光一直没有离开过超导技术，以及目前国际热核实验反应堆（ITER）计划也称为“人造太阳”计划，都在研究和利用超导技术。

超导材料的一个重要特性是迈斯纳效应，超导磁悬浮列车是迈斯纳效应的静态应用。由于技术或者理论以及机械工程上的限制，超导体的迈斯纳效应未能得到充分发挥，人们无法认识到超导电性所具有的可开发的能量转化潜力。如当前中国、美国、英国、德国和日本等国家都在研究开发超导体发电机和电动机，有的船用超导电动机功率甚至达到几百兆瓦，就报道出来的这些设备和装置是旋转磁场分布仍然和常规导体电动机相同，必须应用交流电源，超导电线仍然显示出电阻，或者将超导体仅仅像普通永磁铁一样应用。因此，更深入的理解超导特性和利用开发超导技术，对人类生产生活有着重要的意义和价值。

然而，超导迈斯纳效应过程伴随着对外做功，如果通过合理的磁路设计，将超导迈斯纳效应对外做功过程连续化，可以利用永久磁体构成强磁场的磁极，并使其作用于获得超导态的超导体上，即可以产生强大的排斥力。当前各种超导电缆和超导块体制备技术已臻于成熟，这为超导技术的开发和实施奠定了材料基础，也为实现迈斯纳效应的磁场排斥力变成连续输出的机械动力提供了保证。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且设计合理的超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，即在冷媒形成的低温环境中将迈斯纳排斥力变为连续输出的动力装置。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，其特征在于包括冷媒腔及设置于冷媒腔两侧立壁上的转轴，转轴的中部固定有圆形支架，圆形支架两侧的转轴上通过轴承固定有转轮，转轮的外侧圆周上均布有超导体，圆形支架的一侧设有与转轮相对的永磁铁，冷媒腔的内部填充有液体冷媒，冷媒腔的内部侧壁上设有液位检测装置，冷媒腔的一侧设有与冷媒腔相连的冷媒输入管，冷媒输入管上设有电磁阀，液位检测装置检测冷媒腔内液体冷媒的液位低于永磁铁的最低位置时，控制开启电磁阀向冷媒腔内输入液体冷媒，液位检测装置检测冷媒腔内液体冷媒的液位达到转轮圆心所在水平面位置时，控制关闭电磁阀停止向冷媒腔内输入液体冷媒。

进一步限定，所述的液体冷媒为液氦、液氢、液氖、液氮、液氩或液氧。

本发明的工作原理为：超导体在正常态和磁体之间没有力的作用，并且磁场线能穿过；当超导体由正常态进入超导态时会把体内的磁场排出去，这个过程伴随超导体和磁体之间形成排斥力，也就是迈斯纳效应，表现为超导体推开磁铁。并且这个推动力与磁场梯度成正比。而当超导态超导体吸热，会变成正常态，失去超导电性，并和磁体之间作用力也消失。在形成温度梯度的冷媒腔中，用冷媒（如液氮、液氩、液氢或液氦等）设置适当环境温差（上高下低），液态冷媒在冷媒腔下部形成低温区，液面上部是有温度梯度的相对高温区。把超导块沿圆周方向均匀分布在转动轮上，在转轮顶部高温区的超导块是正常态，超导块随转轮转动进入低温区，在低温区超导体由正常态变成超导态，同时遇到在其外边放置的永磁体，此时超导体与永磁体之间发生迈斯纳效应，进而之间产生强的排斥作用，永磁体固定在圆形支架上，超导块被这一排斥力推动，转轮受到一个转动力矩作用而转动。在受力推走一个超导块时，在转轮上排布的另一超导块紧接着进入超导态，再遇到永磁体发生排斥作用被推走。如此连续的超导块到来进入超导态被推走，就形成转轮稳定的转动。而在被推走的超导块随转轮转出液体冷媒液面，就进入冷媒腔的高温区，失超变为正常态，随着转轮转动，再次进入低温区，在没有变为超导态之前与迎面的永磁体不发生作用，顺利变为超导态正好遇到永磁体把它向前推走。如此，布满超导块的转轮不停地转动，在转轮的转轴上形成转动力矩，可以承载负载。这样就能把超导体和永磁体之间的迈斯纳径向排斥力形成连续的动力输出。

本发明具有以下有益效果：

1、动力来源于磁场中超导体产生的迈斯纳效应，通过转轮上沿圆周方向均布的超导体进入和离开冷媒而获超或失超推动转轮连续转动，并输出动力，能量来源于外界环境；

2、它不需要消耗目前所用的各种常规能源，是一种全新的清洁能源形式，所消耗的物质为空气中的气体液化冷媒，如液氦、液氢、液氖、液氮、液氩或液氧等；

3、整套装置结构简单，体积小巧，易于加工，便于装配，有效利用了超导材料的电性，是迈斯纳效应动力学过程的应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、冷媒腔，2、转轴，3、圆形支架，4、轴承，5、转轮，6、超导体，7、永磁铁，8、液体冷媒。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，包括冷媒腔1及设置于冷媒腔1两侧立壁上的转轴2，转轴2的中部固定有圆形支架3，圆形支架3两侧的转轴2上通过轴承4固定有转轮5，转轮5的外侧圆周上均布有超导体6，圆形支架3的一侧设有与转轮5相对的永磁铁7，冷媒腔1的内部填充有液体冷媒8，冷媒腔1的内部侧壁上设有液位检测装置，冷媒腔1的一侧设有与冷媒腔1相连的冷媒输入管，冷媒输入管上设有电磁阀，液位检测装置检测冷媒腔1内液体冷媒8的液位低于永磁铁7的最低位置时，控制开启电磁阀向冷媒腔1内输入液体冷媒8，液位检测装置检测冷媒腔1内液体冷媒8的液位达到转轮5圆心所在水平面位置时，控制关闭电磁阀停止向冷媒腔1内输入液体冷媒8。

根据发明内容所述技术方案，超导体可以用YBCO、Nb₃Ge或MgB₂等制成适当形状小块薄片，沿圆周方向均匀布置在转轮上构成超导驱动轮，为了增大驱动力，可以将多个超导驱动轮布置于同一转轴上。通过磁路设计，使永久磁铁极面磁感应强度尽量强，磁极面尽量接近超导体，以增加作用强度和作用距离。当超导体在进入液体冷媒之前处于正常态，超导块与磁体之间没有力的作用，在进入液体冷媒之后变为超导态后发生迈斯纳效应，与永久磁铁相互排斥而产生驱动力。超导态的超导块被推走带动转轮转动，接着下一个超导块进入液体冷媒变超导态，受力被推，在转动轮的转轴上形成一个转动力矩。而转出液体冷媒液面的超导块则吸热变成正常态，继而随着转轮转动进行下一次进入液体冷媒变超导态，受力被推。这样在转动轮上输出的是连续的可对外做功的转动力矩。磁极面形状应保证超导驱动轮顺利转动又充分接近，必要时保持与超导驱动轮半径适当夹角，以使超导驱动轮受到最大力矩为宜，磁极置于液体冷媒液面之下适当位置。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (2)

1.一种超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，其特征在于包括冷媒腔及设置于冷媒腔两侧立壁上的转轴，转轴的中部固定有圆形支架，圆形支架两侧的转轴上通过轴承固定有转轮，转轮的外侧圆周上均布有超导体，圆形支架的一侧设有与转轮相对的永磁铁，冷媒腔的内部填充有液体冷媒，液体冷媒在冷媒腔下部形成低温区，液面上部是有温度梯度的相对高温区，形成温度梯度的冷媒腔时促使永磁铁与超导态超导体之间形成排斥力推动转轮转动，冷媒腔的内部侧壁上设有液位检测装置，冷媒腔的一侧设有与冷媒腔相连的冷媒输入管，冷媒输入管上设有电磁阀，液位检测装置检测冷媒腔内液体冷媒的液位低于永磁铁的最低位置时，控制开启电磁阀向冷媒腔内输入液体冷媒，液位检测装置检测冷媒腔内液体冷媒的液位达到转轮圆心所在水平面位置时，控制关闭电磁阀停止向冷媒腔内输入液体冷媒。

2.根据权利要求1所述的超导迈斯纳效应过程做功连续输出装置，其特征在于：所述的液体冷媒为液氦、液氢、液氖、液氮、液氩或液氧。