CZ9902124A3

CZ9902124A3 - Elektrický vodič nebo supravodič pro elektrické stroje

Info

Publication number: CZ9902124A3
Application number: CZ19992124A
Authority: CZ
Inventors: Marek Nedbal
Original assignee: Marek Nedbal
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2004-03-17
Also published as: CZ295589B6

Description

Vynález se týká elektrických vodičů nebo supravodičů pro elektrické stroje, přístroj· a zařízení se zvýšenou indukčnost £, s antiskin efektem*, a u supravodičů a vétším rozsahem pracovních teplot, dále se vynález týká elektrických vodičů a supravodičů se specificky výhodným tvarem jejich průřezu.

Dosavadní stav techniky

Dosud se používalo elektrických vodičů diamagnetických např. médéné, stříbrné, zlaté.·. a různé diamagnetieké aloučetlny, slitiny a smési.

Dále se používalo elektrických vodičů paramagnetiekýeh - např. hliníkové... a různé paramagnetieké sloučeniny, slitiny a smési.

Dále se používalo elektrických vodičů feromagnetických - např. železné, niklové·.· a různé feromagnetické sloučeniny, slitiny a emisi.

V poslední řadi se používalo elektrických supravodičů, které jsou ideálními diamagnetiky, a to doposud při teplotách velmi nízkých až nízkých, řodle velikosti kritické teploty se rozlišují supravodiče nízkoteplotní (LTS - anglicky low temperature superconductor), které vykazují supravodivost pod teplotou 4,2 K (teplota varu kapalného helia), a to jsou supravodiče např. hliníkové, cínové, rtužové..., a zvláště významné jsou supravodiče vysokoteplotní (BTS - anglicky high temperature superconductor), které vykazují supravodivost při teplotách nad 77 E (teplota varu kapalného dusíku), a to jaou keramické oxidové supravodiče na bázi soustav - yttriům, baryum, méS a kyslík, anebo lanthan, baryum, méá a kyslík. Přirozené se také používalo i elektrických supravodičů vykazujících supravodivost pří teplotách 4,2 K až 77 E (proto je možné označit tyto supravodiče jako středoteplotni HTS — anglicky medium temperature

supercendueter), a to jsou například supravodiče olověné, niobové, sloučenina niobu s křemíkem nebo niobu a germaniem (NbjSl nebo Bb^Ge).

Uvedený dosavadní stav techniky byl doposud konstrukčně jednoduchý, anebo spletený v lanka nebo lana a těchto konstrukčně jednoduchých elektrických vodičů, anebo supravodičů. Tis tyto elektrické vodiče dosud vykazovaly nižáí indukčnost, při průchodu elektrického proudu jimi vytvářely ve svém okol! slabil magnetické pole a nevykazovaly žádný *antlskln efekt*$ a supravodiče dosud nebyly provozuschopné při ještě vyšších teplotáah»

Dále se užívalo elektrických vodičů a supravodičů jejichž tvar průřezu byl kruh, a pak až len průřezu ve tvaru čtverce nebo obdélníku jejichž rohy byly zaobleny nebo araženy, přičemž těchto se užívalo pro vinuti elektrických strojů, přístrojů a zařízení - čímž nebyl vždy plně využit jejich hranatý prostor určený pro takové vinuti.

- 3 Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje elektrický vodič nebo supravodič pro elektrické stroje, přístroje a zařízení, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen přinejmenším jednou první vnitrní částí elektrického vodiče nebo supravodiče, která je diamagnetická nebo paramagnetická nebo supravodivá, a která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s přinejmenším jednou druhou vnější částí elektrického vodiče nebo supravodiče, která je feromagnetická - přičemž při průchodu elektrického proudu tímto elektrickým vodičem nebo supravodičem, anebo při proměnlivém působení vnějšího magnetického pole na tento elektrický vodič nebo supravodič jsou vypuzovány, anebo jsou střídavě vypuzovány volné elektrony z jeho přinejmenším jedné druhé vnější části tvořené feromagnetikem do jeho přinejmenším jedné první vnitřní části tvořené diamagnetikem nebo paramagnetikem nebo supravodivým ideálním diamagnetikem· Toto vypuzování, anebo střídavé vypuzování volných elektronů je umožněno vždy elektrickým a mechanickým spojením přinejmenším jedné druhé vnější části s přinejmenším jednou první vnitřní částí tohoto elektrického vodiče nebo supravodiče - a tím bude posíleno při jejich funkci elektromagnetické pole, což zvýší i jejich indukčnost, a způsobí antiskín efekt; anebo u supravodičů bude zvýšena jejich pracovní teplota, a tím i rozsah pracovních teplot v důsledku snazšího tvoření Cooperových párů volných elektronů, a to i za těchto vyšších teplot, nebol vypuzené elektrony do ve svém důsledku ideálního diamagnetika zvýší momentálně - tedy při jejich funkci - celkový počet volných elektronů v tomto poté ideálním diamagnetiku, a navíc jejich pohyb bude a priori a při přechodu převažující ve stejném smyslu nebo kontrastní v elektromagnetickém poli z feromagnetika, a tím pak ve svém důsledku silně kontrastní v opačném smyslu oproti pohybu takto vytvořených párů volných elektronů v ideálním diamagnetiku - tedy i atomové nebo molekulové proudy budou zrcadlově obráceny, a to ve feromagnetiku oproti v ideálním diamagnetiku, které je samo o sobě pouze

- 4 běžným supravodičem s uvedeným označením jen LTS až HTS·

- Elektrický vodič diamagneticko-feromagnetický (je označen Dp). • Elektrický vodič paramagneticko-feromagnetický (je označen pp).

- Nízkoteplotní supravodič s feromagnetikem až vysokoteplotní supravodič a feromagnetikem (jsou označeny LTS-P až HTS-P).

Dále tyto elektrické vodiče - DP a PP mají takřka - díky své kompozitní konstrukci - zachovat elektrickou vodivost s tím, že zároveň i jejich magnetická vodivost se má zlepšit, a to v tomto případě z hlediska výhodného povrchového magnetického jevu - ideální kompromis mezi elektrickou a magnetickou vodivostí. Tedy mimo své již zmíněné zvýšené indukčnosti mají elektrické vodiče - DP a PP vykazovat i vyšší účinnost požadované transformace energie elektrické v jinou elektrickou nebo elektrické v magnetickou a naopak, nebo energie elektrické v mechanickou nebo v akustickou a naopak, a to u elektrických strojů, přístrojů a zařízení. Z čehož plyne, že u elektrických vodičů - DP nebo PP bude připadat při jejich vyšší elektromagnetické indukci na jeden závit ve vinutí více zvýšené elektrické napětí, než ztráta elektrického proudu, a tedy především takto se může projevovat jejich zvýšená elektromagnetická indukce - a tím vytváření silnějšího elektrického a magnetického pole v tomto novém elektrickém vodiči nebo případně supravodiči a v jeho okolí... - a to oproti běžným elektrickým vodičům diamagnetickým nebo paramagnetickým nebo dokonce feromagnetickým anebo oproti běžným supravodičům za určitých shodně daných provozních podmínek - provozní teplota, hustota elektrického proudu, intenzita magnetického pole, magnetická indukce a mechanické namáhání.··

Dále supravodiče - LTS-P až HTS-P by měly tvořit pokud možno uzavřené obvody nebo smyčky - tedy bez začátku a konce, a to kvůli již zmíněnému vypuzování volných elektronů a následnému snazšímu tvoření Cooperových párů volných elektronů na základě obecně známého fyzikálního zákonu o akci a stejně velké reakci v opačném smyslu - tedy v tomto případě jde o přímou interakci volných elektronů na rozhraní extrémněji různých prostředí a o • · · již zmíněné zrcadlově obrácené atomové nebo molekulové proudy, a proto má být zajištěna snazší fúze volných elektronů v tyto Cooperovy páry volných elektronů - a to při elektromagnetické indukci vznikající v proměnném magnetickém poli, nebo při průchodu elektrického proudu těmito novými supravodiči, které by proto pokud možno neměly být v uzavřeném elektrickém obvodu nastavovány například běžným supravodičem - a to kvůli nutnosti tento běžný supravodič lokálně více chladit.

Supravodiče - LTS-P až HTS-P v multimikrovlásečnicových provedeních budou pravděpodobně nejvhodnější pro vznik supravodivosti v prvních vnitřních částech supravodiče - mikrovlásečnicích - tvořených běžným supravodičem např. sloučeninou yttria, barya, mědi a kyslíku - a to kvůli možnosti rozměrové optimalizace těchto prvních vnitřních částí supravodiče z hlediska dobrého elektrického spojení s přinejmenším jednou druhou vnější částí supravodiče tvořenou feromagnetikem, ale také z hledisek dalších···

U elektrických vodičů - DP a PP jde přirozeně také podobně jako u nových supravodičů o překonávání magnetických změn v jejich druhé či druhých vnějších feromagnetických částech spolu s překonáváním změn spojených se střídavým vypuzováním volných elektronů, a to vždy v opačném smyslu proti průchodu střídavého elektrického proudu v uzavřeném elektrickém obvodu - tedy tyto změny a jejich překonávání budou intenzivnější oproti změnám v běžných elektrických vodičích, a tím i žádaná reaktance X^ bude také u DP a PP vyšší. Dále kvůli výraznému povrchovému magnetickému jevu a díky vypuzování volných elektronů do své lépe elektricky vodivé první či prvních vnitřních částí.·· budou také vykazovat do určité míry shora zmíněný antiskín efekt.

- Požadavky na druhé vnější části elektrických vodičů - DT nebo PP, nebo supravodičů - LTS-P až HTS-P by měly být:

- Především co nejvyšší magnetická vodivost a elektrická vodivost, dostatečná magnetická měkkost - s vhodným průběhem magne• · • · · ·

- 6 tického sycení, a co nejvyšší elektrická vodivost spojení s prvními vnitřními částmi vodičů, nebo supravodičů. - V technické praxi u různých provedení vynálezu však nejspíš půjde o nějaké dané kompromisy mezi elektrickými a magnetickými vodivostmi atd. a i jiné požadavky.·· Dále na konstrukci těchto nových elektrických vodičů, a supravodičů budou mít vliv - provozní frekvence, elektrická napětí a proudy, mechanická namáhání atd.

- Taktéž nejsou známy konkrétní plošné poměry průřezů mezi prvními vnitřními a druhými vnějšími částmi těchto nových elektrických vodičů, nebo supravodičů - jednotlivých provedení vynálezu - tedy poměrově vyjádřeno D/P nebo P/P, anebo LTS/P až HTS/P. Ale je známé, že druhé vnější feromagnetické části elektrických vodičů - DP nebo PP, anebo supravodičů - LTS-P až HTS-P - nemohou být příliš tenké a drobné, a musí pracovat pod jejich Curieovou teplotou - nebol pak by se nechovaly jako feromagnetika.··

- Prozatím hrubý a přibližný průměrný odhad s poměrovým vyjádřením - D/P nebo P/P - 95%/5% - např. raěá/nikl; anebo LTS/P až HTS/P - 50%/50% - kde užité feromagnetikům přinejmenším jedné druhé vnější části tohoto nového supravodiče by mělo asi v lepším případě dosahovat p^.^maX^ hodnoty jen několik jednotek až desítek, a mělo by také snášet velkou intenzitu magnetického pole - - tedy do této maximální hodnoty permeability, přičemž magnetické domény by měly být pokud možno co nejdrobnější·.·

Kvůli lepšímu využití hranatého prostoru pro elektrické vinutí cívek je mnohdy výhodné, aby tvar průřezu elektrického vodiče nebo supravodiče byl čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a j3.trany vypouklé - což podobně platí i pro celek elektrického nebo supravodiče s přinejmenším jednou elektrickou izolací pospolu, jako například s elektrickou izolací z umělé hmoty nebo z laku nebo z hedvábí apod. - tedy přičemž jejich komplexní tvar průřezu tohoto celku je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené • · • · ·

- 7 a strany vypouklé, a kde je elektrický vodič nebo supravodič tvořen přinejmenším jednou první vnitřní částí elektrického vodiče nebo supravodiče, která je diamagnetická nebo paramagnetická, nebo je supravodivá, a která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s přinejmenším jednou druhou vnější částí elektrického vodiče nebo supravodiče, která je feromagnetická, anebo kde je elektrický vodič nebo supravodič tvořený přinejmen ším pouze jedním diamagnetickým nebo paramagnetickým materiálem nebo supravodivým materiálem, který je ideálním diamagnetikem tedy jako přinejmenším jednou samotnou první vnitřní částí elek trického vodiče nebo supravodiče - přičemž 90% až 93% čtvercové ho průřezu se jeví jako nejvhodnější kompromis provedení tvaru průřezu tohoto elektrického vodiče nebo supravodiče, a to pro možnosti vakuového zalití lakem, a pro dobré dosednutí elektric kého vinutí při navíjení lehce klínovým způsobem, a to závit vedle závitu. Při tom využití hranatého prostoru pro toto elektrické vinutí cívek, by pak mělo být v průměru asi o 5% vyšší než doposud - oproti elektrickým vodičům nebo supravodičům kruhového průřezu (přibližně nejlépe v rozmezí těchto průměrů fí 0,2 mm až ff 1 mm), kde je ještě odpočítáno zesílení elektrické izolace vně, a horší dosednutí těchto nových elektrických vodičů nebo supravodičů z důvodu jejich relativně větších styčných ploch.·· - Tedy asi při relativních minimech a maximech poměrového využití hranatého prostoru pro elektrické vinutí cívek, a to s oběma uvedenými a zmíněnými odpočtyi + 93

100 x .............. ^{1 1} % - 2% - 2% » 105% dosavadního využití..· '78,5 + 89,5

- A při prokládání jednotlivých vrstev elektrického vinutí lze dosáhnout až asi 110% dosavadního využití...

- Nevýhodou tohoto provedení vynálezu je větší požadovaná přesnost při navíjení tohoto elektrického vinutí cívek, a to především platí pro slabé elektrické vodiče nebo supravodiče, kde už pro přesnost navíjení se mohou tyto elektrické vodiče nebo supravodiče stát naopak nevýhodnými.

Přehled obrázků aa výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, na kterých, isou znázorněny různá provedení elektrických, vodičů - DF nebo PF, anebo supravodičů - LTS-F až HTS-F - kde ji na obr. t znázorněn jednoduchý elektrický, anebo supravodivý kabel jehož tvar průřezu je kruh_t a to kompozitní konstrukce.

- Ha obr. 2 je znázorněn jednoduchý elektrický vodič, anebo supravodič jehož tvar průřezu je kruh.

- Ha obr. 3 je znázorněn jednoduchý elektrický, anebo supravodivý kabel, kde tvar jeho průřezu je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a strany vypouklé.

- Ha obr. 4 je znázorněno čtvrté provedení vynálezu jehož tvar průřezu je prstenec s vnější elektrickou izolací.

- Ha obr. 5 je znázorněno páté provedení vynálezu jehož tvar průřezu je prstenec.

- Ha obr. 6 je znázorněno Šesté provedeni vynálezu, a to koaxiální kabel.·.

- Ha obr. 7 je znázorněno sedmé provedeni vynálezu, a to tzv. jednoduchou elektrickou šňůru...

- Ha obr, 8 je znázorněno osmé provedení vynálezu, a to kabelovou dvojlinku.··

- Ha obr. 9 je znázorněna část řezu devátého multiaikrovlásečnicového provedení vynálezu a elektrickou izolací vně.

• · • · · ·

Příklady provedení vynálezu

Elektrický vodič nebo supravodič podle obr. 1 sestává z jedné první vnitřní části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče - např. z mědi nebo z hliníku nebo ze sloučeniny yttria, barya, mědi a kyslíku apod., která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče - např. ze železa nebo z niklu apod·, přičemž tento celkový a celý elektrický vodič nebo supravodič je vně pokryt jednou elektrickou izolací J - např. z umělé hmoty nebo z laku nebo z hedvábí apod.

Elektrický vodič nebo supravodič podle obr. 2 sestává z jedné první vnitřní části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, která je tedy vždy diamagnetická nebo paramagnetická nebo supravodivá, a která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější částí 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, která je tedy vždy feromagnetická.

Elektrický vodič nebo supravodič podle obr. 3 sestává z jedné první vnitřní části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější částí 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, přičemž tento celkový a celý elektrický vodič nebo supravodič je vně pokryt jednou elektrickou izolací J - kde zároveň také jejich komplexní tvar průřezu tohoto celku je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a strany vypouklé.

Elektrický vodič nebo supravodič podle obr. 4 sestává z jedné trubkové první vnitřní části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější částí 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, přičemž tento celkový a celý elektrický vodič nebo supravodič je vně pokryt jednou elektrickou izolací 2·

Elektrický vodič nebo supravodič podle obr. 5 sestává z jedné trubkové první vnitřní části 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena se dvěma druhými vnějšími částmi 2, a 2V elektrického vodiče nebo supravodiče, kde 2 se nachází u okolního volného prostoru, a 2V se nachází u vnitřní dutiny.

• ·

- 10 Dvojice elektrických vodičů nebo supravodičů v provedení koaxiálního kabelu podle obr. 6 sestává z jedné válcové první vnitřní části 1A elektrického vodiče nebo supravodiče, která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější částí 2A elektrického vodiče nebo supravodiče, přičemž tento první celkový a celý elektrický vodič nebo supravodič, který se nalézá uprostřed tohoto koaxiálního kabelu je pokryt jednou elektrickou izolací JA, která slouží k elektrickému oddělení od jedné trubkové první vnitřní části 1B elektrického vodiče nebo supravodiče, která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s jednou druhou vnější částí 2B elektrického vodiče nebo supravodiče, přičemž tento druhý celkový a celý stínící elektrický vodič nebo supravodič je nakonec vně pokryt jednou elektrickou izolací 3B.

Elektrický vodič nebo supravodič v provedení jednoduché elektrické šňůry podle obr. 7 sestává ze sedmy spletených základních tenkých elektrických vodičů nebo supravodičů tvořených sedmy válcovými prvními vnitřními částmi J elektrických vodičů nebo supravodičů, které jsou zároveň vždy elektricky a mechanicky spojeny se sedmy druhými vnějšími částmi 2 elektrických vodičů nebo supravodičů, přičemž mezery mezi nimi jsou vyplněny jednou druhou vnější částí 2D elektrického vodiče nebo supravodiče, která je doplňkovou pružnou, tvárnou a elektricky vodivou feromagnetickou směsí, kde zvětšuje užitečný průřez tohoto celkového a celého elektrického vodiče nebo supravodiče, a nakonec je tento uvedený celek vně pokryt jednou elektrickou izolací J.

Elektrický vodič nebo supravodič dvojnásobný, a to v provedení kabelové dvojlinky podle obr. Θ sestává ze dvou válcových prvních vnitřních částí J elektrických vodičů nebo supravodičů, které jsou zároveň vždy elektricky a mechanicky jednotlivě spojeny se dvěma druhými vnějšími částmi 2 elektrických vodičů nebo supravodičů, přičemž tyto dva celkové a celé samostatné elektrické vodiče nebo supravodiče odděluje a zároveň vně pokrývá jedna elektrická izolace J.

Elektrický vodič nebo supravodič v provedení jednoduchého multimikrovlásečnicového kabelu podle obr. 9, kde je znázorněna • · • « • · · · • ·· ► · · · · · část jeho řezu, která sestává z většího množství drobných válcových prvních vnitřních částí elektrického vodiče něho supravodiče, které jsou zároveň vždy elektricky a mechanicky spojeny s jednou druhou vnější částí 2 elektrického vodiče nebo supravodiče, přičemž tento celkový a celý elektrický vodič nebo supravodič je vně pokryt jednou elektrickou izolací J· • · • » • » » ·

- 12 Průmyslová využitelnost

Elektriaký vodič nebo supravodič podle vynálezu lze využít všude tam, kde je třeba zvýšené elektromagnetické indukce nebo vyššího využívaného výkonu, a vyšší účinnosti při přeměně jedné energie v druhou, nebo také v případě supravodičů bude možnost jejich menšího a snazšího chlazení než doposud.

- Jako například - přeměny energií - elektrické, magnetické nebo mechanické a akustické - u elektrických transformátorů, tlumivek a cívek, nebo u elektrických motorů, dynam a alternátorů, nebo u relé, elektromagnetů, reproduktorů a mikrofonů, nebo u měřících přístrojů využívajících elektromagnetismu, nebo je lze využít jako přívodních a výstupních elektrických vodičů nebo supravodičů pr· elektrické stroje, přístroje a zařízení atd.

- Za zmínku však ještě stojí budoucí využití supravodičů HTS-P, a to u taktéž budoucích termojaderných elektráren typu IKTOR.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1· Elektrický vodič nebo supravodič pro elektrické stroje, přístroje a zařízení, vyznačující se tím, že je tvořen přinejmenším jednou první vnitřní částí /1, 1A, 1B/ elektrického vodiče nebo supravodiče, která je diamagnetická nebo paramagnetická, nebo je supravodivá, a která je zároveň vždy elektricky a mechanicky spojena s přinejmenším jednou druhou vnější částí /2, 2A, 2B, 2D, 2V/ elektrického vodiče nebo supravodiče, která je feromagnetická.
2. Elektrický vodič nebo supravodič podle nároku 1, vyznačující se tím, že tvar jeho průřezu je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a strany vypouklé.
3. Elektrický vodič nebo supravodič podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je pokryt přinejmenším jednou elektrickou izolací /3» 3A, 3B/, která je z umělé hmoty nebo z laku nebo z hedvábí apod.
4. Elektrický vodič nebo supravodič podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že shora uvedené přinejmenším jedné druhé vnější části /2, 2A, 2B, 2D, 2V/ elektrického vodiče nebo supravodiče není vůbec užito - a tak jde o elektrický vodič nebo supravodič tvořený přinejmenším pouze jedním diamagnetickým nebo paramagnetickým materiálem, nebo supravodivým materiálem, který je ideálním diamagnetikem - tedy jako přinejmenším jednou samotnou první vnitřní částí /1/ elektrického vodiče nebo supravodiče - přičemž zároveň vždy jeho tvar průřezu je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a strany vypouklé, a který tedy není anebo je pokryt přinejmenším jednou elektrickou izolací /3/.
5. Elektrický vodič nebo supravodič podle nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že je jeho celek s přinejmenším jednou elektrickou izolací /3/ pospolu, přičemž jejich komplexní tvar průřezu tohoto celku je čtverec, jehož rohy jsou zaoblené a strany vypouklé.