KR102181807B1 - 초전도 전동기 및 발전기 - Google Patents

초전도 전동기 및 발전기 Download PDF

Info

Publication number
KR102181807B1
KR102181807B1 KR1020167010637A KR20167010637A KR102181807B1 KR 102181807 B1 KR102181807 B1 KR 102181807B1 KR 1020167010637 A KR1020167010637 A KR 1020167010637A KR 20167010637 A KR20167010637 A KR 20167010637A KR 102181807 B1 KR102181807 B1 KR 102181807B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stator
armature
superconducting
electromagnetic device
shielding sleeve
Prior art date
Application number
KR1020167010637A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160060720A (ko
Inventor
얼 이넉 플렉
앤드류 화이트헤드
Original Assignee
도미니언 얼터너티브 에너지 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도미니언 얼터너티브 에너지 엘엘씨 filed Critical 도미니언 얼터너티브 에너지 엘엘씨
Publication of KR20160060720A publication Critical patent/KR20160060720A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102181807B1 publication Critical patent/KR102181807B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/01—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for shielding from electromagnetic fields, i.e. structural association with shields
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/01—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for shielding from electromagnetic fields, i.e. structural association with shields
    • H02K11/014—Shields associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/0141—Shields associated with casings, enclosures or brackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/876—Electrical generator or motor structure
    • Y10S505/877—Rotary dynamoelectric type
    • Y10S505/878—Rotary dynamoelectric type with cooling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

초전도 전동기 또는 발전기의 기존의 것이 아닌 토폴로지가, 표유 자속(stray flux)을 감소시키고, 에어 갭 내에 자속선을 집중시킴으로써, 에어 갭 자속 밀도를 증가시킨다. 본 발명을 이용하는 전동기 또는 발전기는, 3개의 구성 요소: 회전 전기자, 영구 자석 고정자 및 차폐 슬리브를 포함한다. 모터의 차폐 슬리브는, 전기자와 고정자 사이에 맞춰지는 중공 실린더이며, 내부에서 임계 온도보다 낮은 온도까지 복수의 고온 초전도체를 냉각하도록 구성되어 있다. 이들 초전도체는 플럭스를 리디렉션하고 효율을 더 증진시키도록 최적의 위치에 배치된다.

Description

초전도 전동기 및 발전기{SUPERCONDUCTIVE ELECTRIC MOTOR AND GENERATOR}
본 출원은, 2013년 9월 26일에 출원된 미국 가출원 제61/882,790호에 의거하여 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 참조에 의해 포함된다.
본 발명은, 일반적으로 다양한 시스템 또는 장치에서의 사용에 적합할 수 있는 전동기 및 발전기에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 초전도체의 사용을 통해 향상된 효율을 제공하는 전동기 및 발전기에 관한 것이다.
1800년대에 개발된 전동기 구조는 기전력(EMF)을 일으키는 데 고정된 자기장 배치를 사용한다. 전류의 증가는, 보다 높은 및 낮은 효율의 소비 레이트로 큰 기전력을 발생시키는 더 크거나 강력한 자기장을 유도한다. 따라서, 증가된 전류를 공급받은 모터는 역기전력에 의해 특정 RPM 피크로 제한된다.
고온의 초전도체가 그높은 전류 밀도 및 낮은 DC 손실 때문에 전동기를 설계하는 데 사용되어 왔다. 이러한 모터는, 초전도체의 온도가 너무 높게 오르는 것을 막기 위해 극저온 냉각 시스템을 필요로 한다.
전동기에 의해 손실되는 전자기 에너지의 대부분은 히스테리시스 및 와전류에 기인한다. 히스테리시스 손실은, 교번 자기장(alternating magnetic field)의 인가에 의해 자화를 변화시켰을 때 철 금속에 의해 흡수된 전자기 에너지의 양을 말한다. 와전류는, 모터에서 필드에 의해 도전성 모터 부품에 의도하지 않게 유도되는 전류이다. 이러한 전류는 모터를 작동시키는 것과는 반대의 자기장을 발생시키고, 이에 따라 모터에 자기 드래그(magnetic drag)의 형태로 작용한다. 따라서, 이러한 문제로 인한 에너지 손실을 줄이고 향상된 효율을 제공하는 전동기에 대한 필요가 있다.
중국 특허공개공보 103094998(2013.05.08.)
본 발명은, 향상된 효율을 제공하는 전동기 및 발전기를 위한 시스템 및 장치를 포함하는 다양한 실시예에 관한 것이다. 본 발명의 이들 및 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기의 단면도 또는 토폴로지.
도 2는 도 1에 나타난 차폐 슬리브의 단면도.
도 3은 도 2에 나타난 차폐 슬리브의 내부 구조의 사시도.
도 4는 도 1에 나타난 차폐 슬리브의 사시도.
다음의 설명은 본질적으로 단순한 예시이며, 본 개시, 적용 또는 사용을 제한하고자 하는 것은 아니다. 도면 전반에 걸쳐 대응하는 참조 번호는 동일한 또는 대응하는 부품 및 특징을 나타내는 것임을 이해해야 한다.
본 발명의 더 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 개시된 특정 실시예에한정되는 것이 아니라, 그렇게 다양할 수 있음이 물론임을 이해해야 한다. 또한, 본원에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하는 것을 목적으로 하며, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되므로, 한정을 의도하는 것은 아님을 이해해야 한다.
다양한 재료가 본 발명의 다양한 양태에 적합한 것으로 식별된다. 이들 재료는 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 청구범위를 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 또한, 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 본원에는 한정된 수의 예시적인 방법 및 재료가 기재되어 있다.
본원 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 단수 형태("a", "an", 및 "the")는, 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함하는 것임을 유념해야 한다.
본원에 기재된 본 발명의 실시는, 에어 갭 자속 밀도를 증가시키고 히스테리시스 및 와전류로 인한 손실을 감소시킴으로써, 초전도 전동기 또는 발전기의 효율을 높이는 데 사용된다. 또한, 본 발명은 다수의 표준 모터 부품을 사용하고, 이에 따라 본 발명에 따른 전동기 또는 발전기는, 최소한의 변경으로 표준의 기계 시스템과 인터페이싱할 수 있으며, 표준 및 비용-효과적인 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "모터"가 반대의 "발전기"를 말할 수도 있으며, 그 역의 관계도 가능함을 이해할 것이다.
본 발명의 샤프트에 회전력이 가해질 경우에는, 발전기로 동작하여, 단자에 접속된 임의의 부하에 전력을 공급한다. 모터로서 효율을 높이는 본 발명의 동일한 특성이 또한 발전기로서 효율을 높일 것이다. 본 발명은, 모터로 또는 발전기로 사용되던지간에 주된 적용에 관계없이 효율을 향상시키게 될 것이다. 기계적 에너지의 전기 에너지로의 역변환은 발전기에 의해 행해진다. 모터 및 발전기는 많은 유사성을 가지며, 많은 기존의 모터는 전기를 발생시키도록 구동될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는, 차량에서 배터리 팩의 이용 가능한 드라이빙 범위를 크게 증가시켜 비하이브리드(non-hybridized) 전기 차량이 매일의 통근자에게 성공적이게 할 수 있을 수도 있다. 그 결과, 가솔린 추진 차량으로부터 전기, 비하이브리드 차량으로의 성공적인 전환을 용이하게 할 수도 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동기 또는 발전기(1)는 회전 전기자(10), 영구 자석 고정자(20), 및 차폐 슬리브(30)를 포함한다. 회전 전기자(10)는 모터(1)의 중앙에 나타나 있으며, 베어링 및 브러시 조립체(도시 생략)와 연관된다.
차폐 슬리브(30)는, 전기자(10)와 고정자(20) 사이에 맞춰지는 중공 실린더이다. 차폐 슬리브(30)는, 슬리브(30) 내에 위치된 고온의 복수의 초전도체(40)를 초전도체(40)의 임계 온도 아래의 온도로 냉각하도록 구성된다. 약 100K의 임계 온도를 갖는 고온의 초전도체(40)는, 매우 간단한 저온 냉각기, 또는 택일적으로 77.4K의 끓는점을 갖는 액체 질소(liquid nitrogen(LN2))에 의해 냉각될 수 있다. 2개의 주요 고온 초전도 재료: YBa2Cu3O7(또는 YBCO)(Yttrium-Barium-Copper-Oxide) 및 BSCCO(Bismuth-Strontium-Calcium-Copper-Oxide)가 있다. 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에서, 모터(1)는 YBCO를 사용하여 반자기 반발장(diamagnetic repulsion field)을 유도한다. YBCO는 가장 높은 전류 밀도를 나타낸다. 그 임계 온도는 액체 질소 온도에서 사용 가능하게 하는 약 90K이다. 77K에서, 이 물질은, 자속 약 1.3T(Tesla)를, 및 50K 아래에서 6T 이상을 트랩할 수 있다.
도 2를 참조하면, 슬리브(30)의 내부 코어는, 3 lb/ft3 우레탄 폼의 약 1" 두께의 절연 중공 실린더 등의 우레탄 폼으로 형성된다. 실린더(100)는, 극저온에서 견딜 수 있는 수지로 형성되는 유리 섬유 하우징 내에 수용된다. 유리 섬유 인클로저는 약 3/16"의 두께로 감긴 맨드릴이다. 유사한 조성의 절연된 단부 캡(110)이 중앙 실린더(100)의 단부에 부착된다. 이들 단부 캡(110)은 약 6"의 내경 및 약 10"의 외경을 갖는다. LN2이, 초전도체에 대한 냉각을 제공하기 위해 실린더(100) 내에 도입될 수 있다. 이들 단부 캡(110) 중 하나는, 대량의 액체 질소 탱크의 상분리기를 받도록 끼워 맞춰진 질소 도입 포트를 갖는다. 다른 단부 캡(110)은, 증발된 질소가 슬리브(30)로부터 탈출할 수 있게 하는 가스 포트를 갖는다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 YBCO 123 초전도 벌크 플레이트(40)가, 단부 캡(110)간에서 중공 실린더(100)의 외면에 장착된다. 초전도 벌크 플레이트(40)는 각각 약 3"×1½"×½"의 치수를 갖는다. 벌크 플레이트(40)는 4 세트로 배치되며, 그 각각은 약 3"×6"×½"의 전체 치수를 갖는다. 벌크 플레이트(40)의 각 세트는 약 45°의 원호를 커버한다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 벌크 플레이트(40)의 모두 4개의 세트는 실린더(100) 둘레에 균일하게 분산되어서, 그들간에 약 45°의 원호가 또한 존재하고, 즉 갭이 또한 약 45°이다. 이 배치는 최적의 결과를 제공하지만, 다른 원호 및 갭 측정값도 본 발명의 범주 내이다. 추가적인 벌크 유리 섬유(도시 생략)가, 평탄한 접촉면을 제공하고 플레이트의 균열을 방지하기 위해, 각 벌크 플레이트(40)의 아래에 삽입될 수 있다. 벌크 플레이트(40)는, 슬리브(30) 내의 액체 질소와 벌크 플레이트(40) 사이의 더 큰 열적 접촉을 가능하게 하도록 천공된 내부 실린더(100)에 부착되는 유리 섬유 인클로저(120)에 의해 제자리에 유지된다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 슬리브(30)의 내부 실린더(100)를 둘러싸도록 유리 섬유로 이루어진 중공 실린더(130)가 있다. 실린더(130)는 약 10"의 외경 및 약 3/16"의 두께를 갖는다. 실린더(130)는 단부 캡(110) 위를 슬라이딩하여 밀봉하고, 슬리브(30)의 외벽(140)을 형성한다. 내부 실린더(100)와 외벽(140) 사이에서 보이드가 둘러싸여 단부 캡(110)에 의해 단부에서 밀봉한다. 이 보이드는 벌크 플레이트(40)를 포함하고, 또한 질소 배스(bath)로서 기능하여, 벌크 플레이트(40)를 그 임계 온도까지 냉각한다. 이 보이드 공간에 LN2가 도입되어, 필요한 냉각을 제공할 수 있다.
도 1에 나타난 영구 자석 고정자(20)는 슬리브(30)를 수용하도록 설계된다. 이 실시에서, 약 5"×½"×14" 길이의 치수를 갖는 알루미늄 봉재로 이루어진 팔각형으로서 설계되어 있다. 고정자 하우징(60)의 각 단부는 ½" 두께의 팔각형 알루미늄 단부 플레이트로 둘러싸인다. 약 1"×3"×6"의 치수를 갖는 희토류 자석(50)은 하우징(60)에 90° 간격으로 부착된다. 자석(50)은 번갈아 극이 안쪽을 향하게 해서 고정되어서, 동일한 극이, 모터(1)의 주축을 가로질러 서로 대향한다. 다른 타입의 자석(기존 희토류, 전자석, 심지어 초전도 권선)이 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 사용되는 자석 타입의 변화는, 자기장의 형태 및 기하학적 형상에 변화를 일으킬 것이다. 최적의 차폐된 원호가, 자석 타입, 조성, 및 기하학적 형상에 따라 변화할 것이다.
고정자 하우징(60)은 단부 플레이트가 하반부에 부착되는 2개의 절반부에 구성될 수 있다. 이것은 슬리브(30)에의 액세스를 가능하게 한다. 절반부에 플랜지가 용접되어, 모두 볼트 결합 가능하게 한다.
고정자 하우징(60)과 슬리브(30) 사이의 모든 보이드 공간에는, 3 lb/ft3 우레탄 폼이 충전된다. 폼은 슬리브(30)의 외벽(140)을 하우징(60)으로부터 절연하고, 이에 따라 질소 배스에의 열 부하를 줄인다. 이는, 또한 고정자 플랜지 볼트가 조여질 때 제자리에 고정하여 슬리브(30)에 대한 마찰 맞춤을 제공한다.
모터(1)의 작동에 앞서, 슬리브(30)가 고정자(20) 내에서 회전해서, 벌크 플레이트(40)의 각 세트는 고정자 자극간에 정렬된다. 이어서, 액체 질소가 슬리브(30) 내에 도입되어, 벌크 플레이트(40)를 그 임계 온도까지 냉각한다. 벌크 플레이트(40)가 그 임계 온도에 도달하면, 고정자 자석(50)에 의해 발생되는 자속은 벌크 플레이트(40) 내부에 트랩된다. 이어서 슬리브(30)가 90° 회전되어, 트랩된 플럭스는 가장 가까운 자석에 대해 극성이 반대가 된다. 이 시점에, 모터(1)가 작동한다.
이들 벌크 플레이트(40)들에는 저압 액체 질소가 플러딩되고, 크라이오 유닛은 이들을 4개의 네오디뮴 자석(50) 앞면에서 최적의 위치에 유지한다. 이들 생성된 필드는 EMF를 위한 필드를 생성하는 전기자 위에 있다. 필요에 따라 본 발명의 범주 내에서 다른 자석이 사용될 수 있다.
설명된 실시는 초전도체를 냉각하고 절연하는 데 액체 질소를 사용한다. 다른 실시에서, 당업자에게 알려진 도전성 냉각 또는 다른 타입의 냉각 메커니즘이 사용 가능하다. 열전도가 초전도체를 냉각하는 데 사용될 경우, 슬리브는 열 전도성 재료로 형성된다.
이 설계는 표유 자속(stray flux)을 감소시킴으로써 모터 또는 발전기의 효율을 높인다. 활성화된 벌크 플레이트(40)는 에어 갭 자속 밀도를 증가시키고, 그들간에 자속선을 집중시킨다. 이 플럭스는, 전기자 필드와 상호 작용하고 양의 토크를 생성하는 데 최적의 에어리어에 있다. 벌크 플레이트(40)에 트랩된 플럭스의 역극성은 플레이트의 에지 근방의 고정자 필드로부터의 자속을 상쇄하여, 플레이트간의 집중된 필드만이 전기자와 상호 작용하게 한다. 역 방향에서, 마찬가지로 전기자 필드는 벌크 플레이트(40)에 의해 집중되어 고정자 자석(50)에 포커싱된다. 결과적으로, 히스테리시스 전류 및 와전류로 인한 손실이 저감된다.
예
1 마력의 모터가, 벨트 및 풀리 시스템을 구동하여, 본 발명에 따른 발전기로서의 시제품을 구동하도록 시험대에 장착되었다. 전력계(power meter)가 입력 전력을 측정하도록 구동 모터의 전원에 연결되었다. 장치의 리드는 회로 경로 내의 45와트 전구에 연결되었다. 시제품 모터에 의해 생성된 전류는, ExTech MA220 전류계를 사용하여 측정되었고, 생성된 전압은 Snap-On M.O.D.I.S. 러닝 12.2 소프트웨어를 이용하여 포착되었다. 2대의 머신을 연결하는 데 사용되는 풀리의 조합을 변화시킴으로써, 모터는 4가지 속도: 3510, 2995, 2630, 및 1910 rpm 중 하나로 구동될 수 있었다.
테스트는 말하자면 종래의 모터 테스트로 개시되었다. 이 테스트는, 초전도 벌크 플레이트를 활성화하지 않는 속도까지 모터를 구동시키고, 구동 모터 및 전구에 의한 소비 전력을 기록하는 것으로 구성된다. 이 테스트는 모든 4가지 속도로 10회 실시되었다. 이 테스트의 실시 후, 슬리브는 두 위치(+5 또는 -5) 중 하나에 세트되고 활성화되었다. 이들 위치에서, 벌크 플레이트는 고정자 필드 자석간에서 반경 방향으로 정렬된다. 두 위치는 90도 떨어지며, 이에 따라 그들간의 유일한 차이점은 어느 초전도체가 각 쌍의 고정자 자석간에 정렬된다는 것이다. 이어서, 10회의 테스트가 각 속도에서 실시되었다. 이들 테스트가 실시된 후, 슬리브는 반대의 위치(+5 또는 -5)로 90도 회전되었고, 더 10회의 테스트가 각 속도에서 실시되었다. 이 결과, 슬리브가 +5에서 활성화되고 +5 및 -5에서 동작되고, 슬리브가 -5에서 활성화되고 -5 및 +5에서 실시되게 테스트가 실시되었다. 총괄해서, 10개의 테스트의 16개의 시리즈가 실시되었고, 이는 각각의 가능한 조합의 활성화 및 동작 포인트마다의 각각의 속도에서의 것이다. 이하에 데이터를 나타낸다.
종래의 모터보다 효율의 증가 %
Figure 112016038801674-pct00001
이러한 테스트의 결과는 명확하다. 16개의 테스트 시리즈 중 15개에서, 동일한 속도에서 작동하는 비활성된 발명보다 14.9% 효율의 평균 증가하여, 비활성화된 모터보다 효율이 통계적으로 상당히 증가했음을 나타냈다. 상술한 바와 같이, 이 테스트는 본 발명의 개념을 증명하고자 하는 것이었다. 또한, 본 발명은, 그 의도하는 사용에서 동작하는 DC 모터의 효율이 얼마나 향상되는지의 정확한 추정치를 제공하지는 않는다. 장치의 효율은 슬리브가 활성화되었을 때 향상되었으며, 이는 표유 부하(히스테리시스 및 와전류)의 상당한 삭감을 했음을 증명한다. 본 발명은 하나의 모터에 대해 동일한 효과를 갖고 있지만, 표유 부하의 삭감 크기는 모터 및 그 자기장의 기하학적 형상에 의해 영향을 받게 된다.
수치 및 범위가 상술한 실시의 다양한 양태에 대해서 제공된다. 이러한 값 및 범위는 단지 예로서 취급되어야 하며, 청구범위를 한정하고자 함은 아니다.
본 발명을 특정 예시적인 실시와 관련하여 설명했지만, 많은 치환, 수정 및 변형이 전술한 설명에 비추어 명백할 것임은 당업자에게 분명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 및 사상 내에 있는 그러한 모든 치환, 수정 및 변형을 포함하는 것이다.

Claims (20)

  1. 전기자 및 고정자를 포함하는 직류 전동기 또는 발전기 내에서의 사용을 위한 초전도 전자기 장치이며, 상기 전기자는 회전력이 가해질 경우 회전하며 상기 전기자 상에 권선을 갖고, 상기 고정자는 내부에서 상기 전기자가 회전하며 적어도 2개의 자석들을 포함하고 각각의 인접한 자석들간에 각각의 갭을 갖는 초전도 전자기 장치로서,
    상기 전기자에 대해 상기 고정자와 함께 제자리에 고정되는 중공 차폐 슬리브 ― 상기 중공 차폐 슬리브는 내벽 및 외벽을 가져서, 상기 중공 차폐 슬리브 내에서 냉각 유체가 흐를 수 있음 ―; 및
    상기 차폐 슬리브 내에 세트들로 배치되고 각각의 세트들간에 갭을 갖는 복수의 초전도체 플레이트들을 포함하고, 상기 전기자 상에 권선과 상기 고정자의 자석 사이에 각각의 갭이 위치되고, 상기 플레이트들의 각각의 세트는 인접한 고정자의 자석들간의 각각의 갭과 반경 방향으로 정렬되고,
    상기 차폐 슬리브는 우레탄 폼으로 형성되는 내부 코어를 포함하고,
    상기 내부 코어는 유리 섬유 하우징 내에 수용되는, 초전도 전자기 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유체가 액체 질소인 초전도 전자기 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초전도체 플레이트는 YBCO(Yttrium-Barium-Copper-Oxide) 또는 BSCCO(Bismuth-Strontium-Calcium-Copper-Oxide)로 형성되는 초전도 전자기 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 코어는 절연 단부 캡을 포함하는 초전도 전자기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 초전도체 플레이트는 상기 차폐 슬리브의 내벽에 부착되는 초전도 전자기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    벌크 유리 섬유가 상기 초전도체 플레이트와 상기 차폐 슬리브 사이에서 평탄한 접촉면을 제공하는 초전도 전자기 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 고정자의 단부 각각에 위치된 하우징에 부착된 희토류 자석을 포함하는 초전도 전자기 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자석은 네오디뮴 자석인 초전도 전자기 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석은 영구 자석 또는 전자석인 초전도 전자기 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 자석은 초전도 전자석인 초전도 전자기 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 전기자 및 고정자를 포함하는 직류 전동기 또는 발전기 내에서의 사용을 위한 초전도 전자기 장치이며, 상기 전기자는 회전력이 가해질 경우 회전하며 상기 전기자 상에 권선을 갖고, 상기 고정자는 내부에서 상기 전기자가 회전하며 적어도 2개의 자석들을 포함하고 각각의 인접한 자석들간에 각각의 갭을 갖는 초전도 전자기 장치로서,
    상기 전기자에 대해 상기 고정자와 함께 제자리에 고정되는 차폐 슬리브 ― 상기 차폐 슬리브는 열 전도성 재료로 형성됨 ―; 및
    세트들로 함께 그룹화되고 각각의 세트들간에 갭을 갖는 복수의 초전도체 플레이트들을 포함하고, 각각의 세트는 인접한 고정자의 자석들간의 각각의 갭과 반경 방향으로 정렬되고,
    상기 차폐 슬리브는 우레탄 폼으로 형성되는 내부 코어를 포함하고,
    상기 내부 코어는 유리 섬유 하우징 내에 수용되는, 초전도 전자기 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 초전도체 플레이트는 YBCO(Yttrium-Barium-Copper-Oxide) 또는 BSCCO(Bismuth-Strontium-Calcium-Copper-Oxide)로 형성되는 초전도 전자기 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 자석은 영구 자석 또는 전자석인 초전도 전자기 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 자석은 초전도 전자석인 초전도 전자기 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020167010637A 2013-09-26 2014-09-25 초전도 전동기 및 발전기 KR102181807B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361882790P 2013-09-26 2013-09-26
US61/882,790 2013-09-26
PCT/US2014/057403 WO2015088622A1 (en) 2013-09-26 2014-09-25 Superconductive electric motor and generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160060720A KR20160060720A (ko) 2016-05-30
KR102181807B1 true KR102181807B1 (ko) 2020-11-24

Family

ID=52691457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167010637A KR102181807B1 (ko) 2013-09-26 2014-09-25 초전도 전동기 및 발전기

Country Status (10)

Country Link
US (2) US9190893B2 (ko)
EP (1) EP3050193B1 (ko)
JP (2) JP6280227B2 (ko)
KR (1) KR102181807B1 (ko)
CN (1) CN105659477A (ko)
AU (1) AU2014360790A1 (ko)
CA (1) CA2924369C (ko)
MX (1) MX2016003729A (ko)
RU (1) RU2692760C2 (ko)
WO (1) WO2015088622A1 (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2924369C (en) * 2013-09-26 2020-09-22 Dominion Alternative Energy, Llc Superconductive electric motor and generator
CN104682656B (zh) * 2013-11-26 2018-04-27 上海微电子装备（集团）股份有限公司 平板音圈电机
EP3073612B1 (en) 2015-03-26 2019-10-09 Skf Magnetic Mechatronics Stator assembly and magnetic bearing or electric motor comprising such a stator assembly
EP3073613B1 (en) * 2015-03-26 2019-10-09 Skf Magnetic Mechatronics Stator assembly and magnetic bearing or electric motor comprising such a stator assembly
ES2656821B1 (es) * 2016-08-30 2018-12-04 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology, S.L. Generador síncrono para aerogeneradores
US11081919B2 (en) * 2017-04-27 2021-08-03 Calnetix Technologies, Llc Electric machine with metallic shield rotor
RU2730734C1 (ru) * 2019-03-21 2020-08-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Гибридная силовая установка для транспортных средств
WO2021140578A1 (ja) * 2020-01-07 2021-07-15 須山弘次 超伝導体による磁力遮蔽による発電機、モーター、推進機
JP6899022B1 (ja) * 2020-04-27 2021-07-07 大倉　健吾 モータ装置
CN112672628B (zh) * 2020-12-30 2023-03-10 西安开容电子技术有限责任公司 一种转动机构的屏蔽装置
CN112510964B (zh) * 2021-01-29 2021-04-27 潍坊智汇电子科技有限公司 无换向装置超导直流电机
CN116155063A (zh) * 2021-11-22 2023-05-23 华中科技大学 一种超导发电装置及发电方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020145355A1 (en) 2000-01-11 2002-10-10 Maguire James F. Tangential torque support
CN103094998A (zh) * 2011-10-30 2013-05-08 李贵祥 超导磁力平衡器及磁力平衡的发电机

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU136446A1 (ru) * 1960-08-17 1960-11-30 Б.М. Ямановский Электрическа машина
US4176291A (en) * 1977-05-27 1979-11-27 Electric Power Research Institute, Inc. Stored field superconducting electrical machine and method
JPS5635714Y2 (ko) * 1979-06-29 1981-08-22
US4882513A (en) 1985-12-23 1989-11-21 Sundstrand Corporation Dual permanent magnet generator
JPS63277460A (ja) * 1987-05-07 1988-11-15 Mitsubishi Electric Corp ステツプモ−タ
JPH04208062A (ja) * 1990-11-30 1992-07-29 Aisin Aw Co Ltd 超電導電動機の超電導マグネット
US5177054A (en) * 1991-04-08 1993-01-05 Emerson Electric Co. Flux trapped superconductor motor and method therefor
US5256638A (en) 1991-11-14 1993-10-26 United Technologies Corporation Magnetically leviated superconducting bearing
JPH0672264U (ja) * 1993-03-17 1994-10-07 三菱重工業株式会社 低熱侵入クライオスタット
JP3349329B2 (ja) * 1996-03-05 2002-11-25 中部電力株式会社 超電導磁気軸受
US6002315A (en) 1997-03-17 1999-12-14 General Atomics Inner cold-warm support structure for superconducting magnets
US7453174B1 (en) * 1999-08-10 2008-11-18 American Superconductor Corporation Superconducting electric motor
US6597082B1 (en) * 2000-08-04 2003-07-22 American Superconductor Corporation HTS superconducting rotating machine
US6777841B2 (en) * 2000-10-09 2004-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Device comprising a rotor and a magnetic suspension bearing for the contactless bearing of the rotor
US7268461B2 (en) * 2001-02-15 2007-09-11 Integral Technologies, Inc. Low cost electrical motor components manufactured from conductive loaded resin-based materials
JP3864728B2 (ja) 2001-06-20 2007-01-10 日産自動車株式会社 回転電機
JP3891545B2 (ja) * 2001-07-10 2007-03-14 キヤノン株式会社 リニアモータ
US6711422B2 (en) * 2001-09-17 2004-03-23 Osman K. Mawardi Thin film superconducting synchronous motor
US7282832B2 (en) * 2001-09-19 2007-10-16 American Superconductor Corporation Axially-expandable EM shield
JP2004236446A (ja) * 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency 高温超伝導バルク材を用いた発電機
JP2005020914A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Asmo Co Ltd 電動機及びヨークハウジング
JP2007014181A (ja) * 2005-07-03 2007-01-18 Osamu Harakuni 複合磁性体駆動装置
JP4093263B2 (ja) * 2005-08-08 2008-06-04 愛知製鋼株式会社 異方性ボンド磁石とそれを用いた直流モータ。
US20070052304A1 (en) * 2005-09-07 2007-03-08 Philippe Masson Multi-pattern high temperature superconducting motor using flux trapping and concentration
JP5038025B2 (ja) 2007-06-07 2012-10-03 マブチモーター株式会社 ４角形状外形の小型モータ
DE102007030963A1 (de) * 2007-07-04 2009-01-08 Siemens Ag Vergussverfahren sowie Vergussvorrichtung für eine innerhalb eines Rotorkörpers vorhandene Erregerschaltung
GB0902393D0 (en) * 2009-02-13 2009-04-01 Isis Innovation Elaectric machine - modular
CN102597794B (zh) * 2009-04-20 2016-08-10 美时医疗控股有限公司 低温冷却超导体rf头部线圈阵列和具有超导的头部专用mri系统
JP5353585B2 (ja) * 2009-09-10 2013-11-27 新日鐵住金株式会社 超電導回転機
US20120013217A1 (en) * 2010-07-13 2012-01-19 Remy Technologies, L.L.C. Magnetic flux carrying sleeve member for an electric machine
GB2484079B (en) * 2010-09-28 2013-02-27 Siemens Plc A hollow cylindrical thermal shield for a tubular cryogenically cooled superconducting magnet
JP5373759B2 (ja) * 2010-12-28 2013-12-18 トヨタ自動車株式会社 超電導モータ
DE102011005291A1 (de) * 2011-03-09 2012-09-13 Siemens Aktiengesellschaft HTS-Synchronmaschine mit erhöhter Läuferstreuung
GB2490478B (en) * 2011-04-20 2014-04-23 Siemens Plc Superconducting magnets with thermal radiation shields
CN103023382A (zh) * 2011-09-23 2013-04-03 李贵祥 超导磁屏蔽曲柄连杆凸轮机构磁力机
CA2924369C (en) * 2013-09-26 2020-09-22 Dominion Alternative Energy, Llc Superconductive electric motor and generator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020145355A1 (en) 2000-01-11 2002-10-10 Maguire James F. Tangential torque support
CN103094998A (zh) * 2011-10-30 2013-05-08 李贵祥 超导磁力平衡器及磁力平衡的发电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jiangui Li,'A Novel HTS PM Vernier Motor for Direct-Drive Propulsion'. IEEE Trans ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 21, NO.3, JUNE 2011, pp. 1175-1179. 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
US20160094093A1 (en) 2016-03-31
CN105659477A (zh) 2016-06-08
JP6280227B2 (ja) 2018-02-14
CA2924369A1 (en) 2015-06-18
EP3050193B1 (en) 2021-12-29
AU2014360790A1 (en) 2016-05-12
JP6461385B2 (ja) 2019-01-30
EP3050193A1 (en) 2016-08-03
EP3050193A4 (en) 2017-06-14
US9917500B2 (en) 2018-03-13
KR20160060720A (ko) 2016-05-30
US9190893B2 (en) 2015-11-17
MX2016003729A (es) 2016-09-16
CA2924369C (en) 2020-09-22
JP2016532431A (ja) 2016-10-13
RU2016116060A (ru) 2017-10-30
US20150087523A1 (en) 2015-03-26
JP2018061435A (ja) 2018-04-12
WO2015088622A1 (en) 2015-06-18
RU2692760C2 (ru) 2019-06-27
WO2015088622A4 (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102181807B1 (ko) 초전도 전동기 및 발전기
Wang et al. Design, analysis, and experimental test of a segmented-rotor high-temperature superconducting flux-switching generator with stationary seal
US7489060B2 (en) Superconducting rotating machines with stationary field coils
US7492073B2 (en) Superconducting rotating machines with stationary field coils
RU2414799C2 (ru) Устройство со сверхпроводящей катушкой и синхронная машина индукторного типа
US8008826B2 (en) Brushless motor/generator with trapped-flux superconductors
US11502590B2 (en) Radial-gap type superconducting synchronous machine, magnetizing apparatus, and magnetizing method
CN101951128A (zh) 一种高温超导电机
JP2017518730A (ja) 電磁デバイス
Anvari et al. A coreless permanent-magnet machine for a magnetically levitated shaft-less flywheel
Jansen et al. High efficiency megawatt motor risk reduction activities
ITMI20112386A1 (it) "motore generatore sincrono a superconduttori"
CN106374644B (zh) 一种静态密封高温超导励磁磁通切换电机
Morimura et al. Single Halbach field magnet desined from dual Halbach field magnet for rotating machines
CN105576862A (zh) 一种全超导电励磁低速直驱同步发电机
RU2648677C1 (ru) Электрическая машина с постоянными магнитами и обмотками из высокотемпературного сверхпроводникового материала
CN108390536A (zh) 一种单低温保持器超导直线电机
RU45875U1 (ru) Сверхпроводящая электрическая машина
Wang et al. Comparative Study of Linear Superconductivity Machine With Different Stator and Winding Configurations
Chubraeva et al. Development of the Converter-Storage System Based on Smart Materials
Meng et al. Investigation on the performance of DI-BSCCO superconducting electric motor
Chin et al. Investigation on the performance of the DI-BSCCO superconducting electric motor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant