阅读说明：本技术 一种高速悬浮超导发电机 (A kind of high speed suspension superconducting generator ) 是由 严政 严基铭 于 2018-05-24 设计创作，主要内容包括：一种高速悬浮超导发电机利用低真空、高温超导环境,通过悬浮超音速动力车大动力机械高速前进,产生低阻力、低噪音、大磁力、大功率发电,本发明由悬浮超音速动力车、超导发电机组、电力输送网、铁轨、圆形低真空隧道、抽真空装置和控制中心组成。(A kind of high speed suspension superconducting generator utilizes low vacuum, high-temperature superconductor environment, it is advanced at utmost speed by the big dynamic power machine of suspension supersonic speed power car, lower resistance, low noise, big magnetic force, electricity generation are generated, the present invention is made of suspension supersonic speed power car, superconducting power unit, power delivery network, rail, round low vacuum tunnel, vacuum evacuation device and control centre.)

一种高速悬浮超导发电机

技术领域

本发明涉及一种超导高速悬浮动力发电机技术。

背景技术

清洁能源发电一直是人类追求发展的目标。

中国计划制造地面商业超音速飞列车，速度最高达到4,000km/h。

人们把处实现超导的过程于超导状态的导体称之为"超导体"。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。

由于临界温度的不断提高，人们将这些材料称为高温超导体。高温超导体的性质由载流子浓度决定，其本征特性是相干长度很短，即不均匀性。这对探索高温超导机理是十分需要的。超导的新奇特性的发现，对人类产生了重大意义。

零电阻效应具有无损耗运输电流的性质。如能实现超导化大功率发电机、电动机，例如在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到 5 万~6 万高斯(Gs)，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高 5~10 倍，达 1 万兆瓦，而体积却减少 1/2，整机重量减轻 1/3，发电效率提高50%。那么其不必要的能耗将大大降低，这在国防、科研、工业上具有极大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种利用低真空、高温超导环境，通过悬浮超音速动力车大动力机械高速前进，产生低阻力、低噪音、大磁力、大功率发电，一种高速悬浮超导发电机，其特征是，由悬浮超音速动力车、超导发电机组、电力输送网、铁轨、圆形低真空隧道、抽真空装置和控制中心组成。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述悬浮超音速动力车设置在圆形低真空隧道内，通过设置在悬浮超音速动力车底部的超导线圈磁体与铁轨的磁力相斥作用，将悬浮超音速动力车车体上升悬空，所述的悬浮超音速动力车在牵引电机系统的牵引下，不断在圆形低真空隧道内沿着铁轨单向循环高速前进；

所述的悬浮超音速动力车由牵引电机系统、主车厢、超导线圈磁体、V形悬挂支架和刹车系统组成；

所述的牵引电机系统包括牵引变压器、牵引变流器、牵引控制系统、驱动装置、牵引电机和制动系统。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述的超导发电机组设置在悬浮超音速动力车内，所述的高速悬浮超导发电机组设置四组，其中主发电机设置在悬浮高速动力车内，其余三组为辅助发电机，分别设置在悬浮高速动力车的左右两边和上面；

所述的超导发电机组由高速冲压发动机、液氮冷却装置和高速冲压发电机组成；

所述的高速冲压发动机由榄核形转子、锥轮、中轴、定子、聚流罩和压缩膨胀室组成，所述的榄核形转子、定子分别镶崁了超导磁铁，所述的聚流罩是前后强气流进出口、中间收窄的两边喇叭口形状，中间设置压缩膨胀室，所述的压缩膨胀室内分别设置了定子和榄核形转子的中段部位；

所述的液氮冷却装置分别在榄核形转子和定子上设置了冷凝管，冷却温度达到-150℃；

在液氮冷却装置的高温超导环境下，所述的高速冲压发电机的转子线圈绕组设置在高速冲压发动机的榄核形转子上，定子线圈绕组设置在高速冲压发动机的圆外壳内间隙槽里面，包围着转子线圈绕组，旋转产生磁力强度5 万Gs以上，切割电流动压，高速冲压发动机的榄核形转子产生高速旋转；

所述的超导发电机组在高速前进中，面对超音速气流（Ki），经过聚流罩，形成压缩高压强气流（Kp），进入中间收窄的压缩膨胀室，压力达到20Mpa以上，锥轮横截面气流压密度达到60t/m3以上；

所述的压缩高压强气流（Kp）环绕着榄核形转子向后流动，在锥轮、聚流罩的尾部排出强气流（Ke），驱动高速冲压发动机的榄核形转子、锥轮高速旋转。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述其超音速气流（Ki）、压缩高压强气流（Kp）、排出强气流（Ke）的全流程：在驱动高速冲压发动机和高速冲压发电机同步高速旋转发电的同时，其后喷反作用力又驱动悬浮超音速动力车前进。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述其牵引电机系统为悬浮超音速动力车高速前进第一动力，所述的高速冲压发动机在带动高速冲压发电机高速旋转发电的同时，高速冲压发动机排出强气流（Ke）其后喷反作用力为悬浮超音速动力车的第二动力。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述的电力输送网设置在悬浮超音速动力车外上部的两个V形悬挂支架内，通过Ω形状挂轨内置电力输送网双管电缆，分别连接电网供应外电力输入与将超导发电机组的发电电力向外输出。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述的铁轨铺设在圆形低真空隧道内底部，供悬浮超音速动力车沿轨道行驶；

所述圆形低真空隧道内上部设置了两条Ω形状挂轨，平稳固定V形悬挂支架的两个上端，保证悬浮超音速动力车的高速前进平衡不飞脱，所述的两条Ω形状挂轨与铁轨形成三点悬挂定位制导系统；

所述抽真空装置底部设置了真空泵压缩机、顶部设置的管口正对着圆形低真空隧道底部，所述的抽真空装置设置多组。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

所述的控制中心通过人工智能调控一种高速悬浮超导发电机其整个机械、冷却、悬浮、发电、电网安全运作，包括了悬浮超音速动力车启动加速、巡航运行、减速停车，超导发电机组发电过程和电力输送网的供电、输电过程，抽真空装置运作和保持高温超导冷却温度状态；

所述的控制中心由电力网络控制、主变压器、主变流器、交流传动控制、磁力控制、压力控制、空分装置和液氮储罐组成。

作为本发明的进一步改进，其特征是：

在驱动悬浮超音速动力车时，通过电力输送网的外电力，启动抽真空装置使圆形低真空隧道内气压达到空气密度0.7kg/m3，在悬浮超音速动力车的牵引电机系统启动前进加速同时，悬浮超音速动力车的底部与铁轨的磁力相斥作用使悬浮超音速动力车车体悬浮升起，并启动超导发电机组的四个喷射涡轮发电机旋转，在悬浮超音速动力车达到巡航运行速度后，由超导发电机组发电输出并网；

所述的悬浮超音速动力车其速度可达到超音速2,000-4,000km/h，所述的高速涡轮机和喷射涡轮发电机同步产生的高速旋转达到10,000-20,000rmp；

当悬浮超音速动力车需要减速停止，先将超导发电机组发电关闭，外电力维持供电，通过牵引电机系统减速，刹车系统制动，使悬浮超音速动力车安全平稳停止在站台上，本发明装置全过程运行由控制中心人工智能调控。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用低真空、高温超导环境，通过悬浮超音速动力车大动力机械高速前进，产生低阻力、低噪音、大惯性、大功率发电。

附图说明

下面结合附图及实例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体示意图。

图2是悬浮超音速动力车和超导发电机组三维示意图。

图3是超导发电机组结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种高速悬浮超导发电机由悬浮超音速动力车1、超导发电机组2、电力输送网3、铁轨4、圆形低真空隧道5、抽真空装置6和控制中心7组成。

参照图1-图2，所述悬浮超音速动力车1设置在圆形低真空隧道5内，通过设置在悬浮超音速动力车1底部的超导线圈磁体13与铁轨4的磁力相斥作用，将悬浮超音速动力车1车体上升悬空，所述的悬浮超音速动力车1在牵引电机系统11的牵引下，不断在圆形低真空隧道5内沿着铁轨4单向循环高速前进；

所述的悬浮超音速动力车1由牵引电机系统11、主车厢12、超导线圈磁体13、V形悬挂支架14和刹车系统15组成；

所述的牵引电机系统11包括牵引变压器、牵引变流器、牵引控制系统、驱动装置、牵引电机、制动系统。

参照图2，图3，所述超导发电机组2设置在悬浮超音速动力车1内，所述的超导发电机组2设置四组，其中主发电机2A设置在悬浮高速动力车1内，其余三组为辅助发电机2B、2C、2D，分别设置在悬浮高速动力车1外的左右两边和上面；

所述的超导发电机组2由高速冲压发动机21、液氮冷却装置22和高速冲压发电机23组成；

所述的高速冲压发动机21由转子211、锥轮212、中轴213、定子214、聚流罩215和压缩膨胀室216组成，所述的转子211、定子214分别镶崁了超导磁铁217；

所述的液氮冷却装置22分别在转子211和定子214上设置了冷凝管，冷却温度达到-150℃，所述的聚流罩215是前后强气流进出口大、中间收窄的两边喇叭口形状，中间设置压缩膨胀室216；

在液氮冷却装置22的高温超导环境下，所述的高速冲压发电机23的转子线圈绕组231设置在高速冲压发动机21的转动轴转子211上，定子线圈绕组232设置在高速冲压发动机21的圆外壳内间隙槽里面，包围着转子线圈绕组231，旋转产生磁力强度5 万Gs以上切割电流动压，促使高速冲压发动机21的转子211产生高速旋转；

所述的超导发电机组2在高速前进中，面对超音速气流Ki，经过聚流罩215，形成压缩高压强气流Kp，进入中间收窄的压缩膨胀室216，压力达到20Mpa以上，锥轮212横截面气流压密度达到60t/m3以上，所述的压缩膨胀室216内分别设置了定子214和榄核型转子211的中段部位，所述的压缩高压强气流Kp环绕着转子211向后流动，在锥轮212、聚流罩215的尾部排出强气流Ke，驱动高速冲压发动机的转子211、锥轮212产生高速旋转。

参照图3，所述其超音速气流Ki、压缩高压强气流Kp、排出强气流Ke的全流程：在驱动高速冲压发动机21和高速冲压发电机23同步高速旋转发电的同时，其后喷反作用力又驱动悬浮超音速动力车1前进。

参照图2、图3，所述其牵引电机系统11为悬浮超音速动力车1高速前进第一动力，所述的高速冲压发动机21在带动高速冲压发电机23高速旋转发电的同时，高速冲压发动机排出强气流Ke其后喷反作用力为悬浮超音速动力车1的第二动力。

参照图1、图2，所述电力输送网3设置在悬浮超音速动力车1外上部的两个V形悬挂支架14内，通过Ω形状挂轨51内置电力输送网3双管电缆，分别连接电网供应外电力D输入与超导发电机组2的发电电力D1向外输出。

参照图1、图2，所述铁轨4铺设在圆形低真空隧道5内底部，供悬浮超音速动力车1沿轨道行驶，所述圆形低真空隧道5内上部设置了两条Ω形状挂轨51，平稳固定V形悬挂支架14的两个上端，保证悬浮超音速动力车1的高速前进平衡不飞脱，所述的两条Ω形状挂轨51与铁轨4形成三点悬挂定位制导系统；

所述抽真空装置6底部设置了真空泵压缩机61、顶部设置的管口62正对着圆形低真空隧道5底部，所述的抽真空装置6设置多组。

参照图1、图2，所述控制中心7通过自动智能调控一种超导发电机其整个机械、冷却、悬浮、发电、电网安全运作，包括了悬浮超音速动力车1启动加速、巡航运行、减速停车，超导发电机组2发电过程和电力输送网3的供电、输电过程，抽真空装置6运作和保持高温超导冷却温度状态；所述的控制中心7由电力网络控制、主变压器、主变流器、交流传动控制、磁力控制、压力控制、空分装置和液氮储罐组成。

参照图2，在驱动悬浮超音速动力车1时，通过电力输送网3的外电力D，启动抽真空装置6使圆形低真空隧道5内气压达到空气密度0.7kg/m3，在悬浮超音速动力车1的牵引电机系统11启动前进加速同时，悬浮超音速动力车1的底部与铁轨4的磁力相斥作用使悬浮超音速动力车1悬浮升起，并启动超导发电机组2的四个高速冲压发电机2A、2B、2C、2D旋转，在悬浮超音速动力车1达到巡航运行速度后，由超导发电机组发电D1输出并网；

所述的悬浮超音速动力车1其速度可达到超音速2,000-4,000km/h；所述的高速冲压发动机21和高速冲压发电机23同步产生的高速旋转可达到10,000-20,000rmp；

当悬浮超音速动力车1需要减速停止，外电力D维持供电，通过牵引电机系统11减速，刹车系统15制动，使主车厢12安全平稳停止在站台上，本发明装置全过程运行由控制中心7人工智能调控。

一种高速悬浮超导发电机的应用包括：

一、外圆直径100m的低真空隧道，隧道内径3m，悬浮超音速动力车总重量6t，运行速度2,000km/h（556m/s），超导发电机组采用涡扇式发动机，与发电机同步转速10,000rmp。

二、设计外圆直径1,000m的低真空隧道，隧道内径3m，悬浮超音速动力车总重量16t，运行速度4,000km/h（1,111m/s），超导发电机组的高速冲压发动机和高速冲压发电机同步转速20,000rmp。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。