美法科學家聯合設計試驗新型超導電動機

2007年5月24日報道，電動機領域最近正邁入新紀元。現今您所見到的應用於洗衣機、玩具以及風扇的所有的電動機均採用50年前發明的電機基本原理。但是，隨着超導線路替代常規銅線圈的實現，電動機變得更加緊湊、更具能源效率且花費更少，特別是在大型工業應用方面更具優勢。

最近，來自法國南錫第一大學與美國佛羅里達州塔拉哈西先進電力系統中心的科學家艾爾·哈德傑·愛拉姆及其同事已在非傳統技術的基礎上設計並測試了一種超導旋轉電機。他們的研究成果被刊登在電氣與電子工程師協會學報《超導應用》上，此項研究為電動機的發展提供了更好的機會。

目前與阿爾及利亞KhemisMiliana中心大學一起工作的科學家愛拉姆稱：這項研究工作有兩個目標。第一個目標是論證基於磁通量強度電動機的可行性，第二個目標則是論證超導體能夠在很大程度上改進電動機的性能。

與前幾年設計的基於高温的電動機相比較，愛拉姆及其同事研發的電動機是一種低温、電八極矩電動機，它還配備有一個固定的超導感應器。與銅線圈不同，新設計中的鈮-鈦(NbTi)感應線圈沒有電阻，這是超導體的最大優勢之一。

當兩個鈮-鈦感應線圈被相反方向的電流通過時，這些電流會製造出一種磁場。位於兩個線圈、四個用於定形和分佈磁能量線路的超導散裝金屬板間(它是由YBaCuO製成的，或釔鋇銅線氧)，這種磁場然後就會在磁選的基礎上產生一種交互性的電磁場。纏繞有銅線的旋轉電樞會將電能轉化為機械能，並最終使其轉化為一種實際應用。

在此項設計當中，通過利用液態氦能夠在線圈中保持零電阻之特性將整個感應器的温度冷卻到4.2開(開氏温標)。(科學家們解釋稱，高温線路在這種佈局中也能起作用。)對於所有的超導電動機來説，超導線路能夠比銅線負載更大的電流量。因此，與常規電動機相比，超導電動機可以在一個較小的空間內創造出更強大的磁場。

愛拉姆稱：對於大多數的超導電動機來説，結構是傳統的，磁通量徑向的，［然而］對於我們研發的電動機來説，感應器的磁通量卻是軸向的。

為了測試這種電動機的性能，科學家們先計算出它的磁梯形潛能，它可以説明一個磁場在一定區域內所產生的力量。然後，他們才來決定其磁通量密度，即那個區域內的磁數量。正如科學家們所解釋的那樣，兩個散裝金屬板間存在通量密度的最大值，而通量密度的最小值則存在於金屬板後，通量密度的巨大差異可以產生一種更為強大的磁場來使電動機的性能最佳化。

研究小組在實驗的基礎上論證了118.8伏特電動機的性能。他們還進一步計算出了一個理論的172.5伏特的發生電壓，並解釋稱，它們之間的差異應歸因於一種不確定因素，即散裝金屬板周圍磁場存在不同的最大和最小值，它們是不能進行直接測量的。改善磁通量密度的差異將有希望增大電動機的電壓。

愛拉姆稱：正如我們在另一篇研究文章中所論證的一樣，該項論證工作正在進行當中。與傳統的電動機相比，使用這種結構和幾根超導金屬線以及20mW發生功率的電動機可以減少20%-50%的感應量。

在不久的將來，研究小組計劃利用同樣的結構設計和製造出一個100kW的超導電動機。愛拉姆稱：這些電動機的最大優點在於其高功率量密度和高扭矩量密度，以及比常規電動機更少的振動。他進一步補充稱：一般來説，我認為海上推進和電力牽引可能從這些電動機獲益甚多。