用于俘获场磁体的激活的系统和方法技术方案

用于在超导材料中激活俘获场磁体的系统，所述系统可以包括：超导材料元件以及被布置成接近超导材料元件的电磁源。电磁源可以被配置成产生足以激活超导材料元件的磁场脉冲。超导材料元件可以被配置成保持基本上等于由磁场脉冲生成的磁场的俘获磁场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年1月22日提交的、标题为“用于俘获场磁体的激活的系统和方法”的美国临时专利申请No.61/929,982的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。
本公开一般涉及超导俘获场磁体的激活以及相关的方法和系统。本公开还涉及这种磁铁在驱动应用中的使用。
技术介绍
本文所用的章节标题仅用于组织的目的，并且不应当被解释为以任何方式限制所描述的主题。磁体具有许多应用，包括例如将电能转换成机械能而没有显著能量损失的能力。因此，磁体是各种技术(例如，包括电动机和发电机)中的重要部件。创建它们自己的持续磁场的铁磁材料被认为是永磁体。永磁体在它们可以供应的磁场的大小方面是显著受限的。此外，具有最高磁场的永磁体由相对稀少并且有时候仅在全世界有限的地理区域中发现的材料组成。因此，永磁体昂贵并且对于在各种应用中的使用可以是成本高昂的。此外，常规的永磁体电机和发电机具有功率约束，其中，可以传递的功率的量受到电机/发电机的尺寸和重量的限制。这导致对尺寸和/或重量设计参数的约束，这会是过度限制的。通常，因此永磁体的尺寸的缩减导致功率输出的降低，这是因为磁场强度的降低。因此，当在电机中使用普通的永磁体时，每单位体积的功率(即，功率密度)会显著地受到限制。因此，需要具有产生持续的磁场的潜能的替代材
料，诸如不那么昂贵、产生更强的磁场和/或更轻的材料。已经发现，当超导体展现出大的磁通钉扎力(flux pinning force)时，其可以“俘获(trap)”大的磁场，这可以产生准永磁材料。换句话说，当超导材料被放置在非常高的磁场中时，该材料可以被激活以复制该磁场，由此产生其自己的持续磁场。特别地，高温超导体(HTS)可以被激活以形成俘获场磁体(TFM)，并且当被冷却至可达到的操作温度时，所产生的磁场已经被确定为比它们的永磁体对应物的磁场更强。虽然研究已增加了对HTS和TFM的理解，但是当前的TFM激活通常有以下限制：1)通过被放置在例如由非常大、昂贵且重的磁体(例如，永磁体或电磁体)生成的非常高的磁场中，并且然后被冷却至它们的操作温度，TFM可以被激活(这个过程被称为“场冷却激活”)；2)TFM可以被冷却并且随后经受高磁场(这个过程被称为“零场冷却激活”)；以及3)零场冷却激活可以通过使用磁场脉冲来进行(这个过程被称为“脉冲零场冷却激活”)。在后两种类型的激活中，TFM需要在激活和操作期间保持非常冷以保持俘获的磁场。在创建和制造TFM方面仍然需要改进。例如，可能期望提供如下的用于TFM激活的系统和方法：该系统和方法不仅提供实用和有效的TFM激活，而且提供被完全激活的鲁棒的TFM。也可能期望提供依赖于减小的电能和加热的用于TFM激活的系统和方法。
技术实现思路
本公开解决上述问题中的一个或多个和/或实现上述期望的特征的一个或多个。根据以下的描述，其它的特征和/或优点将变得清楚。根据本公开的各种示例性实施，用于在超导材料中激活俘获场磁体的系统可以包括超导材料元件和被布置为接近该超导材料元件的电磁源。该电磁源可以被配置成产生足以激活超导材料元件的磁场脉冲。该超导材料元件可以被配置成保持与磁场脉冲生成的磁场基本上相等的俘获磁场。根据本公开的各种附加示例性实施例，用于在超导材料中激活俘获磁场的方法可以包括在接近于超导材料元件处生成至少一个磁场脉冲。磁场脉冲可以激活超导材料元件中的俘获磁场，该俘获磁场基本上等于由磁场脉冲生成的磁场。根据本公开的各种其它示例性实施例，俘获场磁体可以包括超导材料元件。超导材料元件可以包括由被配置成激活超导材料元件的磁场脉冲生成的俘获磁场。俘获磁场可以基本上等于由磁场脉冲生成的磁场。超导材料元件还可以包括被配置成将超导材料元件的电流密度提高到阈值电流密度以上的多个钉扎(pinning)机构。其它的目的和优点将部分地在下面的描述中进行阐述，并且根据该描述该部分将会是清楚的，或者可以通过本教导的实践来学习。本公开的目的和优点中的至少一些可以借助于在所附的权利要求中特别指出的元件和组合来实现和达到。应该理解的是，前述的一般描述和以下的详细描述均只是示例性的和解释性的，而不是限制本公开和权利要求(包括等价物)。应当理解的是，本公开和权利要求在其最广泛的意义上可以在不具有这些示例性方面和实施例的一个或多个特征的情况下被实践。附图说明包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开的一些示例性实施例，并且与描述一起用于解释某些原理。在附图中：图1是根据本公开的用于俘获场磁体(TFM)激活的系统的示例性实施例的图示视图；图2是在图1的系统中使用的HTS的示例性实施例的放大局部截面视图；图3示出了说明针对各种电磁电流IEM、作为跨图1的系统中使用的电磁体(EM)的径向位置r的函数的施加的激活磁场BA的图。图4示出了说明针对各种施加的磁场BA、作为跨图1的系统中的Chem-PC HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图。图5示出了说明针对各种施加的磁场BA、作为跨图1的系统中的Combo-PC HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图。图6示出了说明在跨图1的系统中的Chem-PC HTS的各种径向位置r处、作为时间的函数的磁场BHTS，以及相应的作为时间的函数的施加的激活磁场BA的图。图7示出了说明在跨图1的系统中的Combo-PC HTS的各种径向位置r处、作为时间的函数的磁场BHTS，以及相应的作为时间的函数的施加的激活磁场BA的图。图8示出了说明针对各种电磁电流IEM、作为跨图1的系统中的Combo-PC HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图。图9示出了说明在中子照射之后作为用于Combo-PC HTS的U235含量的函数的俘获的磁场BT的图；图10示出说明针对各种电磁电流IEM、作为跨图1的系统中的具有高的U235含量的HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图；图11示出了说明在跨图10的HTS的各种径向位置r处、作为时间的函数的俘获的磁场BT，以及相应的作为时间的函数的施加的电磁电流IEM的图；图12示出了说明针对各种电磁电流、作为跨图1的系统中的具有中间的U235含量的HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图；图13示出了说明在跨图12的HTS的各种径向位置r处、作为时间的函数的俘获的磁场BT，以及相应的作为时间的函数的施加的电磁电流IEM的图；图14示出了说明针对各种电磁电流、作为跨图1的系统中的具有低的U235含量的HTS的径向位置r的函数的俘获的磁场BT的图；图15示出了说明在跨图14的HTS的各种径向位置r处、作为时间的函数的俘获的磁场BT，以及相应的作为时间的函数的施加的电磁电流IEM的图；图16示出了说明作为针对各种HTS的施加的电流密度JC的函数的在GFL开始时和GFL完成时的俘获的磁场BT的图；图17是根据本公开的磁电机的示例性实施例的示意视图；以及图18是在图17的电机中使用的TFM组件的示例性实施例的放大视图。具体实施方式现在将详细参考本公开的各种示例性实施例，本公开的示例被示出在附图中。只要可能，相同的附图标记将在整个附图中被用来指代相同或相似的部分。俘获场磁体(TFM)在许多应用中有很大的取代常规永磁体的潜能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在超导材料中激活俘获场磁体的系统，所述系统包括：超导材料元件；电磁源，所述电磁源被布置成接近所述超导材料元件；其中所述电磁源被配置成产生足以激活所述超导材料元件的磁场脉冲，以及其中所述超导材料元件被配置成保持与由所述磁场脉冲生成的磁场基本上相等的俘获磁场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.22 US 61/929,9821.一种用于在超导材料中激活俘获场磁体的系统，所述系统包括：超导材料元件；电磁源，所述电磁源被布置成接近所述超导材料元件；其中所述电磁源被配置成产生足以激活所述超导材料元件的磁场脉冲，以及其中所述超导材料元件被配置成保持与由所述磁场脉冲生成的磁场基本上相等的俘获磁场。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述超导材料是高温超导材料。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述高温超导材料是钇钡铜氧化物。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述超导材料元件包括钉扎中心。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述钉扎中心包括破裂的柱状钉扎中心。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述破裂的柱状钉扎中心由铀裂变发射的高能离子形成。7.如权利要求4所述的系统，其中，所述钉扎中心包括点钉扎中心。8.如权利要求1所述的系统，其中，超导元件具有大于或等于约15000A/cm2的电流密度。9.如权利要求1所述的系统，所述超导材料元件是盘形的。10.如权利要求9所述的系统，其中，由所述磁场脉冲生成的基本上所有磁场处于比超导材料的盘的直径小的直径之内。11.如权利要求9所述的系统，其中，所述电磁源包括一对电磁体，并且其中超导材料的盘被布置在所述电磁体之间。12.如权利要求11所述的系统，其中，每个电磁体包括具有铁磁材料的芯的绕线分裂场电磁体。13.如权利要求1所述的系统，其中，所述超导材料元件的温度足以维持所述超导材料元件的激活。14.如权利要求1所述的系统，还包括低温恒温器，所述超导材料元件和所述电磁源被布置在所述低温恒温器中。15.如权利要求14所述的系统，其中，所述低温恒温器是在低于大气压力下操作的封闭系统。16.如权利要求1所述的系统，还包括低温液体的蒸发的冷气体，其中所述超导材料元件被布置在所述低温液体的蒸发的冷气体中...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·帕克斯，R·维斯坦，RP·萨沃，K·卡彭特，
申请(专利权)人：国民油井华高有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US