Разработка систем магнитного подвеса на основе ВТСП

Разработка систем магнитного подвеса на основе ВТСП

, ,

, Москва, Научный проезд, стр.2

[e-mail], тел. +7 (4

Компания СуперОкс создана в 2006 году для разработки технологии производства материалов на основе текстурированных покрытий высокотемпературных сверхпроводников на металлических лентах — ВТСП-лент 2-го поколения. Производственная часть компании – выпускники МГУ им. Ломоносова (Химический факультет и Факультет Наук о Материалах) – имеют опыт работы с ВТСП-материалами с конца 80-х годов.

ВТСП-материалы способны в недалеком будущем изменить облик электроэнергетики и транспорта, открыть путь к созданию более эффективного оборудования для научных исследований и медицины. Благодаря особым электрофизическим свойствам, ВТСП-ленты 2-го поколения позволяют создавать уникальные по характеристикам силовые кабели, ограничители тока, трансформаторы, моторы, генераторы, накопители энергии, магниты. Как правило, сверхпроводниковое оборудование отличается высокой мощностью, компактностью, экономичностью, не оказывает вредного влияния на окружающую среду.

Применение ВТСП-материалов, и в особенности, ВТСП-лент 2-го поколения для технологий магнитного подвеса представляет большой интерес. Использование сверхпроводников в целом позволяет значительно снизить габариты и вес, одновременно улучшив характеристики магнитных систем. Так, известная система поезда на магнитном подвесе в Японии включает в себя высокопольные катушки, изготовленные из низкотемпературного сверхпроводника на основе сплава ниобий-титан. Применение высокотемпературных сверхпроводников для создания подвеса – следующий шаг, направленный на увеличение рабочей температуры и как следствие снижение габаритов и массы охлаждающего оборудования.

Изготавливаемые компанией СуперОкс ВТСП-провода 2-го поколения представляют собой анизотропные ленты толщиной 0.1 мм, и состоят из нескольких слоев, последовательно осажденных на металлическую ленту-основу. Слой высокотемпературного сверхпроводника толщиной 1-3 мкм обеспечивает при температуре жидкого азота плотность сверхпроводящего тока до 3-5 МА/см2 или инженерную плотность в 300-500 А/мм2. Параметры выпускаемых компанией ВТСП-проводов приведены в Таблице 1.

Табл.1 Основные характеристики ВТСП-лент 2-го поколения, выпускаемых компанией «СуперОкс»

Параметр	Значение
Длина единичного куска	50-200 метров
Толщина ленты	60-100 мкм
Ширина ленты	4 мм	12 мм
Критический ток при 77K, с. п.	100-150 A	300-500 A
Равномерность криттока	±10%	±10%

Из ВТСП-лент 2-го поколения уже сегодня изготавливают прототипы устройств, предназначенные для использования в электроэнергетике, научном приборостроении, медицине. Очень перспективным видится применение сверхпроводящих лент в технологиях магнитного подвеса.

Системы магнитного подвеса традиционно разделяют на электромагнитную и электродинамическую левитацию. В нашей работе мы провели предварительные исследования перспектив создания электромагнитного подвеса с использованием ВТСП-лент 2-го поколения. Использовались ВТСП-ленты с критическим током около 250 А/ 12мм ширины и постоянные магниты из сплава Nd-Fe-B. На Рис.1 приведены фотографии модели поезда, левитирующего с зазором около 10 мм и модели маглев-подшипника, ротор которого, снабженный постоянными магнитами, удерживает на весу смотка из ВТСП-ленты общей длиной 30 м. Благодаря аксиальной симметрии, ротор имеет возможность свободно вращаться, а отсутствие механического контакта обеспечивает очень низкий уровень фрикционных потерь. Нами было показано, что в направлении своей оси ротор выдерживает вес как минимум 12 кг.

По нашему заказу был изготовлен рельс из постоянных магнитов, собранных по схеме Хальбаха. Первые испытания сборки лент, состоящей из отрезков ВТСП-ленты шириной 12 мм и общей длиной 1,6 м показали обнадеживающие результаты – эффект стабильной электромагнитной левитации наблюдался на расстоянии 80 мм от поверхности рельса.

Рис.1 Демонстрация эффекта электромагнитного подвеса с использованием ВТСП-лент 2-го поколения (слева). Модель маглев-подшипника (справа).

Рис.2 Левитация сборки из ВТСП-лент над рельсом, содержащим постоянные магниты, собранные по схеме Хальбаха.

В ближайшие планы компании входит изготовление модельного ВТСП-магнита в индивидуальном криостате с рабочей температурой 40-77К и измерение характеристик электродинамического подвеса.