Сверхпроводниковое левитационное устройство (варианты)
Владельцы патента RU 2761157:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и транспортному машиностроению с использованием явления сверхпроводимости. Сверхпроводниковое левитационное устройство содержит стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате ленточным высокотемпературным сверхпроводником второго поколения, сложенным в виде стопки на немагнитный каркас или намотанным в виде катушки на немагнитный каркас. В охлажденном состоянии ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения на немагнитном каркасе проявляет сверхпроводящие свойства и, благодаря диамагнетизму, обусловленному эффектом Мейсснера-Оксенфельда, магнитное поле, созданное магнитным рельсом, вытесняется из ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения, вследствие чего возникает сила левитации и транспортное средство зависает над путевой структурой. В результате повышается эффективность сверхпроводникового левитационного устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретения относятся к электротехнике и транспортному машиностроению с использованием явления сверхпроводимости.
Известно левитационное устройство с использованием постоянных магнитов в сборке, предложенной Хальбахом K. (Halbach К. Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt material // Nuclear instruments & methods - Elsevier, 1980. - Vol. 169, Iss. 1. - P. 1-10.
- ISSN 0029-554X - doi:10.1016/0029-554X(80)90094-4; Zhu Z., D. Howe Halbach permanent magnet machines and applications: a review // IET Electric Power Applications - UK: IET, 2001. - Vol. 148, Iss. 4. - P. 299-308.
- ISSN 1751-8660; 1751-8679; 1350-2352; 1359-7043 - doi: 10.1049/IP-EPA:20010479).
Левитационное устройство содержит магнитный рельс в виде полюса из постоянных магнитов, расположенного стационарно на путевой структуре, и бортовой полюс из постоянных магнитов, расположенный на транспортном средстве. Магнитные поля бортового полюса и магнитного рельса встречно направлены. В результате между магнитным рельсом и бортовым магнитным полюсом возникает сила отталкивания, и транспортное средство переходит в режим магнитостатической левитации.
Его недостатком является малая эффективность, поскольку постоянные магниты, даже на основе редкоземельных металлов, создают магнитные поля сравнительно низкой интенсивности и, кроме того, согласно теореме Ирншоу, такая магнитостатическая система неустойчива.
Известно сверхпроводниковое левитационное устройство, примененное в проекте "Кобра" (Stephan R., de Andrade Junior R., Ferreira A., Costa F., et al. Maglev-cobra: an urban transportation system For highly populated cityes. Transportation Systems and Technology. 2015; 1 (2): 16-25. doi: 10.17816/transsyst20151216-25). Данное устройство содержит магнитный рельс в виде полюса из постоянных магнитов, расположенного стационарно на путевой структуре, и криостата на борту транспортного средства. В криостате размещены массивные сверхпроводниковые образцы из иттриевой керамики IBCO.
При заливке в криостат криогенной жидкости массивные образцы из иттриевой керамики IBCO переходят в сверхпроводящее состояние и, как следствие, магнитное поле, создаваемое магнитным рельсом, выталкивается из объема образцов иттриевой керамики IBCO, благодаря эффекту Мейсснера-Оксенфельда. В результате возникает сила левитации, и транспортное средство зависает над путевой структурой.
Это техническое решение принято в качестве прототипа. Его недостатком является недостаточная эффективность, поскольку иттриевая керамика IBCO, как высокотемпературный сверхпроводник, имеет не высокие критические параметры.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности сверхпроводникового левитационного устройства за счет повышения диамагнитных свойств.
Технический результат достигается тем, что в сверхпроводниковом левитационном устройстве, содержащем стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате сверхпроводником, в качестве сверхпроводника используется ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, сложенный стопкой на немагнитном каркасе.
Технический результат достигается тем, что в сверхпроводниковом левитационном устройстве, содержащем стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате сверхпроводником, в качестве сверхпроводника используется ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, намотанный на немагнитный каркас.
Изобретения поясняются чертежами, где на Фиг. 1 изображен: 1 - магнитный рельс, 2 - постоянные магниты, 3 - криостат, 4 - ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения в виде стопки на немагнитном каркасе, а на Фиг. 2: 1 - магнитный рельс, 2 - постоянные магниты, 3 - криостат, 4 - ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения в виде катушки на немагнитном каркасе.
Сверхпроводниковое левитационное устройство содержит стационарный магнитный рельс 1 из постоянных магнитов 2 и криостат 3 на транспортном средстве с размещенным в криостате 3 сверхпроводником 4. В качестве сверхпроводника 4 может быть использован ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, сложенный стопкой на немагнитном каркасе (Фиг. 1). В качестве сверхпроводника 4 может быть использован ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, намотанный в виде катушки на немагнитный каркас (Фиг. 2).
Сверхпроводниковое левитационное устройство работает следующим образом.
Вначале производится захолаживание путем, например, заливки в криостат 3 криогенной жидкости, в частности, жидкого азота. Во время работы сверхпроводникового левитационного устройства обеспечивается его непрерывное криостатирование. Поскольку в охлажденном состоянии ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения 4 проявляет сверхпроводящие свойства, то, благодаря диамагнетизму ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения 4, обусловленному эффектом Мейсснера-Оксенфельда, магнитное поле, созданное магнитным рельсом 1, вытесняется из ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения 4, в результате чего возникает сила левитации и транспортное средство зависает над путевой структурой. Вследствие высоких критических параметров ленточного высокотемпературного сверхпроводника второго поколения имеет место повышенный диамагнитный эффект, вследствие укладки ленты в виде стопки на немагнитном каркасе (Фиг. 1) или намотки ленты виде катушки на немагнитный каркас (Фиг. 2) возникает высокая сила левитации и предлагаемое сверхпроводниковое левитационное устройство работает эффективнее, чем прототип.
При этом, как установлено экспериментально, достигается удельная сила левитации 100 кН/м3, что в 10 раз превышает удельную силу левитации, достигаемую в прототипе.
1. Сверхпроводниковое левитационное устройство, содержащее стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате сверхпроводником, отличающееся тем, что в качестве сверхпроводника используется ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, сложенный в виде стопки на немагнитном каркасе.
2. Сверхпроводниковое левитационное устройство, содержащее стационарный магнитный рельс из постоянных магнитов и криостат на транспортном средстве с размещенным в криостате сверхпроводником, отличающееся тем, что в качестве сверхпроводника используется ленточный высокотемпературный сверхпроводник второго поколения, намотанный в виде катушки на немагнитный каркас.
