Сверхпроводящее электромагнитное устройство
SUPERCONDUCTING ELECTROMAGNETIC DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и транспортного машиностроения и может быть использовано для создания систем левитации и боковой стабилизации магнитолевитационных транспортных средств.
Известно сверхпроводящее электромагнитное устройство, которое внедрено на магнитолевитационном транспортном средстве в Японии (Kazuo S. Technological Divelopment of the Superconducting magnetically Levitatid Train // Japanese Railway Engineering. 2008. №160. P. 2-5). Сверхпроводящее электромагнитное устройство состоит из одиночной сверхпроводящей электрической обмотки в коробчатом криостате.
Недостатками данного технического решения являются низкие энергетические характеристики: 1) одиночная сверхпроводящая электрическая обмотка обеспечивает выход в режим левитации при высокой скорости транспортного средства - на практике порядка 100 км/ ч; 2) имеют место повышенные магнитные поля рассеяния - более 40 мТл; 3) магнитные поля рассеяния вследствие высокой интенсивности трудно экранировать пассивными экранами из-за насыщения ферромагнитных элементов конструкции пассивного экрана; 4) активное экранирование, например, сверхпроводящими электрическими обмотками снижает магнитное поле в левитационном зазоре и одновременно создает собственные магнитные поля рассеяния высокой интенсивности; 5) для работы сверхпроводящей электрической обмотки активного магнитного экрана на борту транспортного средства требуется установка дополнительного криостата и мощность на захолаживание и криостатирование.
Известно сверхпроводящее электромагнитное устройство (RU 2566507, B60L 13/04; B60L 13/08, 27.10.2015), содержащее электрические обмотки, расположенные в криостате, причем часть электрических обмоток расположена в горизонтальной плоскости с зазором, равным полюсному шагу, вторая часть электрических обмоток расположена в зазорах между электрическими обмотками первой части таким образом, что они создают магнитные поля с магнитными моментами не коллинеарными магнитным моментам, создаваемым электрическими обмотками первой части, которое принято в качестве прототипа.
Это техническое решение имеет низкие энергетические характеристики, поскольку магнитные поля, создаваемые электрическими обмотками второй части не увеличивают магнитную индукцию в вертикальном направлении ввиду отсутствия вертикальной составляющей магнитной индукции поля, создаваемого электрическими обмотками первой части, что существенно снижает эффективность левитации (подвеса) транспортного средства.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение энергетической эффективности сверхпроводящего электромагнитного устройства за счет увеличения магнитной индукции в вертикальном направлении и снижения магнитных полей рассеяния.
Технический результат достигается тем, что сверхпроводящее электромагнитное устройство содержит сверхпроводящие электрические обмотки, расположенные в криостате, причем первая часть сверхпроводящих электрических обмоток расположена в горизонтальной плоскости с зазором, равным полюсному шагу, вторая часть сверхпроводящих электрических обмоток расположена в зазорах между сверхпроводящими электрическими обмотками первой части так, что вторая часть сверхпроводящих электрических обмоток расположена попарно в зазорах между сверхпроводящими электрическими обмотками первой части таким образом, что они создают встречно направленные магнитные поля с магнитными моментами под острым углом к магнитным моментам, создаваемым сверхпроводящими электрическими обмотками первой части.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид сверхпроводящего электромагнитного устройства.
Сверхпроводящее электромагнитное устройство содержит криостат 1 со сверхпроводящими электрическими обмотками, при этом одна часть сверхпроводящих электрических обмоток 2 расположена в горизонтальной плоскости, а вторая часть сверхпроводящих электрических обмоток 3 расположена попарно в зазорах между сверхпроводящими электрическими обмотками первой части 2 таким образом, чтобы создавать встречно направленные магнитные поля с магнитными моментами под острым углом к магнитным моментам, создаваемым сверхпроводящими электрическими обмотками первой части 2.
Сверхпроводящее электромагнитное устройство работает следующим образом. Выполняется захолаживание сверхпроводящего электромагнитного устройства. Для захолаживания сверхпроводящего электромагнитного устройства криостат 1 заполняется охлаждающей жидкостью, которая обеспечивает сверхпроводящим электрическим обмоткам 2, 3 сверхпроводящее состояние. В каждую сверхпроводящую электрическую обмотку 2, 3 заводится ток. Во время работы сверхпроводящего электромагнитного устройства обеспечивается его криостатирование. Основное магнитное поле в рабочем левитационном зазоре создают сверхпроводящие электрические обмотки первой части 2. Магнитный момент направлен вертикально. Поскольку сверхпроводящие электрические обмотки второй части 3 создают встречно направленные магнитные поля и магнитный момент направлен под острым углом к магнитному моменту сверхпроводящих электрических обмоток первой части 2, то наряду с горизонтальной составляющей магнитного момента имеется вертикальная составляющая магнитного момента, которая увеличивает вертикально направленный магнитный момент сверхпроводящих электрических обмоток первой части 2. При этом обеспечиваются малые магнитные поля рассеяния. В результате, по сравнению с прототипом, повышается энергетическая эффективность сверхпроводящего электромагнитного устройства.