ES2257121B1 - Suspension hibrida de anillo superconductor y barra de material ferromagnetico. - Google Patents
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Abstract
Suspensión híbrida de anillo superconductor y barra de material ferromagnético. Consiste en utilizar la fuerza de atracción magnética existente entre un anillo superconductor (2), por el que circula una corriente persistente, y una barra de material ferromagnético (3) situada a través de su orificio central. Dicha atracción provoca que el anillo superconductor se sitúe en la zona central de la barra, oponiéndose elásticamente a cualquier esfuerzo realizado sobre el mismo que trate de apartarlo de dicha posición. Por otra parte, el hecho de que el superconductor se mueva guiado por la mencionada barra ferromagnética, le confiere a esta suspensión una gran estabilidad frente a esfuerzos laterales, en comparación con las típicas suspensiones superconductoras basadas en la levitación por efecto Meissner.
Description
Suspensión híbrida de anillo superconductor y
barra de material ferromagnético.
La presente invención se refiere a una
suspensión híbrida de anillo superconductor y barra de material
ferromagnético. Este dispositivo consigue notables mejoras y
simplificaciones respecto a las suspensiones superconductoras
ensayadas actualmente en los laboratorios, que se basan en la
levitación por efecto Meissner de un imán sobre un material
superconductor. La configuración de la presente invención consta
fundamentalmente de un anillo superconductor por el que circula una
corriente persistente, cuyo orificio central está atravesado por una
barra de material ferromagnético. La atracción existente entre
ambos elementos se emplea como la mencionada suspensión
superconductora. Las mejoras encontradas afectan principalmente a
que el ferromagnético sirve, además de elemento activo en la
suspensión, de guía para el desplazamiento del anillo
superconductor. De esta forma, la suspensión seguirá funcionando
sin problema alguno ante un esfuerzo lateral, que en el caso de las
suspensiones de efecto Meissner, descolocaría la pieza levitante
inutilizando el dispositivo. Además, se trata de una suspensión con
resistencia progresiva debido al paulatino aumento de la fuerza de
atracción a medida que el anillo superconductor se mueve hacia la
parte externa de la barra ferromagnética.
Los dispositivos típicamente empleados como
suspensiones superconductoras se basan en la repulsión existente
entre un material superconductor, cuando éste se encuentra enfriado
a una temperatura menor que su temperatura critica, y un imán
permanente. Actualmente, lo usual es la utilización de
superconductores de alta temperatura critica que son refrigerados
con nitrógeno líquido. La repulsión existente, se debe a que el
superconductor expulsa de su interior el campo magnético creado por
el imán (efecto Meissner). Si bien este tipo de suspensiones no han
salido todavía de los centros de investigación, se muestran muy
prometedoras para algunas aplicaciones. Por una parte están las
aplicaciones a gran escala, en lo que se refiere a levitación para
transporte, siendo la más conocida la de los trenes levitantes. El
vehículo flota sobre un colchón magnético reduciendo su fricción, de
forma que se pueden alcanzar grandes velocidades. Por otra parte,
están las aplicaciones de menor escala, de forma que sirvan como
dispositivo amortiguador, por ejemplo, para tanques de sustancias
peligrosas. Una de las aplicaciones actuales es su utilización como
suspensión en el tanque de hidrógeno de los prototipos de coches de
hidrógeno de bajo impacto ambiental. Si bien estas suspensiones
cuentan con numerosas ventajas, como la suavidad de las mismas,
presentan algún inconveniente importante. La levitación del imán
sobre el superconductor o viceversa responde bien ante un esfuerzo
que sea del tipo presión perpendicular al plano de levitación.
Cuando el esfuerzo que se realiza tiene componente paralela al
plano de levitación (esfuerzo lateral), se pueden descolocar los
elementos de la suspensión con fatales consecuencias para el
dispositivo en que se esté empleando. Por ello, esta suspensiones
están obligadas a llevar elementos añadidos que las protejan ante
este tipo de esfuerzos. Estos elementos pueden ser por ejemplo
imanes y superconductores en repulsión en la parte lateral del
tanque o algún tipo de carril que guíe la suspensión, de forma que
ésta solamente se pueda mover en el plano perpendicular al suelo.
Ambas soluciones añaden complicaciones al dispositivo lo que
incrementa sus costes de fabricación, alejando esta tecnología de su
implantación práctica. En esta invención se trata de dar una
alternativa a este tipo de suspensiones.
La suspensión híbrida de anillo superconductor y
barra de material ferromagnético se basa en la atracción existente
entre un anillo superconductor por el que circula una corriente y
una barra de material ferromagnético situada a través de su agujero
central. La corriente que circula sobre el anillo superconductor
magnetiza la barra ferromagnética. De esta forma, se produce la
interacción de tipo atractiva entre el campo generado por la
corriente superconductora y la magnetización del material
ferromagnético. Esta interacción provoca que el anillo
superconductor tienda a situarse donde la atracción es mayor. En el
caso de una barra ferromagnética esto ocurre en el centro de la
barra, donde el flujo magnético que circula a través de la barra es
mas elevado, ya que en la zona más alejada de los bordes el campo
desimanante se hace notar en menor medida. Si sobre el anillo
superconductor se realiza un esfuerzo, para intentar trasladarlo
hacia uno de los bordes de la barra ferromagnética, éste responde
oponiéndose a éste debido a su atracción con el ferromagnético.
Además, como el esfuerzo trata de llevar el superconductor hacia el
exterior de la barra, lo que ocurre físicamente es que trata de
trasladarlo hacia una región donde el flujo magnético en la barra
es menor. Debido a la ley de la inducción electromagnética de
Faraday y a la condición de resistencia cero de los
superconductores, el anillo superconductor responde inductivamente
aumentado la corriente que circula por el mismo, aumentando de esta
forma la fuerza de atracción entre la barra y el anillo. Por lo
antes comentado, cuando se trata de mover el superconductor hacia
un extremo de la barra, la fuerza que hay que realizar para mover
el anillo aumenta progresivamente.
Las principales ventajas que muestra esta
invención se refieren por una parte a que el dispositivo al estar
basado en el movimiento de un anillo superconductor sobre una barra
concéntrica a éste, se muestra estable ante un esfuerzo lateral.
Además, el aumento de la corriente en el superconductor según se
trata de extraer éste, hace que esta suspensión sea progresiva, muy
suave ante esfuerzos pequeños, que se va endureciendo según la
magnitud del esfuerzo lo va requiriendo.
Para una mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan los siguientes
dibujos.
La figura 1 (a) es una vista de un posible
dispositivo para inducir la corriente en el superconductor; en la
figura 1 (b) se muestra la parte extraíble, que sirve como parte
fundamental de la suspensión. La figura 2 (a) muestra la barra de la
suspensión sujeta a un soporte inferior (b). La figura 3 (a) es una
vista de la suspensión superconductora completa, donde se ha
añadido un soporte superior (b).
Para la suspensión híbrida de anillo
superconductor y barra de material ferromagnético es fundamental
que por el superconductor circule una corriente persistente. Por lo
tanto en esta descripción de una realización preferida, lo primero
que se expone es la forma de hacer circular dicha corriente. Para
ello se utilizará un dispositivo como el mostrado en la Figura 1
(a). Dicho dispositivo consta de un núcleo de hierro (1) en del
cual se encuentra localizado el anillo superconductor (2) alrededor
de una barra de hierro (3). Esta barra de hierro sirve además para
cerrar el núcleo conjuntamente con (1). Alrededor del núcleo se
arrolla una bobina (4), que se alimenta mediante una fuente de
corriente continua (5). A temperatura ambiente, se hace circular
una corriente por la bobina mediante la fuente de alimentación, de
forma que se magnetiza el núcleo de hierro y el anillo
superconductor se ve atravesado por un flujo magnético constante. A
continuación, el dispositivo se sumerge en el líquido criogénico y
el material superconductor alcanza el estado de resistencia cero.
Una vez aquí, se corta la corriente que circula por la bobina
primaria y se extrae el conjunto barra de hierro y anillo
superconductor (Fig 1 (b)) del circuito magnético. Como el
superconductor se ve sometido a una variación de flujo magnético,
por la ley de Faraday se induce una corriente en el mismo, que a su
vez ahora magnetiza la barra de hierro de su orificio central. Bajo
estas condiciones, existe una fuerza de atracción entre el campo
magnético creado por la corriente que circula por el anillo
superconductor y la magnetización creada en el hierro por dicho
campo magnético, que tiende a mantener localizado el anillo en el
centro de la barra de hierro. A continuación, para emplear el
citado dispositivo como una suspensión, éste se debe emplazar en un
soporte fijo (6) realizado de un material no ferromagnético para
que no tenga interacciones de tipo magnético con el anillo (el
acero inoxidable puede ser una buena elección debido a su robustez y
que no es magnético) (Figura 2(a-b)). Este
soporte tiene un orificio cilíndrico (7), en el que se introduce
parte de la barra de hierro para su sujeción. Para que la
suspensión ejerza su función propiamente dicha, se debe transmitir
para ello el movimiento del anillo superconductor a la pieza u
objeto sobre el que se quiere realizar la amortiguación. Para ello,
en esta realización preferida se ha utilizado un cilindro (8)
también fabricado de acero inoxidable. Este cilindro tiene los
mismos radios interno y externo que el anillo superconductor. Por
otra parte, este cilindro debe tener como mínimo una longitud que
le permita aprovechar todo el recorrido del anillo superconductor
hasta que casi toque con el tope del soporte inferior, al ser
presionado por una pieza (9) (se debe tener cuidado de que no se
presione el superconductor por la pieza (8) contra la pieza (6), ya
que esto podría provocar su rotura y por tanto la inutilización del
dispositivo). La pieza superior (9) va sujeta al cilindro (8)
mediante un orificio en forma de corona circular (10) y a su vez
también a la pieza amortiguar; por ejemplo, con cuatro de estos
mecanismos se puede realizar la amortiguación del tanque de
hidrógeno de un coche de bajo impacto ambiental.
Claims (2)
1. Suspensión híbrida de anillo superconductor y
barra de material ferromagnético esta caracterizado
esencialmente por el hecho de que un anillo superconductor (2) con
corriente, interacciona de forma atractiva con una barra
ferromagnética concéntrica a éste (3), situándose en el centro de la
misma y oponiéndose de forma elástica a cualquier esfuerzo que
trate de apartarlo de esa posición.
2. Suspensión híbrida de anillo superconductor y
barra de material ferromagnético, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que no necesita ningún
dispositivo externo para la estabilización de la amortiguación ante
un esfuerzo lateral.
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