RU197418U1 - Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент - Google Patents
Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент Download PDFInfo
- Publication number
- RU197418U1 RU197418U1 RU2019138252U RU2019138252U RU197418U1 RU 197418 U1 RU197418 U1 RU 197418U1 RU 2019138252 U RU2019138252 U RU 2019138252U RU 2019138252 U RU2019138252 U RU 2019138252U RU 197418 U1 RU197418 U1 RU 197418U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- htsc
- rotor
- stator
- bearing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области бесконтактных магнитных подшипников с использованием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Бесконтактный магнитный подшипник на высокотемпературных сверхпроводниках с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент состоит из статора, содержащего сверхпроводящие элементы, системы охлаждения ВТСП-элементов и ротора с размещенными в нем магнитами. Статор представляет собой изготовленную из немагнитного материала с высокой теплопроводностью трубу, на внешней стороне которой выполнены сверхпроводящие обмотки. Охлаждение ВТСП-элементов осуществляется за счет охлаждения трубы статора. Ротор представляет собой выполненный из немагнитного материала корпус, на внутренней стороне которого в пазах закреплены прямоугольные в поперечном сечении магниты, высота которых не превышает ширину ВТСП-ленты. Магниты уложены рядами, число которых совпадает с числом ВТСП-обмоток статора. Технический результат – упрощение процедуры изготовления сверхпроводящего магнитного подшипника, снижение материалоемкости конструкции, возможность многократного масштабирования подшипника. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к области бесконтактных магнитных подшипников с использованием высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) и может найти применение при конструировании электротехнических устройств различного назначения с массивным вращающимся ротором/валом.
Известен сверхпроводящий магнитный подшипник (RU 174146 U1, ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ", 04.10.2017), включающий в свою конструкцию несущую трубу криостата, на внутренней и внешней поверхностях которой закреплены цилиндрические ВТСП элементы, а также внутренний и внешний роторы с установленными на них кольцевыми магнитами чередующейся полярности. Магниты намагничены в осевом направлении и разделены вставками из магнитомягкого материала. Охлаждение ВТСП элементов осуществляется за счет прокачки жидкого азота через канал в трубе криостата. Устройство функционирует в вакууме и потому не требует дополнительной термоизоляции ВТСП элементов, что позволяет уменьшить зазор между ротором и статором.
К недостаткам устройства, известного из RU 174146 U1, можно отнести отсутствие возможности масштабирования подшипника, сложность изготовления устройства, связанную с использованием объемных ВТСП элементов, сложность системы охлаждения, а также необходимость размещения устройства в вакуумной камере.
Известен сверхпроводящий магнитный подшипник (RU 164521 U1, ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ", 10.09.2016), состоящий из статора, выполненного в виде двух цилиндрических трубок, к наружной поверхности которого приклеены ВТСП элементы, и ротора, внутри которого располагаются постоянные магниты. ВТСП элементы и постоянные магниты выполнены в форме колец и имеют одинаковую ширину. При подготовке устройства к началу работы ротор фиксируется напротив ВТСП элементов с помощью арретиров и кольцевых проставок, а кювета, образованная цилиндрическими трубками статора, заполняется жидким азотом.
К недостаткам устройства, раскрытого в RU 164521 U1, можно отнести использование объемных ВТСП элементов, отсутствие возможности масштабирования подшипника, а также сложную систему позиционирования ротора в рабочем положении.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является сверхпроводящий магнитный подшипник, раскрытый в документе RU 2610880 С1 (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ", 17.02.2017), включающий в свою конструкцию ротор и статор. Статор подшипника представляет собой охлаждаемую изнутри металлическую трубу, к наружной стенке которой прикреплен цилиндр из ВТСП материала, а на валу ротора друг над другом расположены разделенные вставками из магнитомягкого материала постоянные кольцевые магниты чередующейся полярности, намагниченные в осевом направлении. Устройство также содержит магнитную систему позиционирования ротора напротив ВТСП цилиндра.
К недостаткам технического решения, раскрытого в RU 2610880 С1, также можно отнести отсутствие возможности масштабирования подшипника - размеры магнитов и ВТСП трубки фиксированы, сложность изготовления подшипника, связанную с использованием объемных ВТСП-элементов.
Технический результат предложенной полезной модели заключается в упрощении процедуры изготовления сверхпроводящего магнитного подшипника за счет упрощения технологии изготовления сверхпроводящего статора - ВТСП элементы формируются путем намотки сверхпроводящей ленты; снижении материалоемкости конструкции, а также в принципиальной возможности многократного масштабирования подшипника.
Достижение указанного технического результата обеспечивается предложенным бесконтактным магнитным подшипником на высокотемпературных сверхпроводниках, состоящим из ротора с закрепленными на нем магнитами и статора, содержащего сверхпроводящие элементы.
Статор устройства выполнен в виде трубы из немагнитного материала с высокой теплопроводностью, на внешней стороне которой выполнены сверхпроводящие обмотки, каждая из которых представляет собой намотанную слоями ВТСП-ленту второго поколения. Причем первый виток обмотки на трубе располагается в плоскости перпендикулярной оси трубы, а внутренняя сторона каждого последующего витка располагается строго на внешней стороне предыдущего. Число витков в каждой из обмоток определяется индукцией постоянных магнитов ротора и может варьироваться от одного до нескольких сотен. Увеличение числа витков приводит к увеличению силы взаимодействия сверхпроводящей обмотки и ротора с постоянными магнитами. Число сверхпроводящих обмоток определяется размерами подшипника и требуемой величиной полезной нагрузки подшипника. Охлаждение ВТСП-ленты осуществляется за счет охлаждения трубы путем заливания хладагента внутрь трубы, присоединения к торцу трубы криокулера или другим известным из уровня техники способом.
Ротор подшипника представляет собой выполненный из немагнитного материала корпус, на внутренней стороне которого в пазах закреплены магниты. Указанные пазы выполнены таким образом, что магниты образуют расположенные друг над другом ряды, число которых совпадает с числом ВТСП-обмоток. Высота магнитов не превышает ширину ВТСП-ленты, а сами магниты имеют прямоугольное (в частности, квадратное) сечение в плоскости, перпендикулярной направлению оси намагниченности. В каждом из указанных рядов магниты уложены вдоль окружности, центр которой лежит на оси подшипника, таким образом, что ребра их граней, обращенных к оси, соприкасаются. А расстояние между соседними рядами таково, что центральная плоскость каждого ряда магнитов совпадает с центральной плоскостью соответствующей ВТСП-обмотки. При этом ряды формируют таким образом, чтобы у одного из двух соседних рядов векторы намагниченности были направлены вдоль радиуса к оси подшипника, а у второго - вдоль радиуса от оси подшипника. Такая магнитная конфигурация была выбрана для увеличения нагрузочной способности подшипника.
Ось симметрии ротора совпадает с осью симметрии статора. Для достижения наибольшей силы сцепления расстояние между обращенными к оси гранями магнитов ротора и внешними витками ВСТП-обмоток статора выполнено минимально возможным. Большая часть зазора между ротором и статором заполнена термоизоляционным материалом, при этом механический контакт между ротором и термоизоляцией отсутствует.
Конструкция подшипника обладает хорошей масштабируемостью: модульная конструкция ротора позволяет относительно легко изготавливать подшипники различных диаметров за счет изменения числа магнитов в рядах. В то же время вертикальные размеры подшипника могут быть увеличены путем добавления в конструкцию ротора дополнительных рядов магнитов, а простая технология изготовления ВТСП-обмоток позволяет легко увеличивать число сверхпроводящих элементов статора.
Устройство также может включать систему позиционирования ротора, позволяющую фиксировать ротор в рабочем положении, то есть в положении, когда оси ротора и статора совпадают, а центральная плоскость каждого ряда магнитов совпадает с центральной плоскостью соответствующей ВТСП-обмотки. Установка ротора осуществляется до начала работы подшипника. После охлаждения сверхпроводящих элементов система позиционирования удаляется (например, опускается вниз вдоль направляющих стержней, закрепленных на том же основании, что и статор) из рабочей области устройства.
Конструкция устройства поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 представлен общий вид конструкции предлагаемого бесконтактного магнитного подшипника в сборе для случая, когда число рядов магнитов ротора и ВТСП-обмоток статора равно 3.
На фиг. 2 показана конструкция ротора подшипника, представленного на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен ротор подшипника в разрезе.
На фиг. 4 представлен общий вид конструкции бесконтактного магнитного подшипника, изготовленного для демонстрации возможности осуществления предложенной полезной модели.
Нумерация элементов на чертежах: 1 - статор, 2 - ВТСП-обмотки,3 - ротор, 4 - ряд магнитов, 5 - центральная плоскость, 6 - термоизоляция, 7 - поддерживающая система, 8 - направляющие стержни.
Предложенный бесконтактный магнитный подшипник на высокотемпературных сверхпроводниках (фиг. 1) включает в свою конструкцию статор 1, на поверхности которого выполнены сверхпроводящие обмотки 2, и ротор 3 с закрепленными на нем рядами магнитов 4. Ось симметрии ротора 3 совпадает с осью симметрии статора 1, а центральная плоскость 5 каждого слоя магнитов 4 совпадает с центральной плоскостью соответствующей обмотки 2. Ряды магнитов 4 размещены на внутренней поверхности ротора 3 так, как это показано на фигурах 2 и 3. На фигуре 3 также стрелками показано направление вектора намагниченности в каждом ряду магнитов 4. Зазор между ротором 3 и статором 1 заполнен термоизоляционным материалом 6, при этом контакт между рядами магнитов 4 и термоизоляцией 6 отсутствует.
Для демонстрации возможности осуществления предложенной полезной модели был изготовлен бесконтактный магнитный подшипник (фиг. 4), ротор 3 которого содержал три ряда магнитов 4, а статор 1 - три ВТСП-обмотки 2. При конструировании подшипника использовались неодимовые магниты марки N42 с размерами 10×10×10 мм. Сила сцепления отдельного магнита составляла 4,56 кг. В роторе 3 подшипника магниты были уложены в 3 ряда по 16 магнитов в каждом, расстояние между рядами составляло 2 мм. Ряды магнитов 4 располагались один над другим, причем в центральном слое вектор намагниченности каждого магнита был направлен вдоль радиуса к оси подшипника, а в верхнем и нижнем - от оси подшипника (см. фиг. 3).
Для реализации выбранной конфигурации расположения магнитов, был спроектирован и изготовлен формер-держатель магнитов - корпус ротора 3, - представляющий собой конструкцию из нескольких деталей, распечатанных на 3D принтере. В качестве материала ротора 3 был выбран ABS пластик. Благодаря взаимодействию отдельных магнитов, а также образованных ими рядов 4, расположение магнитов в пазах было устойчивым - магниты не требовалось вклеивать или дополнительно закреплять каким-либо другим образом.
Статор 1 подшипника представлял собой медную трубу, на внешней поверхности которой были выполнены три ВТСП-обмотки 2. Для изготовления обмоток 2 использовалась омедненная лента производства фирмы СуперОкс. Ширина ленты составляла 12 мм, а число слоев ленты в каждой обмотке равнялось 10. Охлаждение статора 1 осуществлялось жидким азотом, который заливали внутрь медной трубы перед началом работы. Расстояние между внешними витками ВТСП-обмоток 2 и соответствующими рядами магнитов 4 ротора 3 составляло 4,8 мм. Большую часть данного зазора занимала термоизоляция 6.
Рабочей для данного подшипника является конфигурация, при которой центральная плоскость каждого слоя магнитов 4 совпадает с центральной плоскостью соответствующей обмотки 2 сверхпроводящей ленты, а ось симметрии ротора 3 совпадает с осью симметрии статора 1. Причем сначала ротор 3 необходимо зафиксировать в данной конфигурации, а затем залить в полость медной трубы статора 1 жидкий азот. С целью однозначного позиционирования ротора 3 также была сконструирована специальная поддерживающая система 7. После охлаждения сверхпроводящих элементов 2 поддерживающая система 7 опускалась вдоль направляющих стержней 8, освобождая ротор 3.
Из схемы устройства, представленной на фиг. 1, видно, что конструкция подшипника легко масштабируется. Благодаря модульной конструкции ротора 3 возможно добавление дополнительных слоев магнитов 4. А конструкция статора 1 позволяет легко добавлять новые ВТСП-обмотки 2.
Claims (6)
- Бесконтактный магнитный подшипник на высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), состоящий из статора, содержащего сверхпроводящие элементы, системы охлаждения ВТСП-элементов и ротора с размещенными на нем магнитами, отличающийся тем, что
- статор представляет собой изготовленную из немагнитного материала с высокой теплопроводностью трубу, на внешней стороне которой выполнены сверхпроводящие обмотки, каждая из которых представляет собой намотанную слоями ВТСП-ленту второго поколения, причем плоскость, в которой лежит первый виток каждой обмотки, перпендикулярна оси трубы, а внутренняя сторона каждого последующего витка располагается строго на внешней стороне предыдущего, при этом дополнительные электрические контакты между слоями ленты отсутствуют, число слоев ленты в каждой из обмоток определяется индукцией постоянных магнитов ротора и может варьироваться от 1 до нескольких сотен слоев, а число сверхпроводящих обмоток определяется размерами подшипника;
- система охлаждения ВТСП-элементов представляет собой систему охлаждения трубы статора до криогенных температур;
- ротор представляет собой выполненный из немагнитного материала корпус, на внутренней стороне которого в пазах закреплены прямоугольные в поперечном сечении магниты, высота которых не превышает ширину ВТСП-ленты, причем пазы для крепления магнитов выполнены таким образом, что при размещении в них магниты образуют расположенные друг над другом ряды, число которых совпадает с числом ВТСП-обмоток статора, в каждом из указанных рядов магниты уложены вдоль окружности с центром на оси подшипника таким образом, что ребра их граней, обращенных к оси, соприкасаются, а расстояние между соседними рядами таково, что центр каждого ряда магнитов находится напротив центра соответствующей ВТСП-обмотки, при этом ряды формируют таким образом, чтобы векторы намагниченности магнитов из соседних рядов имели противоположные направления по радиусу;
- оси симметрии ротора и статора совпадают;
- размеры ротора и статора таковы, что расстояние между обращенными к оси подшипника гранями магнитов данного ряда и внешними витками соответствующей ВТСП-обмотки статора выполнено минимально возможным, при условии, что большая часть зазора между ротором и статором заполнена термоизоляционным материалом, а контакт между термоизоляцией и ротором отсутствует.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019138252U RU197418U1 (ru) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019138252U RU197418U1 (ru) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU197418U1 true RU197418U1 (ru) | 2020-04-23 |
Family
ID=70415773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019138252U RU197418U1 (ru) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU197418U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803330C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-09-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Бесконтактный сверхпроводящий магнитный подшипник |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5517071A (en) * | 1992-10-13 | 1996-05-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Superconducting levitating bearing |
RU2413882C1 (ru) * | 2009-12-23 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Магнитный подшипник на высокотемпературных сверхпроводниках (варианты) |
JP5331876B2 (ja) * | 2008-06-18 | 2013-10-30 | シェフラー テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 高温超伝導部材を備える磁気軸受 |
RU2579457C1 (ru) * | 2014-12-25 | 2016-04-10 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Многослойный блок из сверхпроводящих лент и способ его получения |
RU2610880C1 (ru) * | 2015-12-11 | 2017-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Комбинированный сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии |
-
2019
- 2019-11-27 RU RU2019138252U patent/RU197418U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5517071A (en) * | 1992-10-13 | 1996-05-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Superconducting levitating bearing |
JP5331876B2 (ja) * | 2008-06-18 | 2013-10-30 | シェフラー テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 高温超伝導部材を備える磁気軸受 |
RU2413882C1 (ru) * | 2009-12-23 | 2011-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Магнитный подшипник на высокотемпературных сверхпроводниках (варианты) |
RU2579457C1 (ru) * | 2014-12-25 | 2016-04-10 | Закрытое акционерное общество "СуперОкс" (ЗАО "СуперОкс") | Многослойный блок из сверхпроводящих лент и способ его получения |
RU2610880C1 (ru) * | 2015-12-11 | 2017-02-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Комбинированный сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2803330C1 (ru) * | 2022-12-26 | 2023-09-12 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Бесконтактный сверхпроводящий магнитный подшипник |
RU2819728C1 (ru) * | 2023-12-07 | 2024-05-23 | Игорь Анатольевич Руднев | Комбинированный сверхпроводящий магнитный подшипник |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7554240B2 (en) | Tubular electrical machines | |
US8362863B2 (en) | System and method for magnetization of rare-earth permanent magnets | |
Werfel et al. | Large-scale HTS bulks for magnetic application | |
CN101088210B (zh) | 感应型同步电机 | |
KR102181807B1 (ko) | 초전도 전동기 및 발전기 | |
JP2008005653A (ja) | 超電導コイル装置及び誘導子型同期機 | |
US8710944B2 (en) | Superconducting magnetizer | |
JP6503590B2 (ja) | 電気回転機及びバルク着磁方法 | |
RU197418U1 (ru) | Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент | |
CN202883726U (zh) | 一种永磁偏磁轴向混合磁轴承 | |
EP2487695B1 (en) | System and method for magnetization of rare-earth permanent magnets | |
CN101771331B (zh) | 横向磁通超导同步电机 | |
US6608417B1 (en) | Super conductive bearing | |
KR20220031080A (ko) | 자성 재료로 형성된 진공 용기를 포함하는 초전도 발전기 | |
CN203734486U (zh) | 一种双定子结构的高温超导永磁风力发电机 | |
RU2819728C1 (ru) | Комбинированный сверхпроводящий магнитный подшипник | |
CN203313037U (zh) | 一种有充磁位的充磁式超导电机 | |
RU2578170C2 (ru) | Ротор для электрической машины и электрическая машина | |
CN202444402U (zh) | 一种超导磁体磁极圆筒型同步直线电机 | |
JP5669059B2 (ja) | 超伝導モーター又は超伝導発電機 | |
JP4706351B2 (ja) | 誘導子型モータ | |
WO2003075439A2 (en) | Method and device for transforming mechanical energy into electrical energy or electrical energy into mechanical energy | |
CN102594088A (zh) | 一种超导磁体磁极圆筒型同步直线电机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200225 |