RU2479880C2 - Сборка сверхпроводящих катушек и оборудование для генерирования магнитного поля - Google Patents

Сборка сверхпроводящих катушек и оборудование для генерирования магнитного поля Download PDF

Info

Publication number
RU2479880C2
RU2479880C2 RU2011108111/07A RU2011108111A RU2479880C2 RU 2479880 C2 RU2479880 C2 RU 2479880C2 RU 2011108111/07 A RU2011108111/07 A RU 2011108111/07A RU 2011108111 A RU2011108111 A RU 2011108111A RU 2479880 C2 RU2479880 C2 RU 2479880C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
elements
field control
assembly
superconducting
Prior art date
Application number
RU2011108111/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011108111A (ru
Inventor
Ацуко ФУКАЯ
Томоя ООТА
Хидехико СУГИМОТО
Original Assignee
АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН filed Critical АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН
Publication of RU2011108111A publication Critical patent/RU2011108111A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2479880C2 publication Critical patent/RU2479880C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H01F7/202—Electromagnets for high magnetic field strength

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, к оборудованию для генерирования магнитного поля. Технический результат состоит в уменьшении потерь переменного тока. Сборка (100) сверхпроводящих катушек, в которой множество блоков (110) катушек, выполненных из сверхпроводящего материала, расположено коаксиально по отношению к одному и тому же направлению, включающая в себя элементы (121) регулирования магнитного поля, выполненные из феррита, порошкового металлического сердечника или порошка пермендюра, которые имеют более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал, и расположены вблизи от блоков катушек. Элементы регулирования магнитного поля имеют форму кольца с осью, коаксиальной по отношению к каждой оси блоков катушек. Внутренние кольцевые элементы, размещенные в диаметральном направлении на внутренних сторонах элементов регулирования магнитного поля, и внешние кольцевые элементы, размещенные отдельно в диаметральном направлении на внешних сторонах элементов регулирования магнитного поля, больше, чем элементы регулирования магнитного поля в аксиальном направлении. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к сборке сверхпроводящих катушек и оборудованию для генерирования магнитного поля. По заявке испрашивается приоритет заявки на патент Японии №2008-202807, поданной 6 августа 2008.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Имеется сборка сверхпроводящих катушек, которая сформирована, например, посредством намотки сверхпроводящего элемента в форме ленты на основе висмута или иттрия и т.п. вокруг бобины для формирования блока катушки, например, в форме диска, веерообразной форме или овальной форме, и затем расположения множества этих блоков катушек коаксиально по отношению к одному и тому же направлению.
В такой сборке сверхпроводящих катушек амплитуда критического тока сверхпроводящего элемента, как известно, зависит от силы магнитного поля, действующего на сверхпроводящий элемент. Более конкретно, амплитуда критического тока сверхпроводящего элемента, главным образом, зависит от силы магнитного поля, действующего в направлении, перпендикулярном широкой поверхности сверхпроводящей проволочной ленты (то есть в диаметральном направлении блока катушки), и амплитуда критического тока уменьшается по мере увеличения силы магнитного поля в перпендикулярном направлении. Кроме того, в сборке сверхпроводящих катушек для переменного тока есть проблема потерь (потери на переменном токе) из-за перемагничивания магнитного поля, что характерно для сверхпроводимости.
Для решения этой проблемы в патентном документе 1 публикации Японского Патента №2004-342972 раскрыт элемент, в котором элементы регулирования магнитного поля, выполненные диспергированием железного порошка, состоящего из ферромагнитного материала, такого как чистое железо в смоле, располагаются через электроизоляционные элементы между блоками катушек, которые являются смежными в осевом направлении. Согласно этому строению, магнитный поток, проникающий через сверхпроводящий материал, захватывается элементами регулирования магнитного поля, таким образом, сила магнитного поля, действующая на сверхпроводящий материал в диаметральном направлении, понижается, и понижение критического тока подавляется.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Так как элемент регулирования магнитного поля согласно Патентному Документу 1 выполнен из железного порошка, диспергируемого в смоле, он имеет высокое электрическое сопротивление, может подавить вихревой ток, вызванный переменным магнитным полем, и может подавить генерирование теплоты, вызванной переменным магнитным полем. Однако этот элемент регулирования магнитного поля имеет низкую магнитную проницаемость и, по этой причине, не может в достаточной мере захватить магнитный поток, проникающий через сверхпроводящий материал.
Кроме того, элементы регулирования магнитного поля согласно Патентному Документу 1 расположены между блоками катушек без учета того факта, что распределение магнитного поля зависит от положения в сборке сверхпроводящих катушек. Например, в центре осевого направления сборки сверхпроводящих катушек магнитное поле, перпендикулярное сверхпроводящему элементу, меньше, чем магнитное поле на концах осевого направления. Следовательно, если элемент регулирования магнитного поля, имеющий заданный размер, предусмотрен около центра, где магнитное поле мало, магнитный поток наоборот может быть подведен к сверхпроводящим блокам катушек около центра.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом проблем, описанных выше. Задачей настоящего изобретения является создание сборки сверхпроводящих катушек и оборудования для генерирования магнитного поля, которое может подавить понижение критического тока и подавить потери при переменном токе.
Для решения вышеупомянутых задач настоящее изобретение обеспечивает сборку сверхпроводящих катушек, в которой множество блоков катушек, выполненных из сверхпроводящего материала, расположено коаксиально по отношению к одному и тому же направлению, включающую в себя элементы регулирования магнитного поля, выполненные из феррита, порошкового металлического сердечника или порошка пермендюра, которые имеют более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал, и размещены вблизи от блоков катушек.
Согласно этой конфигурации в настоящем изобретении элементы регулирования магнитного поля выполнены из феррита, порошкового металлического сердечника или порошка пермендюра. Поэтому элементы регулирования магнитного поля настоящего изобретения имеют высокое удельное электрическое сопротивление и могут подавить вихревой ток. Кроме того, элементы регулирования магнитного поля настоящего изобретения имеют высокую магнитную проницаемость и могут в достаточной мере захватывать магнитный поток.
В настоящем изобретении элементы регулирования магнитного поля расположены между отдельными катушками так, чтобы прослаивать каждый блок катушек в осевом направлении, или чтобы прослаивать блоки катушек с обоих концов в осевом направлении.
Согласно этой конфигурации, в настоящем изобретении элементы регулирования магнитного поля предусмотрены между отдельными катушками так, чтобы прослаивать каждый блок катушки в осевом направлении, или прослаивать блоки катушек с обоих концов в осевом направлении.
Кроме того, в настоящем изобретении элементы регулирования магнитного поля имеют ширины в осевом направлении и/или ширины в направлении, ортогональном к оси в зависимости от распределения магнитного поля в их местах расположения.
Согласно этой конфигурации, регулируя размер элементов регулирования магнитного поля в зависимости от распределения магнитного поля, можно добиться, чтобы элементы регулирования магнитного поля захватывали магнитный поток, соответствующий их местам расположения.
Кроме того, в настоящем изобретении элементы регулирования магнитного поля выполнены в форме кольца, коаксиального по отношению к оси блоков катушек.
Так как согласно этой конфигурации в данном изобретении элементы регулирования магнитного поля являются кольцеобразными, они могут захватить магнитный поток, действующий на отдельные катушки в любом направлении по диаметральному направлению.
Кроме того, в данном изобретении внутренние кольцевые элементы, которые предусмотрены на внутренних сторонах в диаметральном направлении элементов регулирования магнитного поля, и внешние кольцевые элементы, которые предусмотрены отдельно на внешних сторонах в диаметральном направлении элементов регулирования магнитного поля, больше в осевом направлении, чем элементы регулирования распределения магнитного поля.
Согласно этой конфигурации, в настоящем изобретении могут быть получены нагрузки, которые действуют на внутренний кольцевой элемент и на внешний кольцевой элемент (например, сила магнитного поля, действующая на элемент регулирования магнитного поля в магнитном поле, сила, создаваемая во время его установки в пакет катушек, сила, создаваемая разностью коэффициентов теплового расширения между элементом регулирования магнитного поля и материалом смолы во время охлаждения (или повышения температуры), и т.д.). Поэтому даже если элемент регулирования магнитного поля представляет собой хрупкий материал, такой как феррит, повреждения и т.п. вследствие упомянутых выше нагрузок, столкновений, и т.д. могут быть предотвращены.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает оборудование генерирования магнитного поля, которое содержит вышеописанную сборку сверхпроводящих катушек и генерирует магнитное поле, используя ток возбуждения, подаваемый к каждому блоку катушки извне.
Согласно этой конфигурации данное изобретение получает оборудование для генерирования магнитного поля, включающее в себя сборку сверхпроводящих катушек, которая может дополнительно подавить понижение критического тока и может подавить потери на переменном токе.
Согласно сборке сверхпроводящих катушек настоящего изобретения множество блоков катушек, выполненных из сверхпроводящего материала, расположено коаксиально по отношению к одному и тому же направлению. Элементы регулирования магнитного поля, выполненные из феррита, порошкового металлического сердечника или порошка пермендюра, которые имеют более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал, расположены вблизи от блоков катушек. Поэтому в настоящем изобретении сборка сверхпроводящих катушек имеет высокое удельное электрическое сопротивление и может подавить вихревой ток. Кроме того, сборка сверхпроводящих катушек настоящего изобретения имеет высокую магнитную проницаемость и может в достаточной мере захватывать магнитный поток.
Поэтому сборка сверхпроводящих катушек настоящего изобретения обеспечивает оборудование для генерирования магнитного поля, включающее в себя сборку сверхпроводящих катушек, которая может дополнительно подавить понижение критического тока и может подавить потери на переменном токе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
Фиг.1 изображает в частично разобранном виде конфигурацию сверхпроводящего двигателя, согласно варианту воплощения данного изобретения;
Фиг.2 изображает вид в разрезе конфигурации сборки сверхпроводящих катушек, согласно варианту воплощения;
Фиг.3 изображает вид сверху кольца регулирования магнитного поля, согласно варианту воплощения;
Фиг.4 изображает вид в разрезе кольца регулирования магнитного поля по линии X-X на фиг.3;
Фиг.5A изображает схематичное представление эффекта кольца регулирования магнитного поля, согласно варианту воплощения;
Фиг.5B изображает схематичное представление эффекта кольца регулирования магнитного поля, согласно варианту воплощения;
Фиг.6A изображает результат моделирования магнитного распределения сборки сверхпроводящих катушек, согласно варианту воплощения;
Фиг.6B изображает результат моделирования магнитного распределения сборки сверхпроводящих катушек, согласно варианту воплощения;
Фиг.7A изображает увеличенный вид оконечной части сборки сверхпроводящих катушек, на фиг.6;
Фиг.7B изображает увеличенный вид оконечной части сборки сверхпроводящих катушек на фиг.6.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вариант воплощения данного изобретения будет объяснен со ссылками на чертежи. Во-первых, будет объяснена схематическая конфигурация сверхпроводящего двигателя (оборудования для генерирования магнитного поля), включающего в себя сборку сверхпроводящих катушек, согласно варианту воплощения.
Фиг.1 изображает в частично разобранном виде конфигурацию сверхпроводящего двигателя 1 согласно варианту воплощения данного изобретения.
Как показано на фиг.1, сверхпроводящий двигатель 1 включает в себя корпус 2, вал 3 двигателя, роторы 4 и статор 5.
Корпус 2 имеет полую круговую цилиндрическую форму и отверстие, сформированное вокруг его центральной оси для вставки вала 3 двигателя.
Вал 3 двигателя вставлен в отверстие в корпусе 2 и вращается свободно вокруг оси вращения, проходящей в осевом направлении относительно корпуса 2.
Пара роторов 4 размещена в корпусе 2, и между ними находится статор 5 в осевом направлении. Роторы 4, соединенные с валом 3 двигателя, могут вращаться свободно относительно корпуса 2. Постоянные магниты 41 обеспечены на одной стороне каждого ротора 4 и обращены к статору 5, задние ярма 42 также обеспечены как путь линий магнитной индукции на задней поверхности постоянного магнита 41.
Статор 5 размещен в корпусе 2 и прикреплен к корпусу 2. Статор 5 включает в себя железные сердечники 51, которые проходят в его осевом направлении и обращены к постоянным магнитам 41, сборки 100 сверхпроводящих катушек, обеспеченные вокруг железных сердечников 51, и криостат 52, который окружает сборки 100 сверхпроводящих катушек.
Железный сердечник 51 усиливает магнитный поток, генерируемый каждым блоком 110 катушки, и передает магнитный поток.
Сборка 100 сверхпроводящих катушек включает в себя множество блоков 110 катушек, расположенных коаксиально по отношению к одному и тому же направлению. Сборка 100 сверхпроводящих катушек генерирует магнитное поле, подавая ток возбуждения (переменный ток) к каждому блоку 110 катушки извне.
Криостат 52 представляет собой контейнер теплоизолирующей и охлаждающей среды, чтобы удерживать сборки 100 сверхпроводящих катушек при крайне низких температурах, и хранит чрезвычайно низкотемпературную охлаждающую среду, такую как жидкий азот, жидкий неон или жидкий гелий.
В сверхпроводящем двигателе 1, имеющем вышеописанную конфигурацию, переменный ток подается извне к сборкам 100 сверхпроводящих катушек, таким образом, северный полюс и южный полюс поочередно генерируются на концах каждого железного сердечника 51 в соответствии с циклом переменного тока. Силы притяжения и отталкивания действуют между железным сердечником 51 и постоянными магнитами 41 в роторах 4, посредством чего роторы 4 вращаются вокруг своей оси. В ответ на вращение роторов 4 вал двигателя 3 вращается относительно корпуса 2, и сверхпроводящий двигатель 1 получает требуемую вращательную движущую силу.
Далее со ссылками на фиг.2-4 будет подробно объяснена конфигурация сборки 100 сверхпроводящих катушек сверхпроводящего двигателя 1.
Фиг.2 изображает вид в разрезе сборки 100 сверхпроводящих катушек, согласно варианту воплощения.
Фиг.3 изображает вид сверху кольца 120 регулирования магнитного поля согласно варианту воплощения.
Фиг.4 изображает вид в разрезе кольца 120 регулирования магнитного поля 120 по линии X-X на фиг.3.
Как показано на фиг.2, сборка 100 сверхпроводящих катушек включает в себя блоки 110 катушек и кольца 120 регулирования магнитного поля. Между блоком 110 катушки и кольцом 120 регулирования магнитного поля обеспечен промежуток как путь протекания охлаждающей среды.
Блок 110 катушки является, например, так называемой, двойной плоской катушкой, сформированной наматыванием сверхпроводящего материала в форме ленты на основе висмута или иттрия и т.п. вокруг бобины в двухслойной плоскоспиральной форме в аксиальном направлении. Блок 110 катушки может также быть сформирован с использованием сверхпроводящего материала с одной обмоткой или же обмоткой веерообразной формы, овальной обмоткой и т.д. Множество блоков 110 катушек расположено с заданными интервалами в аксиальном направлении.
Кольцо 120 регулирования магнитного поля является элементом, имеющим более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал, который составляет блок 110 катушки, и регулирует силу магнитного поля, главным образом, в направлении, перпендикулярном к блоку 110 катушки (диаметральном направлении). Кольца 120 регулирования магнитного поля помещены между блоками 110 катушек так, чтобы прослаивать каждую из них в аксиальном направлении. Как показано на фиг.3, каждое кольцо 120 регулирования магнитного поля является кольцеобразным.
Как показано на фиг.4, кольцо 120 регулирования магнитного поля включает в себя элементы 121 регулирования магнитного поля, внутренний кольцевой элемент 122A, внешний кольцевой элемент 122B и тонколистовые элементы 123.
В варианте воплощения элементы 121 регулирования магнитного поля выполнены из феррита, который обладает высоким удельным электрическим сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью. Феррит производится спеканием ферритового порошка. Соответствующим образом может использоваться феррит марганца.
Как показано на фиг.3, элементы 121 регулирования магнитного поля имеют форму кольца, разделенного на множество секций в круговом направлении. Эта конфигурация выбрана после рассмотрения вопроса с точки зрения трудности в формировании отдельной кольцеобразной детали вследствие хрупкости феррита, и с точки зрения подавления электрического тока вследствие чередования магнитного поля. Форма при виде сверху разделенных частей элементов 121 регулирования магнитного поля может быть в виде дуги окружности, трапецеидальной или прямоугольной.
Если элементы 121 регулирования магнитного поля, которые представляют собой мягкий магнитный материал, имеют высокое удельное электрическое сопротивление и не проводят ток в переменном магнитном поле, то они не нуждаются в разделении в круговом направлении и могут быть сформированы в виде единой детали.
Чтобы подавить вихревые токи из-за переменного магнитного поля, смежные элементы 121 регулирования магнитного поля расположены с фиксированным интервалом между ними в круговом направлении и электрически изолированы друг от друга. Концы вдоль кругового направления каждого элемента 121 регулирования магнитного поля покрыты клеем, или же между смежными элементами 121 регулирования магнитного поля вставлены изоляционные листы, таким образом, расстояние между смежными элементами 121 регулирования магнитного поля может быть сокращено в максимально возможной степени, или же промежутки между смежными элементами 121 регулирования магнитного поля отсутствуют.
Внутренний кольцевой элемент 122A, внешний кольцевой элемент 122B и тонколистовые элементы 123 являются элементами, которые совместно обхватывают элементы 121 регулирования магнитного поля и удерживают его в заданной форме. Внутренний кольцевой элемент 122A, внешний кольцевой элемент 122B и тонколистовые элементы 123 выполнены из армированного волокном пластика (FRP), который является смесью смолистого материала и волокнистого материала с учетом теплового коэффициента сжатия и прочности.
Внутренний кольцевой элемент 122A расположен в диаметральном направлении с внутренней стороны кольцевой формы элементов 121 регулирования магнитного поля. Внешний кольцевой элемент 122B расположен в диаметральном направлении с внешней стороны кольцевой формы элементов 121 регулирования магнитного поля. Таким образом, элементы 121 регулирования магнитного поля расположены между внутренним кольцевым элементом 122A и внешним кольцевым элементом 122B в диаметральном направлении. Кроме того, элементы 121 регулирования магнитного поля ограждены в аксиальном направлении парой тонколистовых элементов 123 совместно с внутренним кольцевым элементом 122A и внешним кольцевым элементом 122B.
Чтобы предохранить хрупкие элементы 121 регулирования магнитного поля от нагрузок (например, силы магнитного поля, действующей на элементы 121 регулирования магнитного поля в магнитном поле, силы, создаваемой во время их установки в пачку катушек, силы, генерируемой разностью коэффициентов теплового расширения феррита и смолистого материала во время охлаждения (или повышения температуры), и т.д.), внутренний кольцевой элемент 122A и внешний кольцевой элемент 122B больше, чем элементы 121 регулирования магнитного поля, в аксиальном направлении.
Тонколистовые элементы 123 сформированы в листовидной форме с заданной толщиной, которая не затрудняет выделение тепла элементами 121 регулирования магнитного поля.
Так как кольцо 120 регулирования магнитного поля удерживает свою кольцевую форму посредством вышеописанной конфигурации, то когда появляются трещины в хрупких элементах 121 регулирования магнитного поля, можно предотвратить выступание расколотой детали, посредством чего требуемые функции могут быть сохранены.
Возвращаясь к фиг.2, кольца 120 регулирования магнитного поля вышеописанной конфигурации имеют ширину в аксиальном направлении или ширину в направлении, пересекающем ось (диаметральном направлении), которые зависят от распределения магнитного поля в их месте расположения. Таким образом, учитывая особенность, что их распределение магнитного поля зависит от положения в аксиальном направлении сборки 100 сверхпроводящих катушек, размеры колец 120 регулирования магнитного поля (точнее говоря, элементов 121 регулирования магнитного поля в них) спроектированы различными.
В варианте воплощения, так как магнитное поле сильно с обоих концов сборки 100 сверхпроводящих катушек, то ширина аксиального направления кольца 120 регулирования магнитного поля спроектирована большой. С другой стороны, так как магнитное поле слабо около центра сборки 100 сверхпроводящих катушек, ширина аксиального направления кольца 120 регулирования магнитного поля спроектирована малой. Более точно, ширина аксиального направления кольца 120 регулирования магнитного поля постепенно уменьшается от обоих концов блока 100 сверхпроводящих катушек к ее центру.
Далее, со ссылками на фиг.5A-7B будут пояснены эффекты кольца 120 регулирования магнитного поля с вышеописанной конфигурацией.
На фиг.5A и 5B представлены схемы эффектов кольца 120 регулирования магнитного поля согласно варианту воплощения данного изобретения.
На фиг.6A и 6B представлены результаты моделирования магнитного распределения сборки 100 сверхпроводящих катушек согласно варианту воплощения данного изобретения.
Фиг.7A и 7B изображают увеличенный вид торцевой части сборки 100 сверхпроводящих катушек согласно фиг.6A и 6B.
На фиг.5A поясняется случай, когда кольца 120 регулирования магнитного поля не предусмотрены, а на фиг.5B поясняется случай, когда кольца 120 регулирования магнитного поля предусмотрены. Фиг.6A, 6B, 7A и 7B изображают результаты моделирования, когда железный сердечник 51 расположен на оси сборки 100 сверхпроводящих катушек.
Когда к сборке 100 сверхпроводящих катушек подается переменный ток, генерируется магнитное поле, как показано на фиг.5A и 5B.
Как показано на фиг.5A, когда сборка 100 сверхпроводящих катушек не включает в себя кольца 120 регулирования магнитного поля, магнитный поток проникает через каждый блок 110 катушки по диаметральному направлению каждого блока 110 катушки. Критический ток сверхпроводящего материала, формирующего блок 110 катушки, ухудшается, и генерируются потери на переменном токе (тепловые). Явление, заключающееся в том, что магнитный поток проникает через блоки 110 катушек, может быть также подтверждено результатами моделирования фиг.6A и фиг.7A. На концах аксиального направления сборки 100 сверхпроводящих катушек плотность магнитного потока высокая. С другой стороны, в центре по аксиальному направлению сборки 100 сверхпроводящих катушек плотность магнитного потока низкая.
Со ссылкой на фиг.5B, будет пояснен случай, когда сборка 100 сверхпроводящих катушек включает в себя кольца 120 регулирования магнитного поля. Элементы 121 регулирования магнитного поля кольца 120 регулирования магнитного поля выполнены из феррита с высокой магнитной проницаемостью и могут в достаточной мере захватывать магнитный поток. Как видно на фиг.5B, кольца 120 регулирования магнитного поля захватывают магнитный поток, проникающий через каждый блок 110 катушки по диаметральному направлению так, что магнитный поток стягивается к кольцу 120 регулирования магнитного поля, обеспеченному около этого блока 110 катушки, посредством чего величина магнитного потока, проникающего через каждый блок 110 катушки, может быть понижена.
Захват магнитного потока кольцами 120 регулирования магнитного поля может быть подтвержден результатами моделирования, показанными на фиг.6B и 7B.
Как показано на фиг.3, так как смежные разделенные части элементов 121 регулирования магнитного поля электрически изолированы друг от друга, предотвращается теплообразование из-за тока, генерируемого магнитным полем переменного тока.
Кольца 120 регулирования магнитного поля в варианте воплощения имеют ширины в аксиальном направлении, соответствующие их местам расположения, и, как показано на фиг.6B и 7B, на концах в аксиальном направлении сборки 100 сверхпроводящих катушек, кольца 120 регулирования магнитного поля должны захватывать больше магнитного потока. Напротив, кольца 120 регулирования магнитного поля не должны захватывать много магнитного потока около центра по аксиальному направлению, и кольца 120 регулирования магнитного поля имеют меньшие ширины в аксиальном направлении, чем ширины тех, что расположены на концах в аксиальном направлении. Устанавливая подходящую ширину в аксиальном направлении, можно предотвратить неадекватное воздействие кольца регулирования магнитного поля на соседние блоки 110 катушек посредством намагничивания самого кольца регулирования магнитного поля и подавить теплообразование в феррите.
Как описано выше, кольца 120 регулирования магнитного поля могут понизить силу магнитного поля, действующего на сверхпроводящий материал в диаметральном направлении, и подавить понижение критического тока. Кроме того, можно также понизить потери при переменном токе.
Согласно варианту воплощения, сборка 100 сверхпроводящих катушек сформирована посредством расположения множества блоков 110 катушек, выполненных из сверхпроводящего материала, коаксиально по отношению к одному и тому же направлению, и включает в себя, вблизи от блоков 110 катушек, элементы 121 регулирования магнитного поля, выполненные из феррита и имеющие более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал. Кольцо 120 регулирования магнитного поля имеет высокое удельное электрическое сопротивление и подавляет вихревые токи. Кроме того, кольцо 120 регулирования магнитного поля имеет высокую магнитную проницаемость и может в достаточной мере захватывать магнитный поток.
Поэтому вариант воплощения может обеспечить сборку 100 сверхпроводящих катушек, которая дополнительно подавляет понижение критического тока и подавляет потери на переменном токе.
Кроме того, в варианте воплощения каждый блок 110 катушки в аксиальном направлении располагается между элементами 121 регулирования магнитного поля. Поэтому возможно захватить магнитный поток в диаметральном направлении, действующий на каждый блок 110 катушки, и дополнительно понизить потери на переменном токе.
В варианте воплощения элементы 121 регулирования магнитного поля имеют ширину в аксиальном направлении, которая зависит от распределения магнитного поля в их месте расположения. Поэтому, когда размер элементов 121 регулирования магнитного поля отрегулирован в зависимости от распределения магнитного поля, элементы 121 регулирования магнитного поля могут быть способны захватывать магнитный поток, соответствующий их местам расположения. Также возможно предотвратить возникновение эффектов, которые противоположны задаче данного изобретения, вследствие возможностей элементов 121 регулирования магнитного поля захватывать магнитный поток и иметь намагничивание.
В варианте воплощения элемент регулирования магнитного поля имеет форму кольца, коаксиального по отношению к оси блока 110 катушки. Поэтому элементы 121 регулирования магнитного поля могут захватить магнитный поток в любом направлении, действующий на блок 110 катушки в диаметральном направлении.
В варианте воплощения внутренний кольцевой элемент 122A, обеспеченный на внутренних сторонах в диаметральном направлении элементов 121 регулирования магнитного поля, и внешний кольцевой элемент 122B, обеспеченный отдельно на внешних сторонах в диаметральном направлении элементов 121 регулирования магнитного поля, больше в аксиальном направлении, чем элементы 121 регулирования магнитного поля. Поэтому внутренний кольцевой элемент 122A и внешний кольцевой элемент 122B могут воспринимать нагрузки, которые действуют на элементы 121 регулирования магнитного поля (например, сила магнитного поля, действующая на магнитное тело в магнитном поле, сила, генерируемая, когда его закрепляют в пачке катушек, сила, генерируемая разностью коэффициентов теплового расширения феррита и смолистого материала во время охлаждения (или повышения температуры), и т.д.), посредством чего, даже если элементы 121 регулирования магнитного поля являются хрупким материалом, таким как феррит, может быть предотвращена поломка и т.п., вызванная нагрузкой, соударением и т.п.
В варианте воплощения сверхпроводящий двигатель 1 включает в себя сборки 100 сверхпроводящих катушек, описанные выше, и генерирует магнитное поле, используя ток возбуждения, подаваемый к блокам 110 катушек извне. Следовательно, получен сверхпроводящий двигатель 1, который может подавить потери на переменном токе, может стабильно функционировать и иметь высокую эффективность.
Хотя предпочтительный вариант воплощения данного изобретения был описан со ссылкой на чертежи, не предполагается, что это ограничивает данное изобретение. Будет подразумеваться, что формы, комбинации и т.п. составляющих элементов, показанных в варианте воплощения, являются просто примерами и могут модифицироваться различными способами для индивидуальных требований проекта, основываясь на основных пунктах данного изобретения.
Например, хотя в варианте воплощения в качестве элементов 121 регулирования магнитного поля используется феррит, это не является ограничением данного изобретения. Например, порошковый металлический сердечник, произведенный прессовкой стального порошка или порошка пермендюра, может также успешно осуществлять цели данного изобретения.
В варианте воплощения, например, ширина в аксиальном направлении кольца 120 регулирования магнитного поля увеличена для того, чтобы отрегулировать характеристики захвата магнитного потока. Однако эта конфигурация не является ограничением данного изобретения, допустимо корректировать ширину в направлении, ортогональном к оси (диаметральном направлении) в зависимости от распределения магнитного поля в месте расположения. Кроме того, возможность захватывать магнитный поток изменяется в зависимости от ширины в диаметральном направлении кольца 120 регулирования магнитного поля. Поэтому, например, может использоваться конфигурация, в которой ширина в диаметральном направлении является большой на концах аксиального направления блока 100 сверхпроводящих катушек, в то время как ширина в диаметральном направлении мала в центре аксиального направления.
В варианте воплощения, каждый блок 110 катушки в аксиальном направлении располагается между элементами 121 регулирования магнитного поля. Однако это не является ограничением данного изобретения. Например, они могут быть расположены внутри отдельной катушки или могут располагаться с обоих концов отдельной катушки в аксиальном направлении. Кроме того, места расположения элементов 121 регулирования магнитного поля могут быть выбраны в соответствии с распределением магнитного поля. Например, может использоваться конфигурация, в которой элементы 121 регулирования магнитного поля не предусмотрены в центрах аксиального направления, где магнитное поле диаметрального направления слабо, или в которой элементы 121 регулирования магнитного поля не предусмотрены в некоторой области в круговом направлении.
В варианте воплощения, оборудование для генерирования магнитного поля, которое включает в себя сборки 100 сверхпроводящих катушек и генерирует магнитное поле, используя ток возбуждения, подаваемый к блоку 110 катушки извне, является сверхпроводящим двигателем 1. Однако данное изобретение не ограничено этой конфигурацией и может быть применено в различных типах оборудования для генерирования магнитного поля, таких как, например, трансформатор, электрогенератор и электромагнит.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Элемент регулирования магнитного поля данного изобретения имеет высокое электрическое сопротивление, подавляет генерирование вихревых токов, имеет высокую магнитную проницаемость и может захватывать магнитный поток.
ОПИСАНИЕ НОМЕРОВ ДЛЯ ССЫЛОК
1 сверхпроводящий двигатель (оборудование для генерирования магнитного поля)
100 сборка сверхпроводящих катушек
110 блок катушки
121 элемент регулирования магнитного поля
122A внутренний кольцевой элемент
122B внешний кольцевой элемент.

Claims (4)

1. Сборка сверхпроводящих катушек, в которой множество блоков катушек, выполненных из сверхпроводящего материала, расположено коаксиально по отношению к одному и тому же направлению, содержащая:
элементы регулирования магнитного поля, выполненные из феррита, порошкового металлического сердечника или порошка пермендюра, которые имеют более высокую магнитную проницаемость, чем сверхпроводящий материал, и обеспечены вблизи от блоков катушек, при этом
элементы регулирования магнитного поля имеют форму кольца с осью, коаксиальной по отношению к каждой оси блоков катушек, и
внутренние кольцевые элементы, размещенные в диаметральном направлении на внутренних сторонах элементов регулирования магнитного поля, и внешние кольцевые элементы, размещенные отдельно в диаметральном направлении на внешних сторонах элементов регулирования магнитного поля, больше, чем элементы регулирования магнитного поля в аксиальном направлении.
2. Сборка сверхпроводящих катушек по п.1, в которой между блоками катушек размещены элементы регулирования магнитного поля так, чтобы прослаивать каждый блок катушки в аксиальном направлении, или так, чтобы прослаивать блоки катушек с обоих концов в аксиальном направлении.
3. Сборка сверхпроводящих катушек по п.1, в которой элементы регулирования магнитного поля, каждый, имеют ширину в аксиальном направлении и/или ширину в направлении, ортогональном к оси, которая зависит от распределения магнитного поля в их местах расположения.
4. Оборудование для генерирования магнитного поля, содержащее сборку сверхпроводящих катушек по п.1 и генерирующее магнитное поле, используя ток возбуждения, подаваемый к каждому блоку катушки извне.
RU2011108111/07A 2008-08-06 2009-08-05 Сборка сверхпроводящих катушек и оборудование для генерирования магнитного поля RU2479880C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008202807A JP5201551B2 (ja) 2008-08-06 2008-08-06 超電導コイル及び磁場発生装置
JP2008-202807 2008-08-06
PCT/JP2009/003756 WO2010016254A1 (ja) 2008-08-06 2009-08-05 超電導コイル及び磁場発生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011108111A RU2011108111A (ru) 2012-09-20
RU2479880C2 true RU2479880C2 (ru) 2013-04-20

Family

ID=41663482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011108111/07A RU2479880C2 (ru) 2008-08-06 2009-08-05 Сборка сверхпроводящих катушек и оборудование для генерирования магнитного поля

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8354907B2 (ru)
EP (1) EP2323141B1 (ru)
JP (1) JP5201551B2 (ru)
KR (1) KR20110046488A (ru)
CA (1) CA2733162C (ru)
RU (1) RU2479880C2 (ru)
WO (1) WO2010016254A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683466C1 (ru) * 2015-06-26 2019-03-28 Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. Антенна для инструментов геофизического исследования в стволе скважины и способ ее изготовления

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010263122A (ja) * 2009-05-08 2010-11-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータ
JP2011217480A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導モータの制御システム
DE202011051056U1 (de) 2011-08-23 2011-11-21 Intica Systems Ag Induktives Bauteil
JP5310914B1 (ja) * 2012-08-13 2013-10-09 住友電気工業株式会社 超電導機器
JP5310907B2 (ja) * 2011-08-26 2013-10-09 住友電気工業株式会社 超電導コイル体および超電導機器
KR20140067061A (ko) * 2011-08-26 2014-06-03 스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤 초전도 코일체 및 초전도 기기
EP2816573B1 (en) 2012-01-30 2020-08-26 Mitsubishi Electric Corporation Magnetic circuit
US9117578B2 (en) * 2012-03-13 2015-08-25 Massachusetts Institute Of Technology No-insulation multi-width winding for high temperature superconducting magnets
JP6094233B2 (ja) * 2012-05-14 2017-03-15 住友電気工業株式会社 超電導マグネット
JP6262417B2 (ja) * 2012-07-31 2018-01-17 川崎重工業株式会社 磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機
JP5696694B2 (ja) * 2012-08-01 2015-04-08 トヨタ自動車株式会社 回転電機のステータ
KR101706858B1 (ko) * 2015-08-11 2017-02-15 두산중공업 주식회사 초전도 계자코일의 수직 자기장 감소 장치
JP2020078362A (ja) * 2017-02-16 2020-05-28 株式会社日立製作所 超電導磁石装置またはそれを用いた磁気共鳴イメージング装置
CN107369520A (zh) * 2017-09-13 2017-11-21 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种新型高温超导绕组
JP2019161951A (ja) * 2018-03-15 2019-09-19 本田技研工業株式会社 回転電機のステータ
WO2021211082A1 (en) * 2020-04-13 2021-10-21 Tartar Ali Samil A magnetic field routing and electric generation system
CN114551026B (zh) * 2022-03-02 2024-02-02 中国科学院电工研究所 一种低温强磁场综合物性测量用超导磁体及其设计方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229827A1 (ru) * 1984-08-01 1986-05-07 Предприятие П/Я А-1758 Сверхпровод ща обмотка
JP2001006920A (ja) * 1999-06-25 2001-01-12 Toshiba Corp 超電導ウイグラマグネット装置
JP2004342972A (ja) * 2003-05-19 2004-12-02 Kyushu Electric Power Co Inc 超電導コイル
JP2007060748A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導多軸モータおよびそれを備えた車両
US7355307B2 (en) * 2001-11-15 2008-04-08 Siemens Aktiengesellschaft Rotary transformer for supplying electric power to a superconducting rotor

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03155103A (ja) 1989-11-14 1991-07-03 Kawasaki Steel Corp 酸化物超電導セラミックスコイルの製造方法
JPH05144628A (ja) 1991-11-18 1993-06-11 Shin Etsu Chem Co Ltd 磁場発生装置
JPH07142245A (ja) * 1993-11-17 1995-06-02 Mitsubishi Electric Corp 高温超電導マグネット、その設計方法および運転方法、並びに高温超電導テープ材の製造方法
JP3117173B2 (ja) 1993-11-22 2000-12-11 株式会社日立製作所 冷凍機付超電導マグネット装置
US5476633A (en) * 1994-07-06 1995-12-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ultrahigh-purity dimensionally stable INVAR 36
NZ296653A (en) 1994-10-13 1999-01-28 American Superconductor Corp Superconducting magnetic coil assembly has pancake coils of different cross sections
JP3307565B2 (ja) 1997-06-20 2002-07-24 三菱電機株式会社 超電導限流装置
JPH1131614A (ja) 1997-07-10 1999-02-02 Fuji Electric Co Ltd 高温超電導コイル
JP2002153441A (ja) * 2000-11-22 2002-05-28 Hitachi Medical Corp 磁気共鳴イメージング装置
JP2003158009A (ja) 2001-11-22 2003-05-30 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 高温超電導コイル
ATE387743T1 (de) 2003-10-15 2008-03-15 Nexans Supraleitender strombegrenzer mit magnetfeldunterstütztem quench
JP2008202807A (ja) 2007-02-16 2008-09-04 Noboru Masaoka 環境調和システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229827A1 (ru) * 1984-08-01 1986-05-07 Предприятие П/Я А-1758 Сверхпровод ща обмотка
JP2001006920A (ja) * 1999-06-25 2001-01-12 Toshiba Corp 超電導ウイグラマグネット装置
US7355307B2 (en) * 2001-11-15 2008-04-08 Siemens Aktiengesellschaft Rotary transformer for supplying electric power to a superconducting rotor
JP2004342972A (ja) * 2003-05-19 2004-12-02 Kyushu Electric Power Co Inc 超電導コイル
JP2007060748A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導多軸モータおよびそれを備えた車両

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683466C1 (ru) * 2015-06-26 2019-03-28 Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. Антенна для инструментов геофизического исследования в стволе скважины и способ ее изготовления
US10627537B2 (en) 2015-06-26 2020-04-21 Halliburton Energy Services, Inc. Antenna assemblies using ferrites for wellbore logging tools and a method of manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
CA2733162C (en) 2014-09-23
CA2733162A1 (en) 2010-02-11
RU2011108111A (ru) 2012-09-20
US20110140817A1 (en) 2011-06-16
EP2323141B1 (en) 2014-05-21
WO2010016254A1 (ja) 2010-02-11
US8354907B2 (en) 2013-01-15
EP2323141A4 (en) 2012-12-12
JP5201551B2 (ja) 2013-06-05
KR20110046488A (ko) 2011-05-04
EP2323141A1 (en) 2011-05-18
JP2010040823A (ja) 2010-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2479880C2 (ru) Сборка сверхпроводящих катушек и оборудование для генерирования магнитного поля
JP4312245B2 (ja) 電気機械用のロータ・ステータ構造
US7294948B2 (en) Rotor-stator structure for electrodynamic machines
US8072106B2 (en) Stator and rotor-stator structures for electrodynamic machines
US6751842B2 (en) Method of constructing a rotor for use in a high speed controlled-pole electric machine
US20020180294A1 (en) Dynamo electric machine with permanent magnet type rotor
CN101064464B (zh) 混合式永磁旋转电机及其制造方法
EP2850328B1 (en) Magnetic bearing and method for mounting a ferromagnetic structure around the core of a magnetic bearing
CN101769335B (zh) 一种永磁上吸下斥结构的低功耗混合式磁轴承
JP2012050312A (ja) アキシャルギャップ型ブラシレスモータ
CN105090245A (zh) 一种非对称永磁偏置轴向磁轴承
JP2010110128A (ja) 永久磁石回転電機
CN109038991A (zh) 一种36/4结构高速永磁电机
JP2006518180A (ja) モータ／ジェネレータのための拡張コア
JP2006515501A (ja) 回転子アセンブリ
Oswald et al. Conceptual design of a SC HTS linear motor
US11739402B2 (en) Magnetic particles or wires for electrical machinery
JP2006166692A (ja) 同期機械用並列巻き超伝導コイル
WO1991009442A1 (en) Magnetic flux return path for an electrical device
US7291958B2 (en) Rotating back iron for synchronous motors/generators
CN111740515B (zh) 一种转子模块化的混合励磁开关磁阻电机
WO2006047499A2 (en) Rotor-stator structure for electrodynamic machines
JP4923301B2 (ja) 超電導コイル装置、誘導子型同期機、及び変圧装置
WO2011045842A1 (ja) 永久磁石回転電機
JP2013051761A (ja) 永久磁石式回転電機

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150806