Способ запитки сверхпроводящей обмотки и топологический генератор Советский патент 1991 года по МПК H02K55/06 

(46) 07.05.91. Бюл. 17

(21)4333096/07

(22)25.11.87

(71)Институт теплофизики Уральского отделения АН СССР

(72)Б. .М. Смоляк, Е. В. Пострехин и Г. В. Ермаков

(53) 621.313.713(088.8) (56) Глебов И. А., Шахтарин В. Н.; Антонов Ю. Ф. Проблема ввода тока в сверхпроводящие устройства. Л.: Наука, 1985, с. 21, рис. 1,5 и с. 139, рис. 3,2.

(54) СПОСОБ ЗАПИТКИ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКИ И ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения состоит в повышении надежности. Способ защиты сверхпроводящей (СП) обмотки включает соединение ее проводами со СП пластиной, создание постоянного магнитного потока и перемещение его. Благодаря тому, что на участки СП пластины воздействуют переменным магнитным полем в момент пересечения их постоянным магнитным потоком, обеспечивается достижение поставленной цели. 2 с.п. ф-лы. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке способов и устройств запит- ки постоянным электрическим током сверхпроводящей обмотки электротехнических устройств.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение использования активных материалов.

На фиг. 1 иллюстрируется способ запитки постоянным электрическим то- ком сверхпроводящей обмотки; на фиг. 2 - топологический генератор для осуществления запитки постоянным электрическим током сверхпроводящей обмотки, продольный разрез.

Запитку постоянным электрическим током I сверхпроводящей обмотки 1 (фиг. 1) ведут, замыкая ее сверхпроводящей пластиной 2 и соединительными проводами 3 из жесткого сверхпроводника и многократно пересекая

ном направлении магнитным потоком Ф индуктора 4 сверхпроводящую пластину 2 и соединительные провода 3, воздействуя при этом переменным магнитным полем Н, на участки пластины П,-пронизываемые магнитным потоком Ф.

Постоянный электрический ток I в замкнутой сверхпроводящей цепи воз буждают следующем путем. Индуктор 4, создающий постоянный магнитный поток Ф с напряженностью поля, меньшей, чем второе критическое поле сверхпроводящей пластины 2 и соединительных проводов 3, вращают постоянно в одном направлении. Участки П, пронизываемые потоком Ф, обладают пиннингом, что обусловило бы в отсутствие переменного магнитного поля наведение здесь сверхпроводящих токов, равных и противоположно направленных токам, индуциированным при пересечении потоком Ф соединительных проводов 3, т.е.

СП

сл

С О

00накачка тока в контур отсутствовала бы. Воздействие на участки П перемен- ного магнитного поля Н в тот момент, когда они пронизаны потоком Ф, снижает пяннинг и критический ток только в этих участках, что приводит при перемещении потока Ф к возникновению в зонах П резистивного или нормального состояний. В результате, поток Ф, перемещаясь вместе с зоной конечной проводимости, пересекает пластину, не наводя тока в цепи (этот ток затухает при резистивных участках П). Соединительные провода 3 пересекают потоком Ф без воздействия на них переменного поля, возбуждая тем самым в замкнутой сверхпроводящей цепи незатухающий ток одного цикла запитки. Процесс многократно повторяют, наводя в контуре суммарный постоянный электрический ток I эапитки, который течет по сверхпроводящим участкам пластины с высокой токонесущей способностью, что обеспечивает устойчивость процесса запитки.

Топологический генератор для осуществления способа имеет якорь 5, выполненный в виде полого ферромагнитного цилиндра, на внутренней поверхности которого размещена сверхпрово дящая пластина 2, выполняющая функции якорной обмотки из жесткого сверхпроводника, изолированная от цилиндра. К лобовым выступам пластины подсоединены соединительные провода 3, также сделанные из жесткого сверхпроводника , соединяющие сверхпрово- дяищую пластину 2 с запитьгоаемой сверхпроводящей обмоткой. В расточке якоря расположен индуктор А с полюсами, насаженными на вал 6, выполненный из ферромагнетика, обмотки воз-- буждения 7 и дополнительные обмотки 8, размещенные под сверхпроводящей пластиной 2 на полюсах индуктора А. Якорь с индуктором помещены в корпус 9 и закрыты боковыми крышками 10, в которых установлены подшипники Ни имеются отверстия 12 для выхода сое- . дннитеяышх проводов, причем корпус и крышки выполнены-из ферромагнитного материалаt На якоре может размещаться несколько сверхпроводящих пла стдае изолированных друг от друга и соединенных между собой в лобовых участках .

, .Устройство работает следующим образом В обмотки 7 подают постеянный

12084

ток и создают магнитный поток Ф, который пронизывает участки пластины 2 под полюсами индуктора и замыкается через корпус 9 и боковые крышки 10 вне лобовых участков пластины (индуктор, например, 4-х полюсный, поэтому пластина пронизывается сразу в чбты- рех местах), В обмотки 8 подают переменный ток, создавая переменное магнитное поле Н. в тех же участках пластины, которые пронизаны потоком Ф, причем силовые линии переменного поля замыкаются в основном в зазоре между полюсным наконечником и якорем 5. При вращении индуктора сверхпроводящая пластина 2 пересекается потоком Ф при одновременном воздействии на те же участки переменного магнитного по10

15

0

ля Н, а соединительные провода 3 пе0

ресекаются потоком Ф в отверстиях 12, где поле Н отсутствует. В результате в замкнутой сверхпроводящей uenrtV образованной пластиной 2, проводами 5 3 и обмоткой , возбуждается ток, который протекает по сверхпроводящим участкам пластины с высоким значением критического тока, что обеспечива- , ет устойчивую работу топологического генератора.

Использование предлагаемого способа запитки rt конструкции устройства позволяет по сравнению с существующим повысить устойчивость процесса нарастания тока в контуре, которая определяется критическими параметрами и потерями в сверхпроводящих участках якоря. Стабильная область существования сверхпроводящего состояния ограничена величиной критического тока для данного материала. Поэтому при эапитке обмотки запас устойчивости любого эвена сверхпроводящей цепи будет определяться отношением критического тока к току запитки. Для ниобия, из которого обычно изготовляют пластины якоря, плотность критического тока в отсутствие внешнего магнитного поля составляет 104-10 А/см, а для жесткого сверхпроводника, напри0 мер, сплава NbTi - 10 А/ск4. Таким образом, при одинаковом токе эапитки запас устойчивости в случае использования в якоре пластин из сплава NbTi будет выше на 1-2 порядка. Наличие

5 небольших внешних магнитных полей, например полей рассеяния от обмотки мало меняет критический ток жесткого сверхпроводника. Пластины из ниобия

5

0

5

требуют тщательного экранирования от внешних полей, поскольку тепловыделение и неустойчивость в сверхпроводниках без пиннинга начинаются в присутствии магнитного поля при очень малых токах. Использование жестких сверхпроводников с высокой токонесущей способностью позволяет также уменьшить количество активных элементов (пластин) в якоре при накачке в контур большого тока.

Формула изобретения

и участков пластины, о т п и чя - ю щ, и н с я тем, что, с целью повышения надежности, на участки сверхпроводящей пластины, которую выполняют из жесткого сверхпроводника, воздействуют переменным магчитным полем в момент пересечения их постоянным магнитным потоком.

0

/МШГб

527 8

фие.2