Способ стабилизации магнитной опоры на основе сверхпроводников Советский патент 1992 года по МПК F16C32/04 

Изобретение относится к энергетике, прикладной механике и другим областям науки и техники и предназначено для создания магнитной опоры, например высокоточных приборов

Известен способ стабилизации ротора в магнитной опоре посредством магнитного поля, в котором для исключения перемещения ротора применяют систему, состоящую из постоянных магнитов, размещенных на роторе, и сверхпроводящих витков на статоре. При изменении положения ротора в осевом направлении изменяется поток магнитного поля через сверхпроводящие витки, в которых возникают токи, создавшие силы, возвращающие ротор в исходное положение.

Способ пригоден лишь для стабилизации ротора в магнитной опоре, использующей низкотемпературные сверхпроводники. При использовании высокотемпературной сверхпроводящей керамики в магнитных опорах имеет место такое явление как гистерезис

левитационной силы, т е зависимость величины подъемной силы опоры от предыстории нагружения, причем существует множество состояний равновесия ротора с постоянными магнитами Зазор между сверхпроводящим экраном и подвижной частью опоры не стабилен, т.е гистерезис левитационной силы приводит либо к ненадежности работы магнитной опоры либо к необходимости применения сложных и дорогостоящих систем автоматического регулирования для стабилизации положения вывешенного тела

Целью изобретения является повышение надежности работы магнитной опоры на основе высокотемпературной сверхпроводимости путем уменьшения гистерезиса силы.

Это достигается гем, что в способе стабилизации магнитной опоры на основе сверхпроводников посредством магнитного поля на постоянный магнит подвешенной части опоры воздействуют переменным

СО

с

3

Ј ю

00

магнитным полем с частотой, не равной частоте собственных колебаний ротора с постоянными магнитами.

На чертеже схематически изображен один из вариантов магнитной опоры и уст- ройство для осуществления предлагаемого способа.

Оно содержит пластину 1 из высокотемпературного сверхпроводника, помещенную в криостат 2 с жидким азотом, постоянный магнит 3 и катушку 4, подключенную к источнику переменного напряжения (на чертеже не показан).

После постоянногб магнита частично проникает в сверхпроводящую керамику в виде вихревых нитей. Конкретное распределение поля зависит от параметров опоры, а именно: от состава и размеров керамики, размере и формы магнита, величины намагниченности и т.п. Один из вариантов рас- пределения силовых линий магнитного поля опоры приведен на чертеже. Катушка создает переменное магнитное поле В Bm sin Q где Вт - амплитуда, Q - частота переменного поля (силовые линии показаны пункти- ром).

При размещении магнита около сверхпроводящего экрана в нем возникают поверхностные токи, направление которых таково, что они препятствуют проникнове- нию поля в сверхпроводник. После этих токов воздействует на магнит и создает подъемную силу.

Повышение надежности путем уменьшения гистерезиса левитационной силы до- стигается следующим образом. Катушка 4 подключается к стандартному генератору колебаний, напряжение на выходе которого изменяется по гармоническому закону. Переменное магнитное поле катушки 4 взаи- модействует с магнитным полем постоянного магнита 3 и воздействует на пластину. При этом магнит 3 занимает стабильное положение относительно пластины.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Использовалась пластина из керамики марки КИБ-1 ТУ 48-0531-390-8 с размерами 3,0 х 4,8 х 6,0 см, а также постоянный кольцевой магнит из SmCos намагниченный вдоль оси, внутренний радиус которого 0,2 см, внешний радиус 0,7 см, высота 0,25 см, максимальная

индукция 1500 Гс, вес 3100 г. Подвешенный магнит может быть устойчиво вывешен в любом положении при зазорах в диапазоне 0,2-0,48 см. Множество состояний равновесия приводит к ненадежности работы опоры, поскольку отсутствует стабильность зазора, величина которого определяется предысторией нагружения, а также случайных возмущений в системе (например, толчков основания),

Применялись разнообразные катушки, позволяющие получать переменное магнитное поле с амплитудой индукции 30-50 Гс, которые располагались на расстоянии, равном 2-3 высотам магнита. Собственная частота колебаний составила 18 Гц, амплитуда колебаний на этой частоте 0,1 см. Выбор диапазона частот переменного поля для стабилизации вывешенного тела осуществлялся эмпирически следующим образом Ус- танавливалэсь частота переменного напряжения питания катушки, равная частоте резонансных колебаний. Затем она менялась как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения до тех пор, пока магнит не занимал стабильного положения. При частотах 40-50 Гц зазор оставался постоянным в пределах ошибки, не превышающей 0,01 см.

Применение способа не связано с размерами магнита и его формой. В устройстве для применения предлагаемого способа использовался так же цилиндрический магнит, намагниченный вдоль оси. с радиусом 1,0 см, высотой 0,65 см. Собственные частоты колебаний 10 Гц(амплитуда колебаний 0,05 см). При частоте переменного поля 20 Гц, подобранной эмпирически таким же образом как и в предыдущем случае, зазор оставался постоянным в пределах ошибки, не превышающей 0,01 см.

Формула изобретения Способ стабилизации магнитной опоры на основе сверхпроводников, ротор которой выполнен с постоянными магнитами, посредством магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности опоры в работе путем уменьшения гистерезиса левитационной силы, на магниты воздействуют переменным магнитным полем с частотой, не равной частоте собственных колебаний магнитов.

XN

/--v Ч

///////A///A/J/ ///////y/

/

/

I /

- х

- х Ч

Использование- магнитные опоры высокоточных приборов Сущность изобретения стабилизируют магнитную опору на основе сверхпроводников путем воздействия на постоянные магниты ротора переменным магнитным полем Частота воздействия не равна частоте собственных колебаний магнитов. Повышается надежность опоры в работе путем уменьшения гистерезиса левитационной силы 1 ил

///////////////;//;////// / /