Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КАТУШКА
СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КАТУШКА

СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ КАТУШКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Область использования: техника сверхмощных магнитных полей. Сущность изобретения: сверхпроводящая катушка содержит плотно намотанную обмотку из сверхпроводящего провода, сосуд с охлаждающей средой и изолирующие элементы, при этом две торцевые поверхности обмотки катушки имеют более высокий предел устойчивости сверхпроводимости по сравнению с остальной частью обмотки, которая размещена внутри сосуда с охлаждающей средой, изолирующие элементы размещены между обмоткой и сосудом. Технический результат: повышение стабильности. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2109361
Класс(ы) патента: H01F6/06
Номер заявки: 5011619/09
Дата подачи заявки: 24.04.1992
Дата публикации: 20.04.1998
Заявитель(и): Хитачи Лтд. (JP)
Автор(ы): Риукити Такахаси[JP]; Фумио Иида[JP]; Наофуми Тада[JP]
Патентообладатель(и): Хитачи Лтд. (JP)
Описание изобретения: Изобретение относится к сверхпроводящей катушке, в которой увеличена стабильность плотно намотанной сверхпроводящей обмотки и повышена устойчивость к подавлению сверхпроводимости.
В качестве метода для предотвращения потери сверхпроводимости катушки из-за возмущений в поверхностной части намотанного провода в плотно намотанной сверхпроводящей катушке известен способ, заключающий в установке пружиных элементов сверхпроводящей катушкой и сосудом для катушки (заявка Японии JP-A-1-194308), вмещающим охлаждающую среду, для предотвращения потери сверхпроводимости сверхпроводящей катушки из-за нагрева от трения за счет подавления колебаний катушки, вызываемых вибрацией. Известны также способы, заключающиеся во введении материала с малым коэффициентом трения между сверхпроводящей катушкой и изолирующим материалом, размещенным на внутренней поверхности сосуда для катушки, для уменьшения нагрева вследствие трения (заявки Японии JP-A-57-124406 и JP-A-57-178306); способ, заключающийся в размещении на заданном расстоянии друг от друга на поверхности сверхпроводящей катушки теплоизолирующих элементов, содержащих изолятор с малым коэффициентом трения и малой удельной теплопроводностью, которые крепятся к сосуду катушки, для предотвращения подавления сверхпроводимости вследствие передачи теплоты, порождаемой трением, от поверхности катушки (заявка Японии JP-A-57-638099); способ, заключающий в креплении сверхпроводящей катушки к внутреннему сосуду с помощью металлической трубки, через которую течет криогенная среда, для предотвращения подавления сверхпроводимости вследствие передачи теплоты, порождаемой трением, от поверхности сверхпроводящей катушки (заявка Японии JP-A-57-63809) и др.
Известна также сверхпроводящая катушка, содержащая обмотку из сверхпроводящего провода, канал для охлаждающей среды, внутренний сосуд, изоляционную перегородку (тезисы доклада Е.Юзо и др.; Мицубиси Электрик Компани, Концерн "Японские национальные железные дороги", международная конференция "Транспорт на магнитных подвесках - 85", с. 185-192, (1985).
Суть всех вышеописанных известных способов состоит в ослаблении возмущений, приводящих к подавлению сверхпроводимости катушки, или в создании препятствия для передачи теплоты, порожденной возмущениями, к сверхпроводящей катушке. Однако реально устойчивость к подавлению сверхпроводимости плотно намотанной сверхпроводящей катушки почти не повышается. Таким образом, ни один из известных способов не может пока считаться удовлетворительным для предотвращения подавления сверхпроводимости в сверхпроводящей катушке.
Технической задачей изобретения является создание сверхпроводящей катушки, в которой увеличена стабильность плотно намотанной сверхпроводящей обмотки и повышена устойчивость к подавлению сверхпроводимости.
Решение технической задачи согласно изобретению обеспечивается сверхпроводящей катушкой, содержащей плотно намотанную обмотку из сверхпроводящего провода, в которой нет прямого контакта охлаждающей среды со сверхпроводящим проводом, сосуд с охлаждающей средой и изолирующие элементы, при этом две торцевые поверхности обмотки катушки имеют более высокий предел устойчивости сверхпроводимости по сравнению с остальной частью обмотки, которая размещена внутри сосуда с охлаждающей средой, изолирующие элементы размещены между обмоткой и сосудом.
В качестве стабилизатора для сверхпроводящего провода может использоваться медь, при этом сверхпроводящий провод может быть покрыт алюминием.
Поперечное сечение сверхпроводящего провода в двух торцевых поверхностях обмотки катушки может быть больше, чем в остальной части обмотки.
Обмотка катушки может содержать не имеющие соединения сверхпроводники с различными пределами стабильности для поверхностной части обмотки и для остальной части обмотки соответственно.
Согласно другому аспекту изобретения сверхпроводящая катушка содержит плотно намотанную обмотку из сверхпроводящего провода, в которой нет прямого контакта охлаждающей среды со сверхпроводящим проводом, сосуд с охлаждающей средой и изолирующие элементы, при этом поверхностная часть обмотки имеет более высокий предел устойчивости по сравнению с остальной частью обмотки, которая размещена внутри сосуда с охлаждающей средой, изолирующие элементы размещены между обмоткой и сосудом.
В качестве стабилизатора для сверхпроводящего провода в поверхностной части обмотки катушки может использоваться медь, при этом сверхпроводящий провод может быть покрыт алюминием.
Поперечное сечение сверхпроводящего провода в поверхностной части обмотки катушки может быть больше, чем в остальной части обмотки.
На фиг. 1 показана конструкция сверхпроводящей катушки, соответствующая одному варианту настоящего изобретения, поперечный разрез; на фиг. 2 - конструкция сверхпроводящей катушки, соответствующая другому варианту настоящего изобретения, поперечный разрез; на фиг. 3 - конструкция сверхпроводящей катушки, соответствующая еще одному варианту настоящего изобретения, поперечный разрез; на фиг. 4 - конструкция сверхпроводящей катушки, соответствующая еще одному варианту настоящего изобретения, поперечный разрез; на фиг. 5 - перспективное изображение общих очертаний обычной сверхпроводящей катушки в форме гоночного трека; на фиг. 6 - вид в поперечном разрезе по линии А-А на фиг. 5.
Прежде, чем перейти к описанию вариантов настоящего изобретения, поясним его принцип.
Сверхпроводящая магнитная подвеска для транспортного средства включает в себя сверхпроводящие катушки, расположенные на транспортном средстве, и нормально проводящие замкнутые накоротко катушки, уложенные в грунт, при этом подъем транспортного средства осуществляется за счет силы отталкивания, возникающей вследствие электромагнитной индукции между сверхпроводящими катушками и катушками в грунте при движении транспортного средства. В то же время тяговое усилие на транспортное средство создается с помощью линейного синхронного электродвигателя с использованием взаимодействия между нормально проводящими тяговыми катушками, уложенными отдельно друг от друга в грунт, и сверхпроводящими катушками, расположенными на транспортном средстве, благодаря чему те же катушки обеспечивают тяговое усилие посредством инвертирования тока, протекающего через тяговые катушки.
Сверхпроводящая катушка, используемая для транспортного средства на сверхпроводящей магнитной подвеске, обычно имеет форму гоночного трека (см. фиг. 5), при этом, поскольку она устанавливается на транспортное средство, из соображений экономичности ее вес и размер должны быть по возможности минимальными.
Для этого обмотка сверхпроводящей катушки должна иметь как можно более компактную форму, чтобы увеличить плотность тока в катушке. В связи с этим применяется конструкция с плотно намотанной обмоткой, в которой охлаждающая среда, такая как жидкий гелий и т.д., находится в пространстве 3, ограниченном сосудом 1 для охлаждающей среды и изолятором 2, так что в обмотке 4 сверхпроводящей катушки отсутствует прямой контакт охлаждающей среды со сверхпроводником. Кроме того, используется так называемый сверхпроводящий провод с малым объемным отношением меди к сверхпроводнику, позволяющий максимально уменьшить объем части, не относящей к токопроводящей части, например объем стабилизатора и т.д.
С другой стороны, сверхпроводящая катушка для транспортного средства на магнитной подвеске должна обладать высокой надежностью и устойчивостью, так как последнее должно обеспечивать безопасную перевозку пассажиров. Поэтому предел устойчивости сверхпроводящей катушки обязательно должен быть выше энергии возмущений. Предел устойчивости определяется наименьшей энергией, приводящей к подавлению сверхпроводимости сверхпроводящей катушки. К сожалению, плотно намотанная сверхпроводящая катушка с малым объемным отношением меди к сверхпроводнику имеет низкий предел устойчивости, и сверхпроводимость может быть подавлена небольшой энергией возмущений.
Так, при движении транспортного средства на магнитной подвеске на высокой скорости, сверхпроводящая катушка находится в неблагоприятных рабочих условиях, испытывая ударные нагрузки, связанные с ее колебаниями из-за механической вибрации, прохождения туннелей, встречных транспортных средств и т. д. и энергии сложных возмущений вследствие давления ветра, вибрации и т.д. При этом практически невозможно установить, в какой части обмотки катушки происходит подавление сверхпроводимости, и не разработаны не только теория, но и какие-либо конкретные меры для обеспечения устойчивости плотно намотанной сверхпроводящей катушки при движении транспортного средства.
Авторы обнаружили, что указанная проблема может быть решена путем локального увеличения предела устойчивости той части обмотки катушки, в которой имеется тенденция к потере сверхпроводимости.
А именно, было выяснено, что устойчивость к подавлению сверхпроводимости сверхпроводящей катушки может быть значительно увеличена путем повышения предела устойчивости лишь в поверхностной части обмотки, с тем чтобы предотвратить подавление сверхпроводимости из-за потери ее поверхностной части обмотки.
Говоря конкретно, можно увеличить устойчивость к подавлению сверхпроводимости сверхпроводящей катушки путем повышения предела устойчивости в двух крайних частях обмотки катушки по сравнению с пределом устойчивости остальной части обмотки катушки.
Кроме того, можно также значительно увеличить устойчивость к подавлению сверхпроводимости сверхпроводящей катушки путем повышения предела устойчивости всей поверхностной части обмотки катушки, чтобы предотвратить подавление сверхпроводимости из-за потери ее поверхностной частью обмотки.
В качестве меры для изменения предела устойчивости поверхностной части и остальной части обмотки катушки существует способ, заключающийся в изменении количества стабилизатора в используемом сверхпроводящем проводе. Этого можно достичь путем увеличения поперечного сечения сверхпроводящего провода в поверхностной части по сравнению с поперечным сечением сверхпроводящего провода в остальной части. Этот также можно достичь путем введения в него алюминия позитивно высокой чистоты.
С другой стороны, в качестве меры для повышения устойчивости поверхностной части обмотки катушки не обязательно использовать сверхпроводящий провод с высоким пределом устойчивости для поверхностной части обмотки, можно повысить предел устойчивости в поверхностной части обмотки с помощью любых других мер, если они приводят к этому же результату. На этой идее основаны другие аспекты изобретения, согласно которым предел устойчивости для поверхностной части обмотки и другой части можно изменять путем обматывания нормального металла, такого как медь, алюминий и т.д., вокруг поверхностной части обмотки сверхпроводящей катушки.
Сверхпроводящая катушка для транспортного средства на магнитной подвеске испытывает колебания, вызываемые электромагнитной силой или механической вибрацией при движении с большой скоростью, на нее действуют ударные нагрузки из-за прохождения туннелей, встречных транспортных средств и т.д. и различные возмущения из-за давления ветра, вибрации и т.д. Внутренняя и поверхностная части обмотки катушки рассматриваются как места в сверхпроводящем проводе, где может произойти потеря сверхпроводимости. Поскольку обмотка сверхпроводящей катушки имеет плотно намотанную структуру и пропитана эпоксидной смолой, колебания сверхпроводящего провода из-за электромагнитной силы и т. д. могут быть в значительной степени подавлены. Поэтому потеря сверхпроводимости вряд ли может произойти из-за колебаний сверхпроводящего провода. В то же время, поверхностная часть обмотки катушки может потерять сверхпроводимость вследствие тепловых возмущений, порождаемых трением между изолятором и обмоткой катушки.
Следовательно, можно значительно увеличить устойчивость к подавлению сверхпроводимости сверхпроводящей катушки путем повешения предела устойчивости всей поверхностной части обмотки катушки, чтобы предотвратить подавление сверхпроводимости из-за потери ее поверхностной частью обмотки катушки.
Поперечное сечение обмотки сверхпроводящей катушки для транспортного средства на магнитной подвеске в целом имеет прямоугольную форму (см. фиг. 6). Обмотку 4 катушки можно приблизительно разделить на две крайние части 7 обмотки катушки и остальную часть 5 обмотки катушки. Подавление сверхпроводимости в сверхпроводящей катушке транспортного средства на магнитной подвеске, движущегося с высокой скоростью, можно предотвратить путем повышения предела устойчивости обмотки катушки на основе анализа сложных режимов вибрации, таких как кран, тангаж, рыскание и т.д.
В качестве меры для изменения предела устойчивости поверхностной части и остальной части обмотки катушки существует способ, заключающийся в изменении количества стабилизатора в используемом сверхпроводящем проводе. Этот можно достичь путем увеличения поперечного сечения сверхпроводящего провода в поверхностной части по сравнению с поперечным сечением сверхпроводящего провода в остальной части. Этого можно также достичь путем введения в него алюминия позитивно высокой частоты. Поскольку удельное электрическое сопротивление алюминия высокой чистоты примерно в 1/10 раза ниже, чем удельное электрическое сопротивление меди высокой чистоты при крайне низкой температуре, а его удельная теплопроводность примерно в 6,4 раза выше, чем удельная теплопроводность меди высокой чистоты, места перегрева вряд ли будут возникать. Более того, алюминий имеет превосходные свойства для стабилизатора, так как он легок по сравнению с медью благодаря своему малому удельному весу, и т.д. Поэтому можно локально повысить предел устойчивости путем покрытия поверхности сверхпроводящего провода стабилизатором, которым является медь, необходимым количеством алюминия высокой чистоты.
В случае, когда сверхпроводящая катушка работает в режиме незатухающего тока, как в транспортном средства на магнитной подвеске, с точки зрения устойчивости катушки и коэффициента затухания тока предпочтительно также, чтобы внутри обмотки катушки не было соединительных участков сверхпроводящего провода. Этого можно достичь путем покрытия поверхности сверхпроводящего провода, не имеющего соединительных участков, стабилизатором, которым является медь, необходимым количеством алюминия высокой чистоты.
Вводя прямоугольную систему координат с началом в центре сверхпроводящей катушки, осью x в направлении движения транспортного средства, осью z в направлении вверх, в транспортном средстве на магнитной подвеске, когда оно движется на высокой скорости, на сверхпроводящую катушку, между ней и катушкой в грунте, действует сила тяги (Fx), направляющая сила (Fy) и силы, направленные вверх и вниз (Fz). С другой стороны, как моменты вокруг осей x, y и z на нее действуют момент крена (Mx, момент тангажа (My) и момент рыскания (Mz) соответственно. При анализе действующих на сверхпроводящую катушку и сил, и моментов, порождаемых током, наводимым подвешенной катушкой при движении транспортного средства на магнитной подвеске с постоянной скоростью 500 км/ч, были найдены следующие средние соотношения между ними: Fx: Fy: Fz=1 : 0,9 : 2,4 и Mx : My : Mz= 1: 2,1 : 1,4. Как можно видеть, все они одного порядка величины. Вследствие этого на сверхпроводящую катушку действует результирующая этих сил и моментов, которая вызывает смещения сверхпроводящей катушки относительно сосуда катушки, в результате чего происходит нагрев от трения. Таким образом, было понятно, что вследствие трения порождается количество теплоты одного порядка величины во всей поверхностной части обмотки катушки, как описывалось выше. Таким образом, чтобы обеспечить более стабильное движение транспортного средства на магнитной подвеске, предпочтительно повысить предел устойчивости во всей поверхностной части обмотки катушки.
На фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе конструкции сверхпроводящей катушки в устройстве, соответствующем изобретению. На фиг. 1 обмотка 4 катушки состоит из центральной части 9 обмотки и двух крайних частей 8 обмотки, прикрепленных к сосуду для охлаждающей среды через изолирующие элементы 2 и охлаждаемых жидким гелием 3, служащим охлаждающей средой.
Пример 1. Были подготовлены сверхпроводящие провода B для двух крайних частей 8 обмотки и сверхпроводящий провод A для остальной части 9 обмотки на фиг. 1. А именно, был изготовлен один сверхпроводящий провод A из жил 1748 NbТi каждая диаметром 27 мкм, заделанных с шагом скручивания 21 мм в медь высокой чистоты в виде провода, имеющего прямоугольное поперечное сечение с наружным размером 1,1·1,9 мм, поверхность которого была затем изолирована поливинилформалем толщиной около 40 мкм. Объемное отношение меди в проводе (=количество стабилизирующей меди/количество сверхпроводящего вещества) было равно 1,0. Каждый из сверхпроводящих проводов B был изготовлен путем покрытия поверхности сверхпроводящего провода A, описанного выше, слоем алюминия высокой чистоты с чистотой 99,999%, толщиной 0,3 мм, посредством экструзии так, чтобы его наружный размер был 1,7·2,5 мм, и затем изолирования его полимидной лентой толщиной 25 мкм, намотанной на его поверхность с перекрытием каждого витка по 1/2 ее ширины.
Сверхпроводящая катушка F была выполнена путем наматывания упомянутых сверхпроводящего провода A и сверхпроводящих проводов B в конструкции, показанной на фиг.1, с соединением их пайкой так, чтобы каждая из двух крайних частей составляла наружные 4 слоя, для получения плотно намотанной круглой сверхпроводящей катушки с внутренним диаметром около 100 мм, наружным диаметром около 210 мм, длиной около 90 мм, числом слоев 36, суммарным числом витков 1170 и индуктивностью около 0,165 Г, с последующей пропиткой ее эпоксидной смолой в вакууме. Поперечное сечение полученной таким образом сверхпроводящей катушки было сделано таким, чтобы ее размер и условия охлаждения были приблизительно такими, какие требуются для сверхпроводящей катушки для транспортного средства на магнитной подвеске. Далее, в двух крайних частях обмотки этой катушки были заделаны нагреватели, каждый из которых был выполнен путем намотки в две жилы на длине 1 см в продольном направлении провода из манганина с шелковой изоляцией.
С тем, чтобы экспериментально проверить устойчивость сверхпроводящей катушки, соответствующей настоящему изобретению, отдельно была приготовлена плотно намотанная сверхпроводящая катушка Q с внутренним диаметром 100 мм, наружным диаметром 192 мм, длиной 68 мм, числом слоев 36, суммарным числом витков 1170 и индуктивностью 0,163 Г, которая была выполнена с использованием только сверхпроводящего провода A, описанного выше, с объемным отношением меди к сверхпроводнику 1,0, намотанного и пропитанного эпоксидной смолой так, чтобы получить характеристики, как можно более близкие к вышеописанной сверхпроводящей катушке F. В эту сверхпроводящую катушку Q также были вделаны нагреватели, аналогично вышеописанной сверхпроводящей катушке F.
Эти сверхпроводящие катушки F и Q были погружены в жидкий гелий и возбуждены постоянным током. Было возможно возбудить обе катушки до 100% магнитного поля - критической характеристики по току сверхпроводящих проводов. Далее, для сравнения устойчивости сверхпроводящих проводов к возмущениям, вызываемым трением и т.д. на поверхности обмоток катушек, предел устойчивости измерялся при подаче на вышеописанные нагреватели сверхпроводящих катушек F и Q импульсов нагрева длительностью около 10 мкс. В результате предел устойчивости при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70% для сверхпроводящей катушки F составил 22 м/см, а для сверхпроводящей катушки Q - 3,0 м/см. Таким образом, было найдено, что сверхпроводящая катушка F, соответствующая изобретению, имеет предел устойчивости примерно в 7 раз выше по сравнению со сверхпроводящей катушкой, соответствующей прототипу.
Пример 2. Были приготовлены сверхпроводящие провода A и B, описанные в примере 1 и в конструкции, показанной на фиг. 2, были намотаны вышеописанные сверхпроводящие провода B так, чтобы поверхностная часть 10 обмотки составляла 4 слоя от поверхности катушки. При этом, чтобы образовать часть 11, отличающуюся от поверхностной части 10 обмотки на фиг. 2, был намотан и припаян сверхпроводящий провод A, и таким образом была получена сверхпроводящая катушка R, почти идентичная сверхпроводящей катушке F в примере 1, которая была обработана аналогично последней. В поверхностную часть обмотки также были вделаны нагреватели, аналогичные описанным в примере 1. Тем же методом, который использовался в примере 1, были осуществлены измерения предела устойчивости, и был получен предел устойчивости, почти равный пределу устойчивости сверхпроводящей катушки F, описанной в примере 1.
Пример 3. Жилы 652 NbTi, каждая диаметром 45 мкм, были заделаны с шагом скручивания 36 мм в медь высокой чистоты в виде провода, имеющего прямоугольное поперечное сечение с наружным размером 1,92·2,8 мм и поверхность, изолированную поливинилформалем толщиной 40 мкм. Таким путем был отдельно приготовлен сверхпроводящий провод C с объемным отношением меди к сверхпроводнику 3,9.
Путем использования сверхпроводящего провода A, подробно описанного в примере 1, для центральной части 11 на фиг. 2 и сверхпроводящего провода C, описанного выше, для поверхностной части 10 обмотки, была изготовлена сверхпроводящая катушка R' с почти теми же характеристиками, что и катушка, описанная в примере 1. В эту сверхпроводящую катушку R' также были вделаны нагреватели те же, что и в примере 1.
Тем же путем, что и в примере 1, для вышеописанной катушки R' был измерен при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70% предел устойчивости, который составил около 7,8 м/см. Таким образом, было найдено, что эта катушка имеет предел устойчивости примерно в 2,4 раза выше по сравнению со сверхпроводящей катушкой Q, выполненной с использованием сверхпроводящего провода А с объемным отношением меди к сверхпроводнику 1,0 и описанной в примере 1.
Пример 4. Сверхпроводящий провод D, не имеющий соединения в продольном направлении и покрытый слоем алюминия высокой частоты толщиной 0,3 мм, был предварительно намотан в заданных местах на поверхность сверхпроводящего провода А, описанного в примере 1, способом, аналогичным применявшемуся в примере 1, чтобы получить характеристики, аналогичные характеристикам сверхпроводящей катушки F. Затем он был пропитан эпоксидной смолой в вакууме. Таким путем была получена сверхпроводящая катушка S почти с теми же характеристиками, что и сверхпроводящая катушка F в примере 1. Были осуществлены измерения предела устойчивости с использованием нагревателей, аналогичных по характеристикам нагревателям в примере 1, и был получен предел устойчивости, почти равный пределу устойчивости сверхпроводящей катушки F в примере 1.
Затем сверхпроводящая катушка S и отдельно изготовленный переключатель незатухающего тока были соединены через соединение сверхпроводимость-сверхпроводимость для образования замкнутого контура и работали в режиме незатухающего тока при величине тока 500 А в течение примерно 200 ч. Катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости. Была также измерена постоянная времени затухания тока во время работы, которая составила около 5·1011 с.
Пример 5. Был предварительно приготовлен сверхпроводящий провод А, описанный в примере 1, и сверхпроводящий провод Е, не имеющий соединения в продольном направлении и покрытый слоем алюминия высокой чистоты с чистотой 99,999%, толщиной 0,3 мм, был намотан в заданных местах на поверхность обмотки катушки на фиг.2 в поперечном разрезе конструкции, описанной в примере 2, способом, аналогичным применявшемуся в примере 1. Этот сверхпроводящий провод Е был намотан так, чтобы получить поперечный разрез конструкции катушки, показанной на фиг. 2 в примере 2. Затем он был пропитан эпоксидной смолой в вакууме для получения сверхпроводящей катушки U почти с теми же характеристиками, что и у сверхпроводящей катушки F в примере 1. Были осуществлены измерения предела устойчивости с использованием нагревателей, аналогичных по характеристикам нагревателям в примере 1, и был получен предел устойчивости, почти равный пределу устойчивости сверхпроводящей катушки S в примере 4. Затем сверхпроводящая катушка U и отдельно изготовленный переключатель незатухающего тока были соединены через соединение сверхпроводимость-сверхпроводимость для образования замкнутого контура и работали в режиме незатухающего тока при величине тока 500 А в течение примерно 200 ч. Катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости. Была также измерена постоянная времени затухания тока во время работы, и был получен тот же результат, что и в предыдущем примере.
Пример 6. Сверхпроводящий провод A и сверхпроводящие провода B были намотаны с соединением их через соединение сверхпроводимость-сверхпроводимость для получения того же поперечного разреза конструкции катушки, что и у катушки R в примере 2, с использованием тех же сверхпроводящих проводов A и B, что и в сверхпроводящей катушке F, описанной в примере 1. Затем они были подвергнуты обработке пропиткой для получения сверхпроводящей катушки Y почти с теми же характеристиками, что и у сверхпроводящей катушки, описанной в примере 2. Затем в эту сверхпроводящую катушку Y были вделаны нагреватели в тех же местах, что и в сверхпроводящей катушки F. Тем же способом, что и в примере 1, был измерен предел устойчивости сверхпроводящей катушки Y, и была найдена почти та же величина, что и для сверхпроводящей катушки F. Постоянная времени затухания тока, измеренная для сверхпроводящей катушки Y способом, описанным в примере 4, была приблизительно та же, что и в примере 4.
Пример 7. Сверхпроводящий провод A и сверхпроводящие провода B были намотаны с соединением их через соединение сверхпроводимость-сверхпроводимость для получения того же поперечного разреза конструкции катушки, что и у катушки R в примере 2, с использованием тех же сверхпроводящих проводов A и B, что и в сверхпроводящей катушке F, описанной в примере 1. Затем они были подвергнуты обработке пропиткой для получения сверхпроводящей катушки W с почти теми же характеристиками, что и у сверхпроводящей катушки, описанной в примере 2. Затем в эту сверхпроводящую катушку W были вделаны нагреватели в тех же местах, что и в сверхпроводящей катушке R, Тем же способом, что и в примере 1, был измерен предел устойчивости сверхпроводящей катушки W, и была найдена почти та же величина, что и для сверхпроводящей катушки R. Постоянная времени затухания тока, измеренная для этой сверхпроводящей катушки способом, описанным в примере 4, был приблизительно та же, что и полученная для сверхпроводящей катушки V в примере 4.
Пример 8. Был предварительно изготовлен изолированный медный провод с той же наружной формой и тем же размером, что и сверхпроводящий провод A, подробно описанный в примере 1. Путем наматывания этого медного провода в два слоя были приготовлены две одинаковые части обмотки (13 на фиг. 3), пропитанные эпоксидной смолой. С другой стороны, из сверхпроводящего провода A, описанного в примере 1, была приготовлена катушка (12 на фиг. 3) так, чтобы она имела почти те же характеристики, что и сверхпроводящая катушка Q. Катушка был смонтирована вместе с медными частями обмотки, описанными выше, так, чтобы образовать устройство, показанное на фиг. 3. Затем путем пропитки ее эпоксидной смолой в вакууме была изготовлена сверхпроводящая катушка X. Нагреватели, подробно описанные в пример 1, были аналогично вделаны в медные части обмотки. В нагреватели подавалась энергия до 30 mJ/см при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70%, аналогично ранее описанному примеру 1. Описанная сверхпроводящая катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости.
Пример 9. Был приготовлен провод из алюминия высокой чистоты, имеющий тот же размер, что и медный провод, использовавшийся в примере 8, и чистоту 99,999%, поверхность которого была покрыта полиимидной лентой толщиной 25 мкм, обмотанной вокруг него с перекрытием каждого витка по 1/2 ширины ленты, для изоляции провода. Путем использования его вместо медного провода из примера 8 была изготовлена сверхпроводящая катушка V. В провод из алюминия высокой чистоты был вделаны нагреватели, подобные использовавшимся в примере 8. Подобно примеру 1, в нагреватели подавалась энергия до 40 мJ/см при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70%. Описанная сверхпроводящая катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости.
Пример 10. Был изготовлен медный провод с той же наружной формой и тем же размером, что и сверхпроводящий провод A, подробно описанный в примере 1. Этот медный провод был намотан на каркас обмотки катушки в два слоя (14 на фиг. 4). Затем был намотан сверхпроводящий провод A, подробно описанный в примере 1, для получения почти тех же характеристик, что и характеристики сверхпроводящей катушки Q (10 на фиг. 4). Затем на его наружную поверхность был намотан в два слоя медный провод (15 на фиг. 4). Были подготовлены две обмотки, в которых затем был намотан в два слоя вышеописанный медный провод, и которые были пропитаны эпоксидной смолой (13 на фиг. 4). Была изготовлена сверхпроводящая катушка путем размещения их так, чтобы образовать устройство, показанное на чертеже, с последующей пропиткой ее эпоксидной смолой в вакууме. Нагреватели, подробно описанные в примере 1, были аналогично вделаны в медные части обмотки. В нагреватели подавалась энергия до 30 мJ/см при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70%, аналогично ранее описанному примеру 1. Описанная сверхпроводящая катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости.
Пример 11. Был приготовлен провод из алюминия высокой чистоты, имеющий тот же размер, что и медный провод, использовавшийся в примере 8, и чистоту 99,999%, поверхность которого была покрыта полиимидной лентой толщиной 25 мкм, обмотанной вокруг него с перекрытием каждого витка по 1/2 ширины ленты, для изоляции провода. Путем использования его вместо медного провода в примере 10 была изготовлена сверхпроводящая катушка Z'. В провод из алюминия высокой чистоты были вделаны нагреватели, подобные использовавшимся в примере 8. Подобно примеру 1, в нагреватели подавалась энергия до 40 мJ/см при коэффициенте токовой нагрузки на катушку 70%. Описанная сверхпроводящая катушка работала стабильно, без подавления сверхпроводимости.
Хотя в примерах 8-11 были описаны варианты изобретения, в которых использовался медный или алюминиевый провод, провод из нормального металла может быть заменен пластиной со сквозными отверстиями, выполненной из нормального металла, такого как медь, алюминий и т.д.
В соответствии с вышеописанным, поскольку настоящее изобретение позволяет реализовать компактную сверхпроводящую катушку, имеющую высокую устойчивость, высокую надежность и высокую плотность тока, а также транспортное средство на магнитной подвеске с ее применением, изобретение обеспечивает заметный экономический и социальный эффект.
Формула изобретения: 1. Сверхпроводящая катушка, содержащая плотно намотанную обмотку из сверхпроводящего провода, в которой нет прямого контакта охлаждающей среды со сверхпроводящим проводом, сосуд с охлаждающей средой и изолирующие элементы, отличающаяся тем, что две торцевые поверхности обмотки катушки имеют более высокий предел устойчивости сверхпроводимости по сравнению с остальной частью обмотки, которая размещена внутри сосуда с охлаждающей средой, изолирующие элементы размещены между обмоткой и сосудом.
2. Сверхпроводящая катушка по п.1, отличающаяся тем, что она имеет стабилизатор для сверхпроводящего провода, размещенного на двух торцевых поверхностях обмотки катушки, в качестве которого использована медь, причем сверхпроводящий провод, расположенный на торцевых поверхностях обмотки катушки, покрыт алюминием.
3. Сверхпроводящая катушка по п.1, отличающаяся тем, что поперечное сечение сверхпроводящего провода в двух торцевых поверхностях обмотки больше, чем в остальной части обмотки.
4. Сверхпроводящая катушка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она намотана из непрерывного сверхпроводника.
5. Сверхпроводящая катушка, содержащая плотно намотанную обмотку из сверхпроводящего провода, в которой нет прямого контакта охлаждающей среды со сверхпроводящим проводом, сосуд с охлаждающей средой и изолирующие элементы, отличающаяся тем, что поверхностная часть обмотки имеет более высокий предел устойчивости по сравнению с остальной частью обмотки, которая размещена внутри сосуда с охлаждающей средой, изолирующие элементы размещены между обмоткой и сосудом.
6. Сверхпроводящая катушка по п.5, отличающаяся тем, что она имеет стабилизатор устойчивости сверхпроводимости для сверхпроводящего провода, размещенного на поверхностной части обмотки, в качестве которого использована медь, причем сверхпроводящий провод, расположенный на поверхностной части обмотки, покрыт алюминием.
7. Сверхпроводящая катушка по п.5, отличающаяся тем, что поперечное сечение сверхпроводящего провода в поверхностной части обмотки больше, чем в остальное части обмотки.
8. Сверхпроводящая катушка по п.5, отличающаяся тем, что поверхностная часть обмотки катушки полностью выполнена из меди и алюминия.