ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2021, № 8 · ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Твердотельные магнитные материалы для магнито-левитационного транспорта

Д.А. Карпухин1,2, А.О. Петров1,2, В.В. Коледов1,2, Д.А. Суслов1,2, В.Г. Шавров1, Ю.А. Терентьев1,2, С.В. Фонгратовски1,2, И.В. Герман1,2, Э.Т. Дильмиева1,2, А.П. Каманцев1,2, В.С. Ларюхин2,3, А.В. Бабачанах2,4, В.К. Балабанов2,5, П.В. Куренков4, А.В. Камынин6, А.В. Самвелов7, С.Г. Ясев7, Г.Г. Малинецкий8, М.А. Сысоев3, С.В. Шилло3, Н.А. Нижельский3, П.С. Бражник9, Т.С. Зименкова10, Б.В. Дроздов11, К.Л. Ковалев12, В.Н. Полтавец12, Р.И. Ильясов12, А.А. Сафонов13, Д.К. Палчаев14, Д.В. Иванов15, К.Ю. Яковлев15

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2 Научно-технический университет Сириус, Сочи, Россия
3 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
4 РУТ (МИИТ), Москва, Россия
5 Самарский национальный исследовательский университет им. Академика С.П. Королева, Самара, Россия
6 АО «Спецмагнит», Москва, Россия
7 АО ОКБ «АСТРОН», Лыткарино, Россия
8 ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия
9 НИЦ Курчатовский институт, Москва, Россия
10 Петербургский государственный университет путей сообщения, Санкт-Петербург, Россия
11 Институт Информационно-аналитических технологий, Москва, Россия
12 Московский Авиационный Институт (МАИ), Москва, Россия
13 АО «Нева Технология», Санкт-Петербург, Россия
14 Дагестанский Государственный Университет, Махачкала, Россия
15 ООО «Лазеркат», Москва, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2021.8.20 УДК 2.11.02.13.0714 EDN XAVOAK

Аннотация

Изучение и внедрение инновационных систем экологически чистого и энергетически экономичного транспорта на основе магнитной левитации, принцип работы которой основан на применении новых твердотельных магнитных материалов, основанных на соединениях редкоземельных материалов, в частности материалов с высокотемпературной сверхпроводимостью на основе Y, постоянных магнитов на основе Nd и Sm и магнитокалорических сплавов на основе Dy, Tb вызывает большой интерес во всем мире. В данной работе экспериментально на макетах изучены основные принципы магнито-левитационной транспорта с наиболее экономичным принципом разгона и торможения - гравитационным. Измерены силовые характеристики: сила левитации и сила боковой стабилизации, а также потери при периодическом поступательном движении криостата с высокотемпературными сверхпроводниковыми элементами из керамического материала YBaCuO над трассами из линеек постоянных магнитов из редкоземельного соединения NdFeB. Создана и испытана система измерения скорости и компенсации потерь для осуществления незатухающего движения. Представленные результаты свидетельствуют о возможности масштабирования макетного проекта. Сделан вывод о том, что исследованная схема может представлять практических интерес для внутригородского и локального транспортного сообщения с высоким комфортном, экологичностью и рекордной экономичностью в случае успешного решения проблемы охлаждения элементов ВТСП до температуры фазового перехода в сверхпроводящее состояние, например, с применением новых принципов твердотельного магнитного охлаждения на основе соединений DyN, TbNi и др.

  • магнитолевитационный транспорт
  • ВТСП
  • YBaCuO
  • сверхпроводимость второго рода
  • Nd-Fe-B
  • гравитационный разгон и торможение
  • DyN
  • TbNi
Abstract (in English)

Solid-state magnetic materials for magnetic levitation transport

Study and implementation of innovative systems of environmentally friendly and energy-efficient transport based on magnetic levitation, the principle of operation of which is based on the use of new solid-state magnetic materials based on compounds of rare earth materials, in particular materials with high-temperature superconductivity based on Y, permanent magnets based on Nd and Sm and magnetocaloric alloys based on Dy, Tb are of great interest throughout the world. In this work, the basic principles of magneto-levitation transport with the most economical principle of acceleration and deceleration - gravitational - are studied experimentally on mock-ups. The strength characteristics were measured: the levitation force and the lateral stabilization force, as well as losses during periodic translational motion of a cryostat with high-temperature superconducting elements made of ceramic material Y-Ba-Cu-O over the paths of permanent magnets made of the rare-earth compound Nd-Fe-B. A system for measuring the speed and compensation of losses for the implementation of continuous motion has been created and tested. The presented results indicate the possibility of scaling the layout project. It is concluded that the investigated scheme may be of practical interest for intracity and local transport communication with high comfort, environmental friendliness and record economy in the case of a successful solution of the problem of cooling HTSC elements to the temperature of the phase transition to the superconducting state, for example, using new principles of solid-state magnetic cooling based on compounds Dy-N, Tb-Ni, etc.

Для цитирования

Карпухин Д.А., Петров А.О., Коледов В.В., Суслов Д.А., Шавров В.Г., Терентьев Ю.А., Фонгратовски С.В., Герман И.В., Дильмиева Э.Т., Каманцев А.П., Ларюхин В.С., Бабачанах А.В., Балабанов В.К., Куренков П.В., Камынин А.В., Самвелов А.В., Ясев С.Г., Малинецкий Г.Г., Сысоев М.А., Шилло С.В., Нижельский Н.А., Бражник П.С., Зименкова Т.С., Дроздов Б.В., Ковалев К.Л., Полтавец В.Н., Ильясов Р.И., Сафонов А.А., Палчаев Д.К., Иванов Д.В., Яковлев К.Ю. Твердотельные магнитные материалы для магнито-левитационного транспорта // Журнал радиоэлектроники. – 2021. – № 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.20

Литература

  1. Терентьев Ю.А., Филимонов В.В., Шавров В.Г., Коледов В.В., Фонгратовски С.В., Суслов Д.А., и др. Текущее состояние и перспективы развития интегральной транзитной транспортной системы (ИТТС) России на базе вакуумного магнитного левитационного транспорта (ВМЛТ). Транспортные системы и технологии. 2019. Т.5. №4. С.25-62. https://doi.org/10.17816/transsyst20195425-62
  2. Bernstein P., Noudem J. Superconducting magnetic levitation: principle, materials, physics and models. Superconductor Science and Technology. 2020. V.33. №3. P.033001. http://doi.org/10.1088/1361-6668/ab63bd
  3. U.S. Patent №6418857. Okano Makoto, Noriharu Tamada. Superconductive magnetic levitation transportation system. Applied 29.09.2000. Published 16.08.2002. 11 p.
  4. Salter Robert M. Transplanetary subway systems. Futures. 1978. V.10. №5. P.405-416. https://doi.org/10.1016/0016-3287(78)90006-X
  5. Mattos L.S., Rodriguez E., Costa F., Sotelo G.G., De Andrade R., Stephan R.M. MagLev-Cobra operational tests. IEEE Transactions on applied superconductivity. 2016. V.26. №3. P.1-4. https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2524473
  6. Fernandes J., et al. Superconductor joule losses in the zero-field-cooled maglev vehicle. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2016. V.26. №3. P.1-7. https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2528991
  7. Gieras J. F. Ultra-high-speed ground transportation systems: Current Status and a vision for the future. Przeglad Elektrotechniczny. 2020. №9. P.1-7. http://doi.org/10.15199/48.2020.09.01
  8. Богачев В.А., Терентьев Ю.А., Коледов В.В., Богачев Т.В. Новые Джунгарские Ворота для вакуумного магнитолевитационного транспортного коридора: историческая необходимость. Транспортные системы и технологии. 2019. Т.5. №3. С.36-44. https://doi.org/10.17816/transsyst20195336-44
  9. Суслов Д.А., Шавров В.Г., Коледов В.В., Маширов А.В., Терентьев Ю.А., и др. Сопоставление термодинамической эффективности криогенных газовых и твердотельных магнитокалорических циклов. Челябинский физико-математический журнал. 2020. Т.5. №4-2. С.612-617 https://doi.org/10.47475/2500-0101-2020-15420
  10. Колесов К.А., Маширов А.В., Коледов В.В., и др. Определение параметров теплопередачи в механическом тепловом ключе для холодильной машины с магнитокалорическим. Челябинский физико-математический журнал. 2021 Т.6. №1. P.111-118. https://doi.org/10.47475/2500-0101-2021-16109