Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2021, № 8 · SOLID STATE ELECTRONICS

Solid-state magnetic materials for magnetic levitation transport

D.A. Karpukhin1,2, A.O. Petrov1,2, V.V. Koledov1,2, D.A. Suslov1,2, V.G. Shavrov1, Y. Terentyev1,2, S.V. Fongratovsky1,2, I.V. Herman1,2, E.T. Dilmieva1,2, A.P. Kamantsev1,2, V.S. Laryukhin2,3, A.V. Babachanakh2,4, V.K. Balabanov2,5, P.V. Kurenkov4, A.V. Kamynin6, A.V. Samvelov7, S.G. Yasev7, G.G. Malineckij8, M.A. Sysoev3, S.V. Shillo3, N.A. Nizhel'skij3, P.S. Brazhnik9, T.S. Zimenkova10, B.V. Drozdov11, K.L. Kovalev12, V.N. Poltavec12, R.I. Il'yasov12, A.A. Safonov13, D.K. Palchaev14, D.V. Ivanov15, K. Yakovlev15

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Sirius University of Science and Technology, Sochi, Russia
3 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
4 Russian university of transport (MIIT), Moscow, Russia
5 Samarskij nacional'nyj issledovatel'skij universitet im. Akademika S.P. Koroleva, Samara, Russia
6 AO «Specmagnit», Moscow, Russia
7 AO OKB «ASTRON», Lytkarino, Russia
8 IPM im. M.V. Keldysha RAN, Moscow, Russia
9 NIC Kurchatovskij institut, Moscow, Russia
10 Peterburgskij gosudarstvennyj universitet putej soobshcheniya, St. Petersburg, Russia
11 Institut Informacionno-analiticheskih tekhnologij, Moscow, Russia
12 Moskovskij Aviacionnyj Institut (MAI), Moscow, Russia
13 AO «Neva Tekhnologiya», St. Petersburg, Russia
14 Dagestanskij Gosudarstvennyj Universitet, Makhachkala, Russia
15 OOO «Lazerkat», Moscow, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2021.8.20 UDC 2.11.02.13.0714 EDN XAVOAK

Abstract

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.

  • magnetolevitation transport
  • HTSP
  • second-order superconductivity
  • gravitational acceleration and deceleration
Аннотация (на русском)

Твердотельные магнитные материалы для магнито-левитационного транспорта

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.

For citation

Karpukhin D.A., Petrov A.O., Koledov V.V., Suslov D.A., Shavrov V.G., Terentyev Y., Fongratovsky S.V., Herman I.V., Dilmieva E.T., Kamantsev A.P., Laryukhin V.S., Babachanakh A.V., Balabanov V.K., Kurenkov P.V., Kamynin A.V., Samvelov A.V., Yasev S.G., Malineckij G.G., Sysoev M.A., Shillo S.V., Nizhel'skij N.A., Brazhnik P.S., Zimenkova T.S., Drozdov B.V., Kovalev K.L., Poltavec V.N., Il'yasov R.I., Safonov A.A., Palchaev D.K., Ivanov D.V., Yakovlev K. Solid-state magnetic materials for magnetic levitation transport // Journal of Radio Electronics. – 2021. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.20

References

  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