Что такое сверхпроводящий двигатель?

Что такое сверхпроводящий двигатель?

Сверхпроводящие двигатели используют явление сверхпроводимости, при котором электрическое сопротивление падает до нуля при очень низких температурах. Это позволяет протекать большим токам при низком напряжении, создавая сильные магнитные поля и обеспечивая двигатели с превосходными характеристиками крутящего момента.

Однако превышение критического магнитного поля может нарушить сверхпроводящее состояние сверхпроводящего провода, вернув его к нормальной проводимости со стандартным электрическим сопротивлением. Таким образом, тщательное управление сверхпроводящими магнитными полями имеет решающее значение.

Применение сверхпроводящих двигателей

Ожидается, что сверхпроводящие двигатели будут меньше и легче традиционных электродвигателей с эквивалентной мощностью. Ожидается, что они будут использоваться в таких приложениях, как сверхпроводящие линейные железные дороги (линейные моторные вагоны), пропульсивные двигатели для кораблей и самолетов и многое другое.

Примерами практического применения являются шанхайский поезд Maglev и японский сверхпроводящий линейный моторный вагон JR Tokai, открытие которого запланировано на 2027 год. Кроме того, сверхпроводимость уже используется в медицинском оборудовании МРТ.

Принцип сверхпроводящих двигателей

Сверхпроводящие двигатели используют катушки из сверхпроводящих проводов в роторе двигателя, что обеспечивает работу с низкими потерями, высокой эффективностью и превосходным крутящим моментом. Магниты, использующие сверхпроводимость, создают мощные магнитные поля для линейных моторных вагонов, снижая компоненты сопротивления, такие как трение колес, и обеспечивая сверхвысокую скорость работы.

Магниты из сплава ниобия и титана (Nb-Ti) демонстрируют сверхпроводимость при низкой температуре 4 К (-516 °F) в жидком гелии. Последние достижения включают оксид меди на основе висмута, высокотемпературный сверхпроводящий магнит, который достигает сверхпроводимости при 77 К (-516 °F) с жидким азотом, предлагая более низкую стоимость и простоту в обращении, чем жидкий гелий.

Несмотря на продолжающиеся исследования и разработки, все еще существуют проблемы, которые необходимо преодолеть перед широким практическим применением, и в этой работе активно участвуют крупные компании в секторе тяжелой промышленности.