AIM: This work aimed to analyze the feasibility of contactless bearings based on closed high-temperature superconducting (HTS) tape windings. To study the axial load on a bearing in a wide temperature range.
METHODS: The bearing load was measured using an experimental setup based on a strain gauge and a three-dimensional positioning system. The superconductor was cooled using a single-stage cryocooler. The magnetic interaction in the bearing was calculated in the COMSOL Multiphysics simulation environment.
RESULTS: The relationships between the axial force and the axial shift of a superconducting bearing based on closed HTS windings were obtained for temperatures ranging from 40 to 77.4 K and shift amplitudes of 1 to 9 mm. The numerical model was verified using experimental data. Its applicability was proven for closed superconducting currents in HTS tapes. The dynamics of magnetic flux penetration into HTS windings was calculated.
CONCLUSION: Closed HTS windings can be successfully used to manufacture superconducting bearings. Closed HTS windings are most effective in systems where equilibrium shifts exceeding the half-period of the magnetic array are possible. The shift magnitude at which the greatest axial restoring force is achieved increases with temperature.
Цель. Анализ возможности создания бесконтактных подшипников на основе замкнутых обмоток из высокотемпературных сверхпроводниковых лент (ВТСП-лент). Исследование аксиальных нагрузочных характеристик подшипника в широком интервале температур.
Материалы и методы. Нагрузочные характеристики подшипника были измерены с помощью экспериментальной установки на основе тензометрического датчика и трехкоординатной системы позиционирования. Охлаждение сверхпроводника осуществлялось с помощью одноступенчатого криорефрижератора. Численный расчет магнитосилового взаимодействия в подшипнике выполнен в среде моделирования COMSOL Multiphysics.
Результаты. Получены зависимости аксиальной силы от аксиального сдвига сверхпроводящего подшипника на основе замкнутых ВТСП-обмоток при температурах от 40 до 77,4 К для амплитуд сдвига от 1 до 9 мм. Проведена верификация численной модели на экспериментальных данных и доказана применимость модели для учета замкнутых сверхпроводящих токов в ВТСП-лентах. Рассчитана динамика проникновения магнитного потока в ВТСП-обмотки.
Заключение. Показано, что замкнутые ВТСП-обмотки могут быть успешно использованы для создания сверхпроводящих подшипников. Наиболее эффективно применение замкнутых ВТСП-обмоток в системах, где возможны сдвиги из положения равновесия большие, чем полупериод магнитной сборки. Обнаружено, что величина сдвига, при котором достигается максимальное значение аксиальной возвращающей силы, растет с увеличением температуры.