ВТСП катушки. Новый подход
2005, Tом 2, выпуск 2
Тематика: Прорыв
Английская компания 3-C's Ltd (Coated Conductors Consultancy) разрабатывает радикально новый подход к изготовлению сверхпроводящих электрических машин.
Компания основана в 2000 г. Dr. Eamonn F. Maher, имеющим 25-ти летний опыт исследовательской работы в области электронных материалов, датчиков и измерительной аппаратуры в ведущих промышленных корпорациях Англии, включая Plessey, Johnson Matthey, Oxford Instruments, опубликовал около 50 статей и имеет 15 патентов. С 1997 г. Maher занимался разработками в области ВТСП покрытых проводников, был координатором соответствующего проекта, финансировавшегося (4,5 млн. евро) ЕС и включавшего 10 партнеров (компании, университеты, институты). Цель проекта – разработка технологии длинных YBCO покрытых проводников для демонстрационного варианта
41 кВА трансформатора. Результаты предварительного испытания трансформатора (первого в мире на покрытых ВТСП) авторы сообщали на конференции EUCAS’2003 (Италия), а окончательные результаты - на конференции ASC’2004 (США).
В настоящее время Dr. Maher разрабатывает новую концепцию технологии изготовления электрических машин без использования процесса намотки – «покрытый проводящий цилиндр». Эта разработка привлекла внимание, так как не требует изготовления длинных ВТСП лент.
Новая концепция использует процессы осаждения пленок и литографию, широко используемую в полупроводниковом производстве, но в 3-х мерном (объемном) варианте. Буферный и сверхпроводящий (YBaCuO) слои осаждают непосредственно на вращающийся Ni цилиндр (поверхность которого предварительно текстурирована), затем в сплошной пленке литографически формируют полоски заданной ширины - либо скрайбируют лазером, либо «вытравливают» (рис.1). В этом случае многослойные сверхпроводящие структуры имеют сразу цилиндрическую геометрию, что и требуется при конструировании электрических машин, позволяющую достичь более высоких инженерных плотностей тока и снизить потери на переменном токе. Требуемый этап текстурирования (достаточно медленный) в данной технологии используют только один раз (последующие слои повторяют текстуру первого).
Рис. 1.
Преимущества:
· Гибкость конструкции в связи с широкими возможностями формирования рисунка пленки.
· Коаксиальная симметрия упрощает осаждение пленки.
· Вращение подложки увеличивает однородность пленки.
· Исключается процесс деформации пленки при намотке.
· Уменьшается размер и вес, что приводит к снижению стоимости.
Примеры использования
· Многомодульные СПИНы – возможность соединения отдельных модулей между собой.
· Многомодульные моторы и генераторы – легкость замены элементов.
· Линейные ряды модулей для формирования линейных моторов.
· Модульные системы токоограничителей с изменяемым уровнем нагрузки и возможно-стью регенерации в зависимости от схемы соединения.
Этапы изготовления катушки
Перемещение цилиндра между различными камерами для различных этапов процесса.
Цилиндр перемещается между вакуумными камерами на каждом этапе.
Первый этап – текстурирование поверхности Ni цилиндра
Второй этап – осаждение ВТСП и золотого слоев.
Третий этап – формирование рисунка ВТСП слоя – лазерное скрайбирование.
Предлагаемая однослойная тестовая структура для трансформатора.
Аналогичная структура может быть использована для демонстрации резистивных и индуктивных токоограничителей, для модулей СПИНов и модулей линейных моторов.
Внимание! 3 C's ищет партнеров для доработки этой технологии!!!
Managing Director: Eamonn F Maher
email: enquiries@3-cs.co.uk
Tel.: +44 (0)1491 642924
Fax: +44 (0)1491 614345
Coated Conductors Consultancy Ltd, 4 High Street, Watlington, Oxon, United Kingdom, OX9 5PS
- E.F. Maher, International Patent Application PCT/GB02/03898 published as WO 03/019589, March 2003.
- Supercon.Sci.Technol. 2004, 17, 1440
- http://www.3-cs.co.uk/concepts/introduction.htm