Magneettiset laakerit

Magneettisia laakereita tehdään vain korkean lämpötilan suprajohteista, koska matalan lämpötilan suprajohteita ei voida valmistaa isoina stabiileina kappaleina. Ne myös vaatisivat kalliimman jäähdytysjärjestelmän. Magneetti levitoi suprajohteen yläpuolella, koska suprjohde sulkee sisältään magneettikentän muodostamalla yläpuolella olevasta magneetista 'kuvan'. Koska vuoviivat pystyvät läpäisemään tyypin II suprajohteen ja korkean lämpötilan suprajohteissa nämä viivat jumiutuvat paikoilleen, magneetti pysyy paikoillaan myös vaakasuunnassa.

Oleellisia parametrejä laakeroinnissa ovat levitaatiovoima, jonka lauseke on

$$F = \frac{B^2A}{2\mu_0}$$

Jos kenttä on 1 T pystymme kannattamaan 384 N painoista esinettä, jonka halkaisija on 35 mm. Toinen tärkeä parametri on jäykkyys, joka kuvaa voimaa, joka tarvitaan systeemin muuttamiseen. Jäykkyys

$$\frac{F}{\Delta x} = B^2(2R)J_c d$$

on suprajohtavien systeemien suurin ongelma, tyypillisillä arvoilla 2R=0.6 cm (raekoko), B= 0.3 T, d= 0.5 cm ja J_c = 10⁴ A/cm² saadaan jäykkyydeksi 0.9 N/mm, joka on 10⁵ kertaa pienempi kuin tarvitaan kaasuturbiinissa! Muita parametreja ovat vuon ryömintä, hystereesi ja tärinän kesto. Suprajohteilla on kuitenkin mahdollista tehdä täysin passiivinen laakeri, mikä on mahdotonta tavallisilla magneeteilla. Myös suprajohteiden kenttävoimakkuudet ovat paljon suurempia kuin kestomagneeteilla. Jäykkyys

Tarkastellaan erilaisia laakerointimahdollisuuksia:

(a)

'monopoli'magneetti-suprajohde. Yksinkertaisin vaihtoehto, suprajohde jäähdytetään ilman kenttää, ja magneetti levitoi sen päällä. $B$ on rajoitettu magneetin tuottamaan kenttään.

(b)

suprajohde-suprajohde. Suprajohteet (tai toinen niistä) magnetoidaan ja roottori levitoi. Myös roottori pitää jäähdyttää, ja toisessa suprajohteessa tapahtuvat kentän muutokset voivat aiheuttaa muutoksia toiseen suprajohteeseen.

(c)

pyörrevirta. Suprajohde on magnetoitu ja kiinnitetty staattoriin. Johtava levy on kiinnitetty roottoriin, ja siihen muodostuu pyörrevirtoja kun se pyörii. Toimii vain, kun roottori pyörii.

(d)

suprajohde-rauta. Suprajohde magnetoidaan ja se muodostaa attraktiivisen vuorovaikutuksen raudan kanssa. Ei voida käyttää yksinään ja tarvitsee tn. aktiivista kontrollia. Levitaatiovoima on suuri.

(e)

multipolimagneetti-suprajohde. Samanlainen rakenne kuin magneetti-suprajohde, mutta magneetti on koottu useasta palasta. Parantaa magneetti-suprajohde version jäykkyyttä.

(f)

hybridi. Muissa versioissa suprajohde antaa aksiaalisen levitaatiovoiman ja lateraalisen voiman, jolla roottori pysyy paikoillaan. Tässä versiossa aksiaalisen voiman antaa magneetti ja suprajohde vain lateraalisen. Näin estetään laakerointivälin pieneneminen ajan mukana, kun vuo liikkuu suprajohteessa.

Lisätietoja: