Гибридный и традиционный электромагниты для целей магнитного подвешивания: сопоставительный анализ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель: сравнение гибридных электромагнитов (ГЭМ) и традиционных электромагнитов (ЭМ) левитационного подвеса.

Методы: Сопоставление проводится на базе вычислительного эксперимента для варианта ГЭМ, достоверность численной модели которого подтверждается верификацией с использованием адекватной натурной (физической) модели.

Результаты: Конструкция гибридных электромагнитов (ГЭМ) совмещает в качестве источников поля в единой магнитной цепи токовые катушки и постоянные магниты. Сравнение продемонстрировало семикратное снижение энергопотребление для ГЭМ по сравнению с ЭМ, причём вес гибридного магнита в два раза меньше.

Заключение: Подтверждена правильность выбранной концепции построения магнитной системы предложенного варианта магнитолевитационного подвеса.

Об авторах

Виктор Михайлович Амосков

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: amoskov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9781-9116
SPIN-код: 2436-3828
Scopus Author ID: 6701846033

к.ф-м.н.

Россия, Санкт-Петербург

Дарья Николаевна Арсланова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: arslanova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3791-723X
SPIN-код: 3234-8141
Scopus Author ID: 55314279800

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Александрович Белов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: andrewthewhite@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7040-6741
SPIN-код: 6291-0480

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Александр Вячеславович Белов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: belov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9486-3437
SPIN-код: 3748-2363
Scopus Author ID: 7202831959

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Вячеслав Николаевич Васильев

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: vvnm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1218-6274
SPIN-код: 5444-8639
Scopus Author ID: 7005989574

MSc

Россия, Санкт-Петербург

Валерий Викторович Деомидов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: deomidov@icloud.com
ORCID iD: 0000-0003-2795-8342
SPIN-код: 5931-9704

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Марина Викторовна Капаркова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: kaparkova-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3489-5581
SPIN-код: 6881-2266
Scopus Author ID: 12445243900

MSc

Россия, Санкт-Петербург

Владимир Петрович Кухтин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: kukhtin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6925-6141
SPIN-код: 1628-3135
Scopus Author ID: 35353250700

к.ф-м.н.

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Анатольевич Ламзин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: lamzin-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6072-5711
SPIN-код: 8287-7879
Scopus Author ID: 12756829300

д.ф-м.н.

Россия, Санкт-Петербург

Михаил Сергеевич Ларионов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: larionov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8570-7210
SPIN-код: 1631-3598
Scopus Author ID: 36443801800

MSc

Россия, Санкт-Петербург

Игорь Александрович Морозов

НАО НПЦ «ТИТ»

Email: morozov083@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7451-730X
SPIN-код: 4815-5843

магистр

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Николаевич Неженцев

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: nezhentzev-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8724-7211
SPIN-код: 7319-8924
Scopus Author ID: 57201374326

MSc

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Александрович Овсянников

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: d.a.ovsyannikov@spbu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0829-2023
SPIN-код: 7762-9740

д.ф-м.н., профессор

Россия, Санкт-Петербург

Дмитрий Александрович Овсянников Мл.

Санкт-Петербургский Государственный Университет промышленных технологий и дизайна; АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Автор, ответственный за переписку.
Email: d-ovs@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4191-8494
SPIN-код: 5657-4707

магистр

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Игорь Юрьевич Родин

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: rodin@sintez.niiefa.spb.su
SPIN-код: 4935-6473
Scopus Author ID: 7005063976

к.т.н.

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Александрович Смирнов

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Email: noc-pgups@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2096-6967
SPIN-код: 3042-2910

в.н.с.

Россия, Санкт-Петербург

Ольга Юрьевна Смирнова

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I

Email: noc-pgups@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2239-4384
SPIN-код: 9083-2984

с.н.с.

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Евгеньевич Сычевский

Санкт-Петербургский государственный университет; АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: sytch-sie@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1527-4015
SPIN-код: 3073-0334
Scopus Author ID: 6602159085

д.ф-м.н.

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Николай Александрович Шатиль

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: shatiln@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8529-130X
SPIN-код: 2818-0206
Scopus Author ID: 6507475131

к.т.н.

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Анатольевич Фирсов

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: firsov-sci@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7846-8717
SPIN-код: 7943-4297
Scopus Author ID: 56069602000

MSc

Россия, Санкт-Петербург

Татьяна Александровна Фирсова

АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова»

Email: firsova@sintez.niiefa.spb.su
ORCID iD: 0000-0002-9229-9622
SPIN-код: 2858-7562
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники. Теория, расчет, применение. – СПб: Политехника, 2003. – 206 с. [Zhuravljov JuN. Aktivnye magnitnye podshipniki. Teoriya, raschyot, primenenie. SPb: Politehnika, 2003. 206 s. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 27.10.2021. Доступно по: https://www.studmed.ru/zhuravlev-yun-aktivnye-magnitnye-podshipniki-teoriya-raschet-primenenie-2003_ae0c7437419.html
  2. Amoskov VM, Arslanova DN, Bazarov AM, et al. Modeling EMS maglev systems to develop control algorithms. Cybernetics and physics. 2018;7(1):11-17. doi: 10.35470/2226-4116-2018-7-1-11-17
  3. Tzeng YK, Wang TC. Optimal design of the electromagnetic levitation with permanent and electro magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1994;30(6):4731-733. doi: 10.1109/20.334204
  4. Onuki T, Toda Y. Optimal Design of Hybrid Magnet in Maglev System with Both Permanent and Electro Magnets. IEEE Transaction on Magnetics. 1993;29(2):1783-1786. doi: 10.1109/20.250751
  5. Kim K, Han H, Kim C, Yang S. Dynamic Analysis of a Maglev Conveyor Using an EM-PM Hybrid Magnet. Journal of Electrical Engineering and Technology. 2013;8(6):1571-1578. doi: 10.5370/JEET.2013.8.6.1571
  6. Kim C-H, Cho H-W, Lee J-M, et al. Zero-power control of magnetic levitation vehicles with permanent magnets. ICCAS 2010: Proceedings of the International Conference on Control, Automation and Systems; 2010 Oct 27-30; Gyeonggi-do, Korea (South). 2010. p. 732-735. doi: 10.1109/ICCAS.2010.5670118
  7. Safaei F, Suratgar AA, Afshar A, et al. Characteristics Optimization of the Maglev Train Hybrid Suspension System Using Genetic Algorithm. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2015;30(3):1163-1170. doi: 10.1109/tec.2014.2388155
  8. Erkan K, Okur B, Koseki T, et al. Experimental evaluation of zero-power levitation control by transfer function approach for a 4-pole hybrid electromagnet. In: Proceeding of the 2011 IEEE International Conference on Mechatronics; 2011 April 13-15; Istanbul, Turkey. 2011. p. 23-28, doi: 10.1109/ICMECH.2011.5971299
  9. Morishita M, Azukizawa T, Kanda S, et al. A new MAGLEV system for magnetically levitated carrier system. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 1989;38(4):230-236. doi: 10.1109/25.45486
  10. Wang TC, Tzeng YK. A new electromagnetic levitation system for rapid transit and high speed transportation. IEEE Transactions on Magnetics. 1994;30(6):4734-4736. doi: 10.1109/20.334205
  11. Патент РФ на изобретение № RU2739939/ 30.12.2020. Бюл. № 1. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный электромагнит для системы маглев». [Pat. RUS № RU2739939/ 30.12.2020. Byul. № 1. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj jelektromagnit dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Доступно по: https://patenton.ru/patent/RU2739939C1 Ссылка активна на: 27.10.2021.
  12. Патент РФ на изобретение № RU2743753/ 25.02.2021. Бюл. № 6. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В., Васильев В.Н., Кухтин В.П., Капаркова М.В., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Неженцев А.Н., Родин И.Ю., Сычевский С.Е., Фирсов А.А., Шатиль Н.А. «Гибридный магнит без полей рассеяния для системы маглев». [Pat. RUS № RU2743753/ 25.02.2021. Byul. № 6. Amoskov V.M., Arslanova D.N., Belov A.V., et al. “Gibridnyj magnit bez poley rassejaniya dlya sistemy maglev”. (In Russ.)]. Ссылка активна на: 27.10.2021. Доступно по: https://patenton.ru/patent/RU2743753C1
  13. Amoskov VM, Belov AV, Belyakov VA, et al. Computation technology based on KOMPOT and KLONDIKE codes for magnetostatic simulations in tokamaks. Plasma Devices and Operations. 2008;16(2):89-103. doi: 10.1080/10519990802018023
  14. Акулицкий С.Г., Амосков В.М., Арсланова Д.Н. и др. Результаты стендовых испытаний прототипа полномасштабного гибридного электромагнита для систем маглев // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2021. – Т. 7. – № 4. – С. 14–32. [Akulitzky SG, Amoskov VM, Arslanova DN, et al. Bench testing of hybrid EMS prototype. Modern Transportation Systems and Technologies. 2021;7(4):14-32. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20217400-00
  15. Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.В. и др. Натурные испытания и верификация математической модели гибридного электромагнита подвеса для больших величин левитационных зазоров // Инновационные транспортные системы и технологии. – 2022. – Т. 8. – № 1. – С. 28–37. [Amoskov VM, Arslanova DN, Belov AV, et al. Verification of numerical model of hybrid ems using test bench measurements at large air gap. Modern Transportation Systems and Technologies. 2022;8(1):28-37. (In Russ.)]. doi: 10.17816/transsyst20228128-37

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Характерное распределение магнитного поля в поперечном сечении вблизи центральной части ГЭМ АО «НИИЭФА»

Скачать (322KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Характерное распределение магнитного поля в модели электромагнита традиционного исполнения с параметрами, близкими к оптимальным

Скачать (289KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение температуры в электромагните традиционного исполнения. ККТ равен 10 Вт/м2К.

Скачать (46KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение температуры в ГЭМ АО «НИИЭФА». ККТ равен 10 Вт/м2К.

Скачать (76KB)
Метаданные

© Амосков В.М., Арсланова Д.Н., Белов А.А., Белов А.В., Васильев В.Н., Деомидов В.В., Капаркова М.В., Кухтин В.П., Ламзин Е.А., Ларионов М.С., Морозов И.А., Неженцев А.Н., Овсянников Д.А., Овсянников (Мл.) Д.А., Родин И.Ю., Смирнов С.А., Смирнова О.Ю., Сычевский С.Е., Шатиль Н.А., Фирсов А.А., Фирсова Т.А., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».