Pulsed field magnetization strategies and the field poles composition in a bulk-type superconducting motor

Abstract

High temperature superconducting (HTS) bulks o↵er the potential of trapping and maintaining much higher magnetic loading level compared with the conventional permanent magnets used in rotary machines, although the e↵ective magnetization of multiple HTS bulks with di↵erent relative orientations over the surface of cylindrical rotors creates new challenges. In this paper, we present the design and numerical validation of the Pulse Field Magnetization (PFM) strategy considered for the magnetization of the four-pole synchronous fully superconducting motor developed at the University of Cambridge. In a first instance, singular columns of up to five HTS bulks aligned over the height of the rotor were subjected to up to three magnetic pulses of 1.5 T peak, and the experimental results have been simulated by considering the electrical and thermal properties of the system in a 2D approach. The entire active surface of the rotor is covered by HTS bulks of approximately the same dimensions, resulting in an uneven distribution of pole areas with at least one of the poles formed by up to 3 columns of magnetized bulks, with relatively the same peaks of trapped magnetic field. Thus, in order to e↵ectively use the entire area of the superconducting rotor, multiple pulsed fields per column have been applied under the same experimental conditions, what results in about three times larger magnetic pole areas but with an average drop on the peaks of trapped magnetic field of about 50%.

2-D Numerical Modeling of a Bulk HTS Magnetization Based on <bold>H</bold> Formulation Coupled With Electrical Circuit

“…In this paper, we focus on the modeling of a PFM process of an HTS bulk using a coil coupled with an electrical circuit. Most of the publications do not consider the coupling between the coil and the magnetizer in H formulation [6]- [8], what in our opinion can lead to discrepancies in the estimation of the trapped magnetic field in HTS bulk. Our model is based on the H formulation implemented using the PDE module and the global equation module in COMSOL Multiphysics 5.2a.…”

Динамические Вихревые Состояния В Высокотемпературных Сверхпроводниках При Импульсном Намагничивании

“…Современные высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) являются объектами повышенного интереса благодаря возможности их использования в качестве магнитов с захваченным магнитным потоком [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17]. Их преимущество перед обычными магнитами (например, NdFeB) заключается в том, что намагниченность ВТСП определяется не только внутренними свойствами материала, но и его размерами, и это позволяет увеличить захваченный магнитный поток и получить более сильные поля.…”

“…Для описания процессов захвата магнитного потока в высокотемпературных сверхпроводниках при импульсном намагничивании используются феноменологические подходы, позволяющие провести моделирование намагничивания методом конечных элементов в различных физических формулировках [15][16][17]. Вместе с тем к настоящему времени в литературе практически отсутствуют теоретические исследования поведения вихревой системы под действием импульсов магнитного поля и его влияния на процессы намагничивания.…”