Was ist ein supraleitender Motor?
Die Supraleitung in supraleitenden Motoren bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem der elektrische Widerstand plötzlich null wird, wenn eine bestimmte Substanz auf eine extrem niedrige Temperatur gebracht wird.
Durch diese Supraleitung können hohe Ströme bei niedrigen Spannungen fließen, was wiederum ein starkes Magnetfeld erzeugt und Elektromotoren mit hervorragenden Drehmomenteigenschaften ermöglicht.
Wird jedoch ein externes Magnetfeld an den supraleitenden Draht angelegt und ein kritisches Feld überschritten, wird der supraleitende Zustand unterbrochen und der Draht wird normal leitend mit normalem elektrischem Widerstand, so dass beim Umgang mit supraleitenden Magnetfeldern Vorsicht geboten ist.
Anwendungen supraleitender Motoren
Da supraleitende Motoren voraussichtlich kompakter und leichter sind als herkömmliche Elektromotoren gleicher Leistung, werden sie voraussichtlich in supraleitenden linearen Bahnen (allgemein als Linearmotoren bekannt) und in Antriebsmotoren für Schiffe, Flugzeuge usw. eingesetzt.
Die Magnetschwebebahn von Shanghai ist ein bekanntes supraleitendes Linearmotorfahrzeug, das bereits in der Praxis eingesetzt wird, und in Japan arbeitet JR Tokai derzeit am Bau mit dem Ziel, es 2027 in Betrieb zu nehmen.
Die Supraleitung selbst ist bereits eine bekannte und praktische Technologie in medizinischen MRT-Geräten.
Funktionsweise supraleitender Motoren
Wie der Name schon sagt, verwenden supraleitende Motoren Spulen aus supraleitendem Draht im Motorrotor, um verlustarme Motoren mit hohem Wirkungsgrad und ausgezeichnetem Drehmoment zu realisieren.
Darüber hinaus sind an den Antriebspunkten des Linearmotorwagens Magnete, die das starke Magnetfeld der Supraleitung nutzen, in einer geraden Linie (linear) auf beiden Seiten des Fahrzeugrumpfes angeordnet, um das Fahrzeug in der Schwebe zu halten, was einen Ultra-Hochgeschwindigkeits-Bahnbetrieb mit geringerem Einfluss von Radreibung und anderen Widerstandskomponenten ermöglicht.
Zu den supraleitenden Materialien gehören bekannte Magnete wie Niob-Titan-Legierungen (Nb-Ti), bei denen das Phänomen der Supraleitung auftritt, bei dem der elektrische Widerstand bei der niedrigen Temperatur von 4 K (-269 °C) in flüssigem Helium auf Null sinkt. Flüssiges Helium ist jedoch sehr schwierig und teuer zu handhaben, so dass seine praktischen Anwendungen, z. B. in der medizinischen MRT, sehr begrenzt sind.
Andererseits hat die jüngste Entdeckung von Kupferoxiden auf Wismutbasis, die bei einer Temperatur von 77 K (-196 °C) in flüssigem Stickstoff einen supraleitenden Zustand erreichen können und als Hochtemperatur-Supraleitungsmagnete bekannt sind, die Forschung und Entwicklung angeregt. Der Grund dafür ist, dass flüssiger Stickstoff im Vergleich zu flüssigem Helium billiger und einfacher zu handhaben ist und kleinere, kostengünstigere Kühler ermöglicht.
Es gibt jedoch noch einige Probleme, die gelöst werden müssen, bevor er in der Praxis eingesetzt werden kann, und die großen Unternehmen der Schwerindustrie arbeiten intensiv an seiner Entwicklung.