场冷条件下超导块材的吸引力与排斥力

基于K im临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,其计算了不同场冷条件下高温超导悬浮系统的悬浮力。其计算结果与实验结果吻合很好。结果显示:超导块材的最大吸引力随场冷高度的升高呈指数关系减小;达到最大吸引力的悬浮高度随场冷高度的增加近似呈线性关系增长。最大排斥力随场冷高度的变化曲线存在临界值:当场冷高度小于临界值时,最大排斥力呈线性关系增加;反之,最大排斥力呈指数关系增长。悬浮力与场冷高度的这些变化规律可以用超导块材内部屏蔽电流的穿透情况进行很好地解释,为超导块材的实际工业应用提供了重要的理论依据。     

超导磁悬浮力的理论研究与实验分析

本文通过理论研究和实验分析了超导磁悬浮力的变化规律.首先,基于超导体局部模型,从理论上建立了永磁-超导系统磁悬浮力的计算方法,得到的悬浮力为实用高温超导体的最大磁悬浮力,为判断超导块材的性能提供理论依据.利用该方法全面分析了系统参数对磁悬浮力的影响,结果与实验结果吻合,为超导磁悬浮系统的优化设计提供重要的理论指导.其次,采用基于超导体临界态Bean模型的有限元法仿真分析了超导块材磁悬浮力变化的规律.最后,在西北有色金属研究院的超导磁悬浮力测试台上对超导块材在不同场冷条件下的磁悬浮力变化进行了测试,对仿真结果进行了验证,并得到不同冷却方式、不同的场冷高度对超导磁悬浮力的影响.这些结论为超导块材的实际应用提供了重要的理论依据.     

预载条件下Y-Ba-Cu-O块材的悬浮力弛豫特性

文中以实验技术为手段,研究了不同工况下预载抑制悬浮力弛豫衰减的作用规律.实验以Halbach永磁轨道和三籽晶方形Y -Ba-Cu-O块材组成的系统为主要研究对象,通过改变块材的场冷方式、工作高度、预载高度等,研究这些因素对块材悬浮力弛豫的影响规律.选取30mm场冷高度、15mm工作高度,改变永磁轨道和块材,研究了轨道磁...     

悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力研究

为了探索悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力变化规律及影响因素, 建立高温超导磁浮系统的理论模型, 推导了纵向力表达式, 进一步搭建实验平台, 在不同通过速度、 场冷高度和工作高度条件下, 对悬浮杜瓦脱离与进入永磁轨道时受到的纵向力进行测试. 理论与实验结果表明: 悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处时受到纵向力作用,完全脱离前与进入后为阻力, 完全脱离后与进入前为主动力; 在低速运行范围内, 通过速度对纵向力的影响不大;随着工作高度的降低, 纵向力增大; 随着场冷高度的升高, 纵向力增大. 以上研究为高温超导磁浮系统的切换与发射提供设计参考.     

零场冷和场冷方式下高温超导块材最大悬浮力关系

文章通过对15块高温超导块材与永磁轨道相互作用的悬浮力测试,比较了零场冷和场冷两种冷却方式下块材的最大悬浮力关系.实验结果显示零场冷时悬浮力大的块材在场冷时悬浮力不一定就大,反之亦然,两者并无直接的对应关系.在实际的场冷应用中,推荐以场冷下的悬浮力数据为参考.     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中,导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移.针对这一实际问题,本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响.实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力.研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关;但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变.该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据.     

不同重叠排列方式的双层高温超导块材在永磁轨道上方的悬浮特性

研究了永磁轨道上方双层高温超导块材两种不同堆叠方式(籽晶生长线对齐方式和籽晶生长线错开方式)的悬浮特性。实验发现:这两种不同的堆叠方式对悬浮性能有不同的影响。随着场冷高度的增加,它们对悬浮性能的增加效应越来越弱,这种现象对于悬浮力来说尤其明显。场冷高度为10 mm和15 mm时,对悬浮力来说,籽晶生长线对齐堆叠方式与错开方式相比,第一次测量时前者减少的百分比为11.588%和0.870%,第二次测量时为12.693%和1.363%,第三次测量时为12.399%和1.370%。导向力也有类似的结论。经实验可以看出,可以通过优化每一块高温超导块材的具体摆放位置,来提高高温超导磁悬浮车的承载能力和稳定性。同时,这一结果对高温超导磁悬浮轴承、飞轮储能等悬浮间距小的场所也具有一定的参考价值。     

三籽晶YBCO块材阵列中缝隙变化对其电磁力的影响

利用自制的实验设备,采用两种不同结构的永磁轨道,本文实验研究了由三块多籽晶YBCO超导块材组成的超导阵列的悬浮力和导向力随块材之间缝隙的变化关系,分析了块材之间的电磁相互作用对其悬浮力的影响。结果表明,块材之间的相互作用对其悬浮力的影响很弱,而块材之间间隙的改变对其悬浮力和导向力的影响却非常明显,具体表现为:对于正上方水平磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高导向稳定性,但同时会降低悬浮能力;对于正上方竖直磁场分量占优的永磁轨道,增加块材之间的间隙会提高悬浮能力,但同时会降低导向稳定性。由此可见,对于一个给定的磁悬浮系统,可以简单地通过改变块材之间的间隙来满足不同应用条件下对悬浮能力和导向稳定性的需求。     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中，导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移．针对这一实际问题，本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响．实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力．研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关；但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变．该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据．     

预载对高温超导磁悬浮系统中横向运动引起的悬浮力衰减行为的影响

预载是一种有效抑制高温超导磁悬浮系统中由横向运动引起的悬浮力衰减的方法,但目前研究仅停留在概念验证阶段,尚未对影响预载效果的一些因素进行详细地分析和研究.利用高温超导磁悬浮测试系统,本文通过改变块材的冷却条件(场冷和零场冷)、悬浮高度以及轨道磁场结构、材料性能等实验研究了不同预载高度下YB-CO块材的悬浮力随横向运动次数的变化关系,得到这些因素对预载条件下悬浮力随横向运动变化情况影响的规律.结果表明,预载高度越低,由横向运动引起的悬浮力变化越快地趋于稳定,但悬浮力的稳定值也越小,并且这一现象不随冷却条件、悬浮高度、轨道磁场结构和材料性能等因素的改变而变化.     

Influence of maglev force relaxation on the forces of bulk HTSC subjected to different lateral displacements above the NdFeB guideway

This paper studied the influence of maglev force relaxation on the force (both levitation and guidance forces) of bulk high-temperature superconductor (HTSC) subjected to different lateral displacements above a NdFeB guideway. Firstly, the maglev forces relaxation property of bulk HTSC above the permanent-magnet guideway (PMG) was studied experimentally, then the levitation and guidance forces were measured by SCML-2 measurement system synchronously at different lateral displacements, some times later(after relaxation), the forces were measured again as the same way. Compared to the two measured results, it was found that the change of the levitation force was larger compared to the case without relaxation, while the change of the guidance force was smaller. In addition, the rate of change of levitation force and guidance force was different for different maximum lateral displacements. This work provided a scientific analysis for the practical application of the bulk HTS.     

垂向磁场变化量对高温超导块材悬浮力特性的影响

高温超导体因其无源自稳定的特性,受到许多学者的重视,具有广阔的应用前景.目前针对高温超导块材悬浮性能的研究主要集中于由永磁体产生的低磁场环境.本文基于超导磁体平台提供的强磁场环境,通过改变高温超导块材不同的场冷高度,实验研究了高温超导块材悬浮力与垂向磁场变化量的关系.研究结果表明随着垂向磁场变化量的增加,高温超导块材的悬浮力增长趋缓,并最终出现悬浮力饱和的现象.本文还对比了YBCO 和Gd-BCO 两种不同材料超导块材的悬浮性能,结果发现GdBCO 的悬浮力在强磁场环境中表现出更大的潜力.这为高温超导磁浮在强磁场中的应用奠定了基础,通过更加合理地调节磁场的分布,可以更好地发挥高温超导块材的悬浮性能潜力     

永磁轨道上方高温超导块材各向异性对悬浮力弛豫特性的影响

采用顶部熔融织构生长法制备的高温超导块材YBCO通常有5个生长区域．通过捕获磁通实验研究,人们发现高温超导块材内部生长区域及边界的捕获磁通能力不同,存在明显的各向异性．面向高温超导磁悬浮应用,本文比较研究了3块不同的高温超导块材YBCO组合在永磁轨道上方悬浮力弛豫特性．实验结果表明,无论场冷还是零场冷情况,块材籽晶生长...     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

面向超导钉扎磁浮的液氮液位检测方法研究现状

高温超导钉扎磁浮制式以悬浮导向一体化、自稳定、无需控制等优势得到了越来越多的关注.与其他磁浮制式不同,高温超导钉扎磁浮制式采用块状高温超导材料作为车载悬浮体,需要低温液体液氮作为悬浮单元的制冷剂,冷却方式为浴冷,因此实时监测液氮液面,保证液面平稳是未来超导钉扎磁浮车运行维护的首要需求.本文从车载高温超导YBaCuO块材所需的液氮环境及其配套的液氮容器功能和结构出发,结合我们近期的基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)滤波算法的铂电阻传感器液氮液位计研究工作,对6种低温液位检测方法的基础原理、特征及检测精度的对比分析,总结示出包括铂电阻阵列方式在内的3种适用于超导钉扎磁浮列车在线检测系统的液氮液位检测方法,用于推进我国2021年1月13日正式启用的高温超导钉扎高速磁浮工程化样车应用发展.     

高温超导磁悬浮深冷测试系统设计

介绍一种使用 G- M制冷机实现深冷环境的高温超导磁悬浮测试系统。高温超导体块材YBa Cu O被固定在制冷机冷头上 ,其温度通过温度控制器可以控制在 1 0 0 K到 40 K范围内。永久磁体 Nd Fe B固定在位于 YBa Cu O上方高温超导磁悬浮测试系统的垂直运动部件上 ,并在计算机控制下作垂直运动以改变它与 YBa Cu O之间的距离。同时 ,计算机采集数据得到 YBa Cu O与 Nd Fe B之间悬浮力与距离的关系。通过温度设定 ,可得到 YBa Cu O在不同温度下的悬浮性能。     

Lateral magnetic stiffness under different parameters in a high-temperature superconductor levitation system

Magnetic stiffness determines the stability of a high-temperature superconductor(HTS) magnetic levitation system.The quantitative properties of the physical and geometrical parameters that affect the stiffness of HTS levitation systems should be identified for improving the stiffness by some effective methods. The magnetic stiffness is directly related to the first-order derivative of the magnetic force with respect to the corresponding displacement, which indicates that the effects of the parameters on the stiffness should be different from the relationships between the forces and the same parameters.In this paper, we study the influences of some physical and geometrical parameters, including the strength of the external magnetic field(B0) produced by a rectangular permanent magnet(PM), critical current density(Jc), the PM-to-HTS area ratio(α), and thickness ratio(β), on the lateral stiffness by using a numerical approach under zero-field cooling(ZFC)and field cooling(FC) conditions. In the first and second passes of the PM, the lateral stiffness at most of lateral positions essentially increases with B0 increasing and decreases with β increasing in ZFC and FC. The largest lateral stiffness at every lateral position is almost produced by the minimum value of Jc, which is obviously different from the lateral force–Jc relation. The α-dependent lateral stiffness changes with some parameters, which include the cooling conditions of the bulk HTS, lateral displacement, and movement history of the PM. These findings can provide some suggestions for improving the lateral stiffness of the HTS levitation system.     

Angular dependence of vertical force and torque when magnetic dipole moves vertically above flat high-temperature superconductor

The interaction between a permanent magnet (PM) assumed as a magnetic dipole and a flat high-temperature superconductor (HTS) is calculated by the advanced frozen-image model. When the dipole vertically moves above the semi-infinite HTS, the general analytical expression of vertical force and that of torque are obtained for an arbitrary angle between the magnetization direction of the PM and the c axis of the HTS. The variations of the force and torque are analyzed for angle and vertical movements in both zero-field cooling (ZFC) condition and field cooling (FC) condition. It is found that the maximum vertical repulsive or attractive force has the positive or negative cosine relation with the angle. However, the maximum torque has the positive or negative sine relation. From the viewpoint of the rotational equilibrium, the orientation of the magnetic dipole with zero angle is deemed to be an unstable equilibrium point in ZFC, but the same orientation is considered as a stable equilibrium point in FC. In addition, both of the variation cycles of the maximum force and torque with the angle are π.     

Effective method to control the levitation force and levitation height in a superconducting maglev system

The influence of the width of the middle magnet in the permanent magnet guideways(PMGs) on the levitation force and the levitation height of single-domain yttrium barium copper oxide(YBCO) bulks has been investigated at 77 K under the zero field cooled(ZFC) state. It is found that the largest levitation force can be obtained in the system with the width of the middle magnet of the PMG equal to the size of the YBCO bulk when the gap between the YBCO bulk and PMG is small.Both larger levitation force and higher levitation height can be obtained in the system with the width of the middle magnet of the PMG larger than the size of the YBCO bulk. The stiffness of the levitation force between the PMG and the YBCO bulk is higher in the system with a smaller width of the middle magnet in the PMG. These results provide an effective way to control the levitation force and the levitation height for the superconducting maglev design and applications.