基于磁滞效应的YBCO块材磁刚度测试方法

处于外磁场中的高温超导块材具有自稳定性。这种特性使得高温超导块材在磁悬浮轴承、飞轮储能、磁悬浮列车等方面,具有潜在的应用价值。非理想高温超导体具有很强的磁通钉扎特性,表现出很强的磁滞性。处于悬浮状态的高稳超导体,其稳定特性与其悬浮刚度密不可分。文中首先描述了高温超导块材磁悬浮测试系统磁刚度测试原理。此刚度测试方法充分考虑了非理想高温超导块材磁滞效应对磁刚度的影响。基于这种测试方法,研究了YBCO块材在永磁轨道上方悬浮力刚度的特性。通过与传统刚度测试方法比较,这种方法更能反应高温超导磁悬浮车实际磁刚度特性。     

空间高频交变磁场对超导块材悬浮力影响研究

高温超导磁悬浮装置,如磁悬浮列车和磁悬浮轴承在高速运行时,空间磁场交变及不均匀性扰动会引发超导块材内部损耗并影响性能,传统均匀时变磁场实验研究及仿真模拟无法满足实际工程应用情况.本文通过设计不同永磁阵列得到不同波形,在高速系统驱动下得到不同交变频率下超导块材损耗特性,发现全波型损耗较半波型损耗高,并研究了不同磁场构型悬浮力衰减特性,可为高速超导磁浮应用提供实验依据.     

任意倾斜角度下的永磁导轨感应磁场解析计算

平行移动式自稳定高温超导块材磁悬浮数值模拟计算包括永磁导轨感应磁场的计算。无限长的永磁轨道结构具有多样性。通过对称分布永磁轨道磁场的解析计算导出了任意倾斜角度下永磁轨道磁感应强度解析计算方法。采用此方法,成功计算出了多块交错排列的Halbach结构永磁轨道的感应磁场计算。采用该方法和商用Ansoft软件的有限元法分别对Halbach永磁轨道磁场进行了计算,对比计算结果表明,此方法是可行的,并且计算效率也远优于有限元法。     

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     

应用场结构对YBCO块材悬浮性能的影响

永磁轨道是高温超导磁悬浮车的重要组成部分之一,对YBCO块材在两种应用场:单峰永磁轨道和双峰永磁轨道上的磁悬浮性能进行了数值和实验研究。通过对比两种轨道上方的切向和法向分量的磁场分布,对实验结果进行了分析。实验发现YBCO块材在双峰轨道上方,悬浮力和导向力均大于单峰轨道,双峰轨道在磁利用率方面高于单峰轨道。     

高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用

在高温超导磁悬浮系统中,超导体和应用外磁场之间的电磁作用比较复杂。通常,任何测试过程对高温超导磁悬浮系统中相互作用力(悬浮力和导向力)结果都有影响。为了能够得到准确的测试结果,文中研究了测试过程对导向力和悬浮力测试结果的影响,发现高温超导磁悬浮系统中存在的磁历史效应导致了这种影响的存在是必然的,而且是交叉影响作用。实验数据进一步指出,在实际的测试过程中必须根据具体的运动路径来选择悬浮力和导向力的测试过程和顺序,以尽可能地减小两者之间的负面影响。根据不同的测试目的,文中也推荐了对应合理的测试方法。     

永磁体尺寸对高温超导磁悬浮力的影响分析

高温超导体的发展推动了磁悬浮技术的应用,而磁悬浮中磁悬浮力的控制尤为重要。在磁浮系统中永磁体用来给超导体提供磁场,因此磁悬浮力的大小与永磁体的尺寸密切相关。主要介绍磁悬浮力理论计算方法和有限元仿真模型,研究了磁悬浮力随永磁体尺寸变化的趋势,并对仿真结果进行分析同时加以实验佐证。仿真结果对高温超导块材在磁悬浮技术中的应用有参考价值,同时有助于优化材料用量。     

高温超导块材悬浮力测试系统设计

报道高温超导块材悬浮力测试系统中自动控制与数据采集部分的设计与实现。该系统采用了比较先进的 PMAC2电机运动控制卡及功能强大的软件开发平台 L abwindows/ CVI,具有系统稳定性高、可靠性好、易于人机交互等特点 ,在实际应用过程中取到了很好的效果 ,为我国高温超导块材性能的研究及高温超导磁悬浮车的研究提供了一种十分先进的研究、测试手段     

交流磁场对车载高温超导块材导向力性能影响的数值模拟（英文）

高温超导块材在工程上有巨大的应用潜力,尤其是在高温超导磁悬浮列车系统应用方面.在磁悬浮列车系统中,沿NdFeB轨道横向的导向力是一个重要的参数.然而,由于NdFeB轨道表面磁场的不均匀性,车载高温超导块材始终处于交流磁场环境中.以前的实验研究表明,由于交流磁场的影响,车载高温超导块材的导向力会发生衰减.在工程实际应用中,如果导向力衰减加剧,则有可能影响整个磁悬浮列车系统的侧向稳定性.本文主要通过数值模拟的方法研究交流磁场对车载高温超导块材导向力性能的影响.研究结果表明,随着交流磁场幅值的增大,导向力的衰减也逐渐增加.当外加交流磁场的幅值较大时,导向力会在短时间内迅速的衰减.当外加交流磁场幅值较小时,导向力的衰减几乎与交流磁场的频率无关;当外加交流磁场幅值较大时,导向力的衰减会随着交流磁场频率的升高而增加.因此,在高温超导磁悬浮列车系统中,可以减少轨道表面磁场的不均匀性,即减少块材周围交流磁场的幅值,从而抑制导向力的衰减.     

基于磁场强度的高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法

本文提出了一种高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法,并对其悬浮力计算结果进行了验证.该方法采用基于磁场强度的H法对高温超导进行建模,利用间接耦合方法体现磁场对于超导作用,从而对高温超导磁悬浮进行仿真.该模型在有限元软件COMSOL Multiphysics中进行计算.此外,本文探讨了剖分网格对于模型计算时间、精度的影响和不同涂层导体堆叠方式对悬浮力的影响,以指导在实际应用中对于堆叠方式的选取.     

Suppression of guidance force decay of HTS bulk exposed to AC magnetic field perturbation in a maglev vehicle system

Superconducting maglev vehicle was one of the most promising applications of HTS bulks. In such a system, the HTS bulks were always exposed to AC external magnetic field, which was generated by the inhomogeneous surface magnetic field of the NdFeB guideway. In our previous work, it was observed that the guidance force of the YBCO bulk over the NdFdB guideway used in the high-temperature superconducting maglev vehicle system was decayed by the application of the AC external magnetic field. In this paper, we adopted a method to suppress the decay by altering the field–cooled height of the bulk. From the experimental results, it was found that the decay rate of the guidance force was smaller at lower field–cooled height. So we could suppress the guidance force decay of HTS bulk exposed to AC external magnetic field perturbation in the maglev vehicle system by reducing the field–cooled height of the bulk. Furthermore, all the experimental results in this paper were explained based on Bean critical-state model.     

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.     

NdFeB永磁轨道上方YBaCuO块材的悬浮稳定性与场冷位置间关系

如何获得稳定悬浮是高温超导磁悬浮系统的一个重大问题.高温超导体在外磁场中所受的悬浮力和导向力是两个衡量系统悬浮稳定性的重要参数.本文实验研究了场冷情况下NdFeB永磁轨道上方YBaCuO块材在竖直运动和水平运动时所受悬浮力和导向力的情况,并且根据Bean模型开发了数值计算程序用于悬浮力和导向力的计算分析.不同竖直场冷高度下计算值和实验值获得了较好的一致性.实验结果和计算结果都显示出永磁轨道场中高温超导体所受的两个力与其场冷历史有着密切的关系,也就是说超导体的悬浮稳定性受场冷历史影响程度较大.不同的竖直场冷高度,其最大悬浮力的变化趋势和最大导向力的变化趋势相反.较小的水平场冷位置导致了较大的导向力和较大的磁滞.根据上述结果,为了获得较优的悬浮稳定性,本文推荐了可行的场冷高度范围和有效的高温超导体组合方式.     

过冷液氮温度下块材的悬浮特性及其仿真研究

随着温度的降低, 超导块材表现出的超导特性也随之变化. 本文结合现有实际应用的车载超导块材冷却方法, 通过改变气压的方式营造过冷液氮温度条件, 探究块材组合与 Halbach 轨道之间的悬浮特性. 由于实验测量存在一定局限性, 只能完成部分工况条件下的研究. 为了更加系统全面的研究, 本文对过冷状态下超导块材的悬浮特性进行仿真计算, 通过与实验结果对比来确定仿真参数. 结果显示, 仿真计算与实验数据吻合度较高, 为后期的研究工作提供了仿真工具.     

强钉扎高温超导体与永磁体系统的悬浮力数值模型

本文从数值模拟和实验两方面研究了熔融织构Y-Ba-Cu-O(YBCO)高温超导块材与永磁体组成的磁悬浮系统的悬浮特性.通过理论与实验结果的比较,在Hikihara-Moon超导磁悬浮动力学唯像模型的基础上,提出了强钉扎磁悬浮力模型,并进一步研究了熔融织构YBCO块材在不同条件下的悬浮特性,包括:场冷高度(FCH)和零场冷却(ZFC)的对磁浮力的影响,以及由不同运动速度导致的磁悬浮力的变化等.结果表明,强钉扎磁悬浮力模型适合于精确描述由熔融织构YBCO高温超导块材与永磁体所组成的磁悬浮系统的悬浮特性.     

Levitation force relaxation under reloading in a HTS Maglev system

The loading capacity of the high-temperature superconducting (HTS) Maglev vehicle is an important parameter in the practical application. It is closely related to the levitation force of the HTS bulk. Many papers reported that the levitation force showed the relaxation characteristic. Because different loads cause different levitation gaps and different applied magnetic fields, the levitation force relaxations under the different loads are not the same. In terms of cylindrical YBCO bulk levitated over the permanent magnetic guideway, the relationship between the levitation force relaxation and the reloading is investigated experimentally in this paper. The decrement, the decrement rate and the relaxation rate of the levitation force are calculated, respectively. This work might be helpful for studying the loading capacity of the HTS Maglev vehicle.     

直线电机用高温超导块材磁体作用力—磁场特性分析

本文以探究高温超导块材磁体在同步直线电机实际应用特性为目标,搭建了对磁场、三维电磁力信号同时采集的多物理场测试平台.实验探究了作为直线电机次级的高温超导块材磁体所受电磁力、俘获磁通随充磁电流、电机初级三相交流电电流幅值、频率等参数的变化规律.理论分析了高温超导块材俘获磁通在行波磁场中的衰减规律.基于所得结论,提出可有效抑制磁场衰减的方法—引入铁磁材料,并重点讨论该方法对初次级间电磁力的影响.     

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.     

Analysis and experimental validation of an HTS linear synchronous propulsion prototype with HTS magnetic suspension

A high temperature superconducting (HTS) linear propulsion system composed of a single-sided HTS linear synchronous motor (HTSLSM) in its middle and HTS magnetic suspension sub-systems on both sides has been developed. The HTSLSM uses an HTS bulk magnet array on the moving secondary, and the field-trapped characteristics of the HTS bulk using different magnetized methods have been measured and compared to identify their magnetization capability. In order to generate a large levitation force for the system, three different types of permanent magnet guideways (PMGs) have been numerically analyzed and experimentally verified to obtain an optimal PMG. Based on comprehensive experimental prototype tests, the results show that the HTS linear propulsion system can run with stable magnetic suspension having a constant air-gap length, and the thrust characteristics versus the exciting current, working frequency and the air-gap length have also been obtained. This work forms the basis for developing a practical HTS linear propulsion system by using HTS bulks both for propulsion and suspension.