高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

高温超导磁悬浮轴承动态测试平台

为了研究高温超导磁悬浮轴承样机的动态旋转特性,介绍了由振动分析仪、转速计和位移传感器组成的动态测试平台。该测试平台不仅可以测试高温超导磁悬浮轴承的共振频率、刚度和阻尼系数等基本动态参数,而且可以实时测试旋转轴承的转速和振动偏移等运行参数。通过脉冲激励实验和自由衰减实验证实测试实验数据真实可靠。该平台的搭建将为本小组在轴对称式高温超导磁悬浮技术(轴承、飞轮等)的应用研究和开发奠定基础。     

超导飞轮储能用永磁轴承参数优化

随着近年美、德、日等国研究小组的大容量高温超导飞轮储能系统(HTS FESS)样机的报道,具有控制简单、储能密度大、效率高、寿命长、应用范围广等优点的HTS FESS已经被广泛认可。综合主要研究小组的工作发现,采用高温超导磁悬浮轴承与永磁轴承配合的结构在保证飞轮转子轴向和径向都稳定的同时,具有成本低的优势。针对这种混合轴承布置方式,文中对超导飞轮储能用永磁轴承的承载能力进行了研究,通过有限元仿真分析提出了一种径向型永磁轴承的优化方案,相关结果可为后续样机研究提供一定的参考。     

高温超导磁悬浮径向轴承悬浮特性分析

高温超导磁悬浮轴承凭借无源自稳定的优良特性,在飞轮储能系统中拥有巨大的应用潜能,其主要结构由高温超导定子和永磁转子组成。而轴承的悬浮特性直接决定飞轮转子的设计和飞轮储能系统的容量大小。本文基于磁通冻结镜像法的思想,对高温超导径向磁悬浮轴承的悬浮特性进行分析,并对轴承轴向/径向悬浮力和刚度参数进行计算。结果表明:轴承的悬浮力和刚度随着初始径向位置、径向位移和轴向位移的变化而变化;在相同的位移条件和研究的位移范围内,径向悬浮力/刚度皆大于轴向的情况,且两者相差约一个数量级。     

高温超导体磁悬浮轴承在低温液体泵中应用的可行性分析

目前低温液体泵用轴承一般为机械轴承,由于机械磨损其工作寿命有限;工作在低温环境下,该轴承润滑条件恶劣,不能满足高转速、重载荷条件下的长期连续应用.高温超导体磁悬浮轴承则直接工作在低温条件下,没有机械接触且无源自稳定,是代替机械轴承的一种选择.近年来关于高温超导磁悬浮轴承的应用研究很多,其承载能力等性能参数提升很多,并在...     

氦气冷压机应用超导磁悬浮轴承技术分析

大型超流氦制冷系统在大科学工程上起着重要的作用,氦气冷压机轴承技术仍是面临的关键技术问题。高温超导磁悬浮轴承具备无接触承载且自控稳定的优势,但尚无将超导磁悬浮轴承应用在氦气冷压机特定工况的研究报道。以成功应用的主动式磁悬浮轴承离心式冷压机结构和运行参数为参考,计算了在相近尺寸下超导磁悬浮轴承单位面积下的最大悬浮性能,进行了典型径向型超导磁悬浮轴承研究现状分析,从理论计算和工程应用两个角度论证了超导磁悬浮轴承具备了应用于冷压机系统的可行性,并对超导磁悬浮轴承应用于冷压机面临的关键技术进行了简要分析。     

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。     

具有“T形”转子的径向超导轴承悬浮力研究

径向型高温超导磁悬浮轴承包含超导定子和永磁转子。通常,永磁转子由永磁环、聚磁环和转轴组成,整体呈“圆柱形”。为了在不增加永磁体用量的情况下增大径向型超导轴承的轴向悬浮力,本文在“圆柱形”结构的基础上提出了“T形”永磁转子结构。“T形”永磁转子是将“圆柱形”永磁转子一端的聚磁环变成了“T形”,变形后的聚磁环可以改变沿轴向垂直于超导定子的磁场方向,增大沿轴向垂直于超导定子的磁场强度。为了降低“T形”永磁转子的铁耗,本文又进一步改进了“T形”转子结构。最后,为了验证“T形”永磁转子的有效性,分别加工了具有“圆柱形”和“T形”永磁转子的径向型超导轴承,并对两个轴承的轴向悬浮力进行了测量。测量结果表明：“T”形永磁转子可以有效增大径向型超导轴承的轴向悬浮力。     

超导磁悬浮微飞轮系统设计与测试

设计了一种基于超导磁悬浮轴承的微飞轮系统样机．该微飞轮系统以超导磁悬浮轴承作为支撑机构，以平面直流无刷电机作为驱动装置，在输入电压14．4V电流0．36A时，飞轮转子在空气中最高转速可达到15000rpm．通过对采用机械轴承的飞轮系统和超导磁悬浮飞轮系统的自由降速曲线测试，求出不同轴承的摩擦损耗，并得到超导磁悬浮飞轮系...     

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.     

飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

储能器是一种储存能量的装置,随着高温超导悬浮轴承运用到飞轮储能器中,储能效率得到了大大的提高。它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。文中提出一种全新高温超导悬浮轴承,并研究其的力学性能,为新型超导悬浮轴承的研究与开发做好了基础准备。     

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。     

高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析

高温超导磁悬浮轴承已经被广泛应用到飞轮储能系统之中,它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。本论文基于有限元法(FEM)和临界态模型,对高温超导推力轴承的悬浮力和刚度等参数进行模拟仿真,并且在SCML-02测试装置上进行测试,计算结果与测试结果得到很好的吻合。并且进一步对环形永磁体推力轴承进行计算模拟,为进一步的轴承结构参数优化做好基础。     

非接触供电在高温超导磁体中的应用探究北大核心

高温超导磁悬浮列车运行过程中,由于磁体自身存在工作损耗难以实现恒流运行,寻找适用于高温超导磁体的运行补偿供电方法成为其能否稳定可靠运行于轨道交通环境的关键.本文基于磁耦合非接触供电技术,提出一种适用于高温超导磁体的非接触补偿供电方法,利用电路理论建立电路等效模型,对电路结构进行了优化设计.考虑到电路参数对于系统性能的影响,根据电磁场理论,对线圈结构进行了设计优化.通过搭建非接触供电系统实验装置,对系统特性、不同线圈结构对磁体供电系统的影响进行了研究,验证了本文所提出的非接触补偿供电方法的可行性.     

温度和场冷间隙对高温超导磁悬浮系统弛豫的影响

悬浮力是高温超导磁悬浮列车运行中的一个至关重要的参数.悬浮力的弛豫特性是高温超导磁悬浮列车安全运行的一大阻碍.适度降低工作温度是有效改善悬浮力弛豫特性的有效手段之一.本文从数值计算和实验两个层面研究了不同冷却温度和不同场冷间隙下的悬浮力的弛豫现象.发现悬浮力的弛豫现象随着超导块冷却温度的降低而减弱，随着场冷间隙的增大而略微增大，但是随着冷却温度的降低，增大程度会有所减弱.该研究有助于通过合理设计高温超导材料工作温度，以提高磁悬浮系统性能表现.     

YBCO高温超导块悬浮力性能研究

本文利用排布在液氮低温容器底部的多块超导块以测试其悬浮特性.结果表明:YBCO块材在永磁导轨上的悬浮力与二者间距的变化过程有关;不同的变化过程会在相同的悬浮间隙位置得到不同的悬浮力.这一研究结果对磁悬浮列车的优化设计有着重要的意义.     

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.     

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     

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.