超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

在超导磁悬浮支承系统中, 如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体, 并且是表现出完全的迈斯纳态, 那么由于球体的对称性, 就不会产生干扰力矩. 但实际的情况并非如此, 一般情况下, 超导球形转子总是存在加工制造误差, 且在高速旋转时总是存在离心变形, 因此转子的表面并不是理想的球面, 当超导转子悬浮在磁场中时, 沿转子表面法线方向的磁悬浮力, 不是完全通过转子质心, 将会产生磁支承干扰力矩, 从而引起转子的漂移误差. 本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发, 对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析, 包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩, 并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式, 代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小, 为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考, 对于转子的结构优化设计具有指导意义.     

超导体在低温液体泵中的应用研究与发展现状

由于低温液体泵固有的低温工作环境可为超导材料提供冷却条件而省去制冷系统,将超导材料应用于低温液体泵具有显著优势。本文针对高可靠性低温液体泵在低温流体输送中的应用需求,介绍了传统低温液体泵的应用背景及其存在的问题; 总结了国内外超导技术应用于低温液体泵的研究现状,详细讨论了低温泵用超导电机、低温泵用超导磁悬浮轴承和其他结构超导低温泵的研究热点和发展趋势; 在此基础上,提出一种轴向磁通盘式电机驱动的超导磁悬浮低温潜液泵。其离心泵叶轮和盘式电机转子在超导磁悬浮轴承系统的悬浮支撑下可实现无接触转矩传动和无摩擦旋转运行,该新型结构超导磁悬浮低温潜液泵在结构上具有独特优势,其研发对推动超导低温液体泵技术具有促进作用。     

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...     

应用于超导重力测量的磁屏蔽系统研究

在高精度超导重力磁悬浮系统中，高效屏蔽外界磁场干扰是实现高精度重力测量的关键，尤其对于无处不在的地磁场干扰问题。根据不同材料的屏蔽特性，分析了地磁场对超导重力测量的影响，利用ANSYS Maxwell 3D建立了以地磁场为背景的屏蔽模型，对屏蔽体不同材料、厚度、高度、直径等关键参数进行了分析及优化，并设计了多层复合屏蔽结构，屏蔽效能可达65 dB以上，满足重力信号的高精度测量需求，研究结果对于高精度超导重力测量装置的磁屏蔽设计具有重要的实际指导意义。     

超导空心球形转子变形分析

超导空心球形转子的非球形误差将产生干扰力矩、引起漂移误差降低仪表精度。针对转速和温度引起超导空心球形转子的非球形误差进行分析,将超导空心球形转子模型直接从CREO中导入到有限元分析软件ANSYS,并对超导空心球形转子进行有限元变形仿真。通过对仿真结果进行分析,得出超导空心球形转子离心变形量和温度变形量,阐明了超导空心球形转子特有的变形规律,为补偿和减小转子的动态变形提供了理论依据,也为该特殊结构的空心薄壁转子的设计和优化提供了重要依据。     

基于H方程的超导磁悬浮系统悬浮特性分析

高精度的重力测量在地震监测、资源勘探、惯性导航等领域均有着十分重要的意义,将超导磁悬浮系统应用于重力测量可以极大提高重力测量的精度,减少漂移率。当前对超导重力仪内磁悬浮系统的仿真主要采用A方程静磁场法,仿真得到的数据与实验结果相差较大,为了提高仿真精度和效率,采用H方程在COMSOL中建立了新的仿真模型,仿真得到的数据与实验结果偏差较小,验证了该方法可以提高超导磁悬浮系统的仿真精度和效率。仿真得到了超导重力仪内磁悬浮系统的磁场分布,屏蔽电流分布,受力,穿透深度等特征,分析了超导球在磁场中受到的悬浮力与悬浮高度、悬浮线圈电流大小、通入速率的关系,计算得到了超导磁悬浮系统的磁力梯度。     

应用于重力测量的超导磁悬浮系统电磁特性分析

高精度重力测量是资源勘测、地球科学研究等领域研究的基础。与常规的机械式重力仪相比,超导重力仪具有极低的噪声和漂移率,并且测量精度高、工作寿命长、工作稳定性好,超导磁悬浮系统是它的核心部件。论文研究了超导重力仪磁悬浮系统结构,并对其原理及可行性进行了阐述。利用Ansoft及Opera软件对系统进行建模仿真分析,完成结构位置的优化选择。分析了系统正常运行时悬浮力、磁力梯度、电流值、间隙磁场分布等参量特征,并研究了超导球质量变化对系统测量灵敏度的间接影响。仿真结果表明,对于15g超导球磁悬浮系统,重力分辨率可以达到1nGal,且间隙磁场最大值小于超导材料临界磁场值。     

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。     

离心式冷压机系统超导磁悬浮轴承优化设计

离心式冷压机是大型低温超流氦制冷系统的核心部件,其低温、负压环境以及高速条件使得轴承工作寿命受到挑战。高温超导磁悬浮轴承具有载重大、抗干扰性强、无需主动控制等优点,因此应用潜力巨大。针对磁悬浮力与转子动力学性能的综合考虑,提出了一种优化设计方法和悬浮载重比优化指标,基于ANSYS磁场有限元软件,设计并优化完成一款小型高速超导磁悬浮轴承,悬浮刚度达到5.21×10~5N/m。相关结果表明,通过合理优化,超导磁悬浮轴承具备足够的悬浮刚度,可以满足相关应用需求。     

超导磁悬浮演示实验

磁悬浮是一个演示超导态物质迈斯纳(Meissner)效应的非常有趣的实验。近年来,YBaCuO、BiSrCaCuO和T1BaCaCuO高温氧化物超导材料的相继试制成功,为磁悬浮演示实验提供了极大方便。我们最近研制成功的磁悬浮演示实验装置,由于结构简单,使用方便,价廉耐用,将使只能在实验室内进行演示的磁悬浮实验推广到直接在课堂上进行演示实验。凡是有液氮供应的     

超导技术在飞轮储能系统中的应用及前景

阐述了飞轮储能装置原理和超导磁悬浮理论,并设计了超导飞轮储能系统的基本结构。采用超导磁悬浮轴承技术可以解决普通的飞轮储能系统由于有机械轴承摩擦产生的能量损耗,克服普通飞轮储能的低效、储能时间短等问题。最后简要介绍了超导飞轮储能技术的发展前景。     

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.     

基于超导块材磁刚度特性的永磁轨道优化设计

目前高温超导磁悬浮实验车使用的是单极永磁轨道(PMG).为了提高磁悬浮车的运行稳定性,人们做出了大量的研究.磁悬浮刚度是设计优化高温超导磁悬浮车的一项很重要的参数.文中研究了七块YBCO块材阵列在两种结构不同的永磁轨道上方的竖直方向刚度和横向力刚度的特性.通过比较测试结果,得出七块YBCO阵列与双极型永磁轨道组成的磁悬...     

一种超导重力仪磁悬浮力的等效计算

为实现超导重力仪磁悬浮力的精确计算,以GWR型超导重力仪为模型基础,采用有限元的思想,将超导球表面电流理想化为多个等高共轴电流环,计算出各个电流环与超导线圈的作用力,求和得到线圈与超导球间的磁悬浮力。利用MATLAB完成计算程序实现,通过改变下线圈电流和上、下线圈电流比,获得满足一定条件的磁悬浮力及其梯度。选取合适的模型参数,计算出线圈对质量为m=4.069 g超导球的磁悬浮力大小为:Ftotal=3.988×10^-2N,磁悬浮力梯度为:-9.699×10^-3N/m,此时悬浮力梯度合适,满足系统稳定性和灵敏度的要求。     

混合型高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真分析计算

磁悬浮力是块状超导体重要的实用参数,研究磁悬浮力具有实际意义;介绍了超导块材的自稳定悬浮原理;研究了永磁体的半径对系统磁悬浮力的影响,以及在永磁体半径与超导体半径不同时永磁体厚度、永磁体与超导块之间的距离及通过线圈的电流对混合磁悬浮系统的磁悬浮力的影响。使用Ansys软件对混合磁悬浮系统模型进行了仿真分析,并总结了系统各个参数与磁悬浮力之间的关系。最后通过实验验证了所得到的结论。     

飞轮储能用磁悬浮轴承研究进展北大核心

磁悬浮轴承已在高速飞轮储能和旋转机械等重要领域得到广泛应用。系统研究了高速飞轮储能用永磁悬浮、电磁悬浮、超导悬浮和混合悬浮轴承的工作原理、结构型式和特点,分析了各种磁悬浮轴承的悬浮力、刚度,并介绍了国内外研究现状以及待解决的关键技术问题,阐述了未来发展趋势。     

外加磁场强度对高温超导磁悬浮力影响的分析

高温超导磁悬浮力的分析计算是超导磁悬浮技术实用化的一个重要课题。介绍了超导磁悬浮的基本原理。分析了外加磁场强度对磁悬浮力的影响,计算了存在外施磁场下的悬浮力,并设计实验测量相应悬浮力的大小。基于ANSYS软件对两种磁悬浮模型仿真分析,研究了不同模型和参数下的磁力线分布。仿真和实验结果对超导磁悬浮技术的应用具有参考价值。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与实验分析

超导磁悬浮飞轮储能装置储能密度大、储能效率高,具有很好的发展前景。阐述了超导磁悬浮飞轮储能装置的基本原理。主要研究了超导块与永磁体之间的间隙、两者的半径和永磁体厚度等尺寸参数对磁悬浮力的影响。运用有限元分析软件ANSYS对磁悬浮的基本模型进行仿真计算,得到模型的磁力线分布,进一步总结各个参数和磁悬浮力之间的关系,并进行实验验证得到的结论。     

基于解析法的超导发电机磁场分析与结构优化

混合型高温超导发电机采用高温超导带材作励磁材料,结构上与传统电机有较大的不同,设计方法也不尽相同.本文基于傅里叶变换将超导发电机的励磁集中绕组等效为沿转子圆周正弦分布的激励源,建立了超导发电机磁场分析模型.对电机气隙磁场分布进行了求解,并分析了不同绕组张角时气隙磁密波形中的谐波含量.通过参数化分析,研究了不同环境屏、转子的尺寸对电机功率密度的影响.采用有限元法对磁场求解结果进行了验证,结果一致性较好.研究结果表明,励磁绕组张角会对电机气隙磁密波形产生影响,合理设置超导发电机环境屏及转子结构,可以提高超导发动机的功率密度.     

2kWh/100kW超导飞轮转子动态悬浮耦合特性研究

轴承是支承轴颈和轴上回转零件旋转的关键部件,也是高速电机设备的核心组成部分,高温超导磁悬浮轴承特有的自稳定性,克服了机械轴承磨损发热等问题,也无需主动控制,具有载重比大、抗干扰、无噪音等优点,可实现转子高载重比下的超高速运行,非常适合飞轮储能器应用。本文设计了一款用于2 kWh/100 kW超导飞轮储能器的高速转子。通过飞轮转子与超导轴承的耦合计算,实现了较高的径向刚度,并优化了永磁辅助轴承结构,分析了转子的振动模态,得到了转子的特征频率,可使飞轮能稳定运行在15 000 r/min以上的转速。