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...     

真空管道HTS侧浮系统对直线电机推力的影响

为提高真空管道高温超导(HTS)磁悬浮列车系统的自由悬浮运行速度,提出了侧浮式高温超导磁悬浮系统.通过实验对该系统环线运行下的动态过程进行了研究,结果表明,磁浮车在环线运行中,因离心力和重力作用产生横向位移和垂直位移,通过实验和仿真研究了该动态过程对直线电机驱动性能的影响,结果表明,随着垂直位移和横向位移的减小,直线电机起动推力逐渐增大;当垂直位移为5 mm,横向位移小于10 mm时,磁浮车偏离电机中心引起的驱动力变化影响不大.使列车保持较高的驱动稳定性,为侧浮式真空管道高温超导磁浮车初始悬浮位置设计提供参考.     

一种新式单倾角高温超导磁悬浮车永磁道岔设计

高温超导(HTS)磁悬浮列车是下一代新型磁悬浮交通工具的备选方案之一。非接触轮轨系统使得轨道道岔面临诸多问题。给出了一种单倾角永磁体结构的新型机械永磁道岔结构。在使用单倾角永磁体装配永磁道岔时,两相邻永磁体之间的楔形缝隙用于调整永磁轨道在水平面上的曲率,以适应磁悬浮车变道目的。成功推导出了单倾角永磁体的几何尺寸、倾角大小和永磁道岔最小转弯半径之间的关系数学表达式并通过仿真计算进行了初步验证。计算结果表明,当永磁道岔换轨时,这种微小的差别不足于影响高温超导磁悬浮车的运行稳定性。     

高温超导高速磁浮交通系统悬浮导向与牵引方案研究

本文提出了一种全高温超导高速磁悬浮交通技术模式, 该技术模式采用高温超导钉扎悬浮导向和高温超导直线电机牵引, 具有高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向三大特征. 根据5 编组时速500 公里磁悬浮列车的运行要求和工况, 本文对高温超导钉扎悬浮导向系统和高温超导直线牵引系统进行了方案设计, 并通过有限元仿真对所提方案进行了可行性分析和验证. 结果证明了全高温超导磁悬浮系统的高速运行、 静态悬浮和动态自稳定悬浮导向技术优势和设计方案的可行性.     

适用于真空管道交通的高温超导磁悬浮车低温液氮容器

真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用,将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福祉。将使今天面临的交通困境从根本上得以解决,也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。磁悬浮车是真空管道交通系统的运行主体,在各种不同模式的磁悬浮车中,高温超导磁悬浮车非常适合于真空管道交通。然而,由于真空管道中是低压环境,用于常压环境的高温超导磁悬浮车低温液氮容器不适合直接用于真空管道交通系统。提出在真空管道交通中,采用带压力阀的高温超导磁悬浮车低温液氮容器。这是一种压力容器,器壁要承受压差,当前常用的矩形高温超导磁悬浮车低温液氮容器则不适合,进一步提出能承受较高压力的圆柱形低温液氮容器的设计构想。还对真空管道交通中真空环境对提高液氮容器保温效果的意义进行了讨论。     

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。     

非金属低温杜瓦装置的研制

报道了一种非金属杜瓦装置的研制,以满足高温超导磁悬浮车系统对液氮低温容器的要求。这种长方体低温容器采用无磁非金属材料制备,从而可以避免由涡流导致的阻力和热损耗,以及由磁性导致的吸引力等不利于高温超导磁悬浮车系统的影响。容器的液氮损耗率为0.55L/h。综合性能测试表明,该非金属杜瓦可以作为高温超导磁浮车低温容器的理想选择之一。     

时变外磁场中高温超导块材导向力性能的数值模拟

基于Bean临界态模型,针对目前的高温超导磁悬浮车系统,提出了一种模拟计算方法,该方法可计算在时变外磁场中块材导向力的衰减变化情况。通过对时变外磁场中块材温度、俘获磁通以及导向力等参数变化情况的实验结果和计算结果的对比,证实了该模拟计算方法的有效性。该模拟计算方法可用于定性研究高温超导块材的导向力性能在时变外磁场作用下的变化情况,为高温超导磁悬浮车的研究和工程实践提供了较为重要的科学依据。     

航天发射超导磁浮平台设计的初步实验研究

鉴于未来航天发射安全、可靠、低成本的要求,国外先后提出了不同磁悬浮系统助推发射运载器的概念及方案.我们基于初步拟定的高温超导磁悬浮发射系统方案,展开了相应的研究和探索.本文从磁浮系统悬浮力和稳定性综合考虑出发,建立配套高温超导实验测试系统,研究和比较了NdFeB永磁轨道构型和高温超导块材组合对磁浮系统性能的影响,并进行了定性的分析,其结果对小型缩比磁悬浮发射试验平台的构造具有极其重要的现实意义.     

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。     

永磁导轨磁场的三维有限元计算及纵向磁场不均匀性分析

在高温超导磁悬浮车永磁轨道中,由于轨道的连接处存在缝隙,将影响永磁轨道纵向磁场的分布。文中用CEDRAT公司的Flux3D电磁计算软件,建立了高温超导磁悬浮车导轨磁场的三维计算模型。该模型的计算结果与实验结果一致性较好。用该模型计算并分析了分段导轨连接处无缝隙和具有1mm、2mm和5mm缝隙时的导轨磁场;并分析了纵向磁场的不连续性。     

基于ANSYS的高温超导混合磁轴承悬浮力分析

基于商用电磁场有限元软件ANSYS以及Bean临界态模型,对由圆柱形高温超导块材、永磁体和超导线圈组成的新型高温超导混合磁轴承的电磁场分布及悬浮力进行了仿真分析,研究了超导线圈对高温超导混合磁轴承悬浮力的影响,同时还通过实验测试了悬浮力。结果表明:仿真与实验具有较好的一致性,使用软件仿真方便可行,其结果较为准确可靠,可为高温超导混合磁轴承的设计和优化提供理论依据。     

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.     

The attenuation of the levitation force of HTS bulk exposed to AC magnetic field on the above NdFeB guideway

In the present High Temperature Superconducting (HTS) maglev vehicle system, the air gaps between the adjacent permanent magnets make the magnetic fields above the NdFeB guideway non-uniform. So it is required to study the characteristics of levitation force of the HTS bulk affected by the non-uniform applied magnetic fields along the moving direction. In this paper, we have studied the characteristics of the levitation force relaxation by an experiment in which AC magnetic field generated by an electromagnet is used to simulate the time-varying magnetic field caused by the inhomogeneity of the NdFeB guideway. From the experiment results, it is found that the levitation force is attenuated with the application of the AC field, and the attenuation is increased with the amplitude of the AC field, but the attenuation is almost independent of the frequency the AC magnetic field.     

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.     

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     

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.