永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。     

NdFeB永磁导轨上YBaCuO块材悬浮力与磁场和磁场梯度关系的研究

本文研究熔融织构法YBaCuO块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力与悬浮间距、外磁场及磁场梯度间的关系。永磁导轨的表面磁感应强度高达1．2T。实验结果表明悬浮力随悬浮间距的减小呈指数增长，而与导轨中心的磁场及磁场梯度基本成线性关系，因为测量磁场比测量磁场梯度更容易，所以该实验结果为熔融织构法YBaCuO块材与NdFeB永磁导轨间的悬浮力估算提供了一种可能的新方法，同时对永磁导轨的设计具有指导意义。     

高温超导磁浮系统中磁场波动对悬浮力的影响

本文通过人工改变永磁轨道表面磁场强度,研究高温超导块材在相对永磁轨道不同运动速度情况下,磁轨表面磁场强度变化对悬浮力动态过程的影响.实验表明,在较低的相对运动速度下,悬浮力的大小随磁场强度的变化而同步变化;然而随相对运动速度的增加,磁场波动速率dΦ/dt对悬浮力瞬间变化幅值起到主导性的作用.这说明dΦ/dt是衡量动态磁浮性能的重要参数.     

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。     

基于单边强磁场效应的无轨磁悬浮小车

利用永磁磁轮产生的感应磁场与原来的磁场方向相反的排斥力来实现磁悬浮。永磁轮磁体按照海尔贝克阵列排列。利用AnsoftMaxwell 16.0软件对永磁轮磁场进行了模拟,对感应磁场进行仿真分析,进一步制作了无轨磁悬浮小车模型,实现了无磁质轨道悬浮,并且研究了气隙高度、以及电机工作电压与悬浮力的关系。     

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。     

基于PASCO平台的磁悬浮陀螺实验研究

利用PASCO实验平台的磁感应强度测量传感器,测量了方形永磁体轴线处不同高度上的磁感应强度.然后根据磁悬浮陀螺稳定悬浮的条件和方形永磁体磁场分布的解析表达式,提出了确定陀螺稳定悬浮高度范围的一种简化方法.实验测量表明,所采用的简化方法能方便确定陀螺悬浮的高度范围.     

基于永磁恒定磁场激励的起始磁化曲线测量

现有起始磁化曲线测量系统需绕制励磁线圈和感应线圈,在线应用受限.为此,本文提出了一种基于永磁恒定磁场激励的起始磁化曲线测量原理并搭建了相应测量系统.该系统采用永磁磁化器作为激励磁源,以对称磁化方法在圆柱棒状构件上激励出随轴向位置变化的恒定磁场作为激励磁场;采用阵列霍尔探头测量构件表面不同提离下的轴向和法向磁感应强度;并基于多项式外推法和磁场高斯定理外推法,推算构件与空气分界面上的轴向和法向磁感应强度;进一步地,根据分界面上的磁感应强度获取构件的起始磁化曲线.系统测量结果表明,在永磁恒定磁场激励下,无须励磁线圈和感应线圈即可方便地获取棒状构件的起始磁化曲线,测量误差小于10%,测量误差标准差小于0.01,重复性较好.该系统可为便捷地在线测量棒状构件起始磁化曲线提供新途径.     

三种永磁轨道上YBCO的高温超导磁悬浮性能

文中涉及三种不同结构的永磁轨道,实验比较了7块Φ30mm的高温超导块材在三种永磁轨道上方不同场冷高度下的悬浮力的大小,并且通过研究三种永磁轨道的磁场分布情况,比较三种永磁轨道上表面同一高度处的磁场强弱分布,对实验结果进行了分析,讨论了实际运用中如何设计选择适宜的轨道。     

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。     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

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。     

高温超导体在对称和不对称外磁场中的悬浮力计算

在理想无限长直高温超导 -永磁导轨系统中 ,由于导轨磁场分布的不均匀性 ,超导体运动过程中所处外磁场有对称及不对称分布两种情况。原 Prigozhin模型假设超导体各向同性 ,但 YBCO高温超导体存在明显的各向异性。改进Prigozhin模型增加了原模型中的约束条件 ,考虑了这种各向异性。在对称外磁场中改进 Prigozhin模型的计算结果和原Prizhogin模型相同 ,因为原模型在对称外磁场中自然满足超导体各向异性。在不对称外磁场中计算结果和实验结果吻合较好 ,而原模型计算结果和实验结果差别较大。所以改进模型考虑了各向异性 ,适用于对称和不对称外磁场 ,能得到更准确的计算结果。     

Angular Dependence of Lateral and Levitation Forces in Asymmetric Small Magnet/Superconducting Systems

The dipole-dipole interaction model is used to calculate the angular dependence of lateral and levitation forces on a small permanent magnet and a cylindrical superconductor in the Meissner state lying laterally off the symmetric axis of the cylinder. Under the assumption that the lateral displacement of the magnet is small compared with the physical dimensions of the system, we obtain analytical expressions for the lateral and levitation forces as functions of geometrical parameters of the superconductor as well as the height, the lateral displacement and the orientation of magnetic moment of the magnet. The effect of thickness and radius of the superconductor on the levitation force is similar to that for a symmetric magnet/superconducting cylinder system, but within the range of lateral displacement. The splitting in the levitation force increases with the increasing angle of orientation of the magnetic moment of the magnet. For a given lateral displacement of the magnet, the lateral force vanishes when the magnetic moment is perpendicular to the surface of the superconductor and has a maximum value when the moment is parallel to the surface. For a given orientation of the magnetic moment, the lateral force has a linear relationship with the lateral displacement. The stability of the magnet above the superconducting cylinder is discussed in detail.     

烧结Nd-Fe-B永磁合金矫顽力机制的理论与实验研究

从理论和实验上研究了烧结Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ永磁合金的矫顽力随取向磁场的变化规律。指出磁体反磁化过程主要是晶粒边界软磁性区的反磁化成核以及反磁化核长大成畴并向晶粒内部不可逆畴壁位移的过程。比较了成核场与退钉扎场的大小及其随磁场方向的变化，并得出结论：退钉扎场是决定烧结Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁体矫顽力的主要机制。 关键词：     

辅助永磁体厚度对单畴GdBCO超导体捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

研究了两种磁悬浮系统组态中圆台形辅助永磁体厚度对高温超导体捕获磁场和超导磁悬浮力的影响。结果表明,圆台形辅助永磁体的下表面和GdBCO超导体上表面同处在一个水平面上,磁化用圆台形辅助永磁体的厚度H从5 mm增加到45 mm时,超导体捕获磁场和磁悬浮力与圆台形辅助永磁体的厚度直接相关。（1）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向上且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从21.8 N增大到26.5 N,再减小到22.9 N;（2）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向下且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从20.5 N减小到11.9 N ,再增加到20.4 N;（3）两种磁悬浮系统组态中最大磁悬浮力不一致,与零场冷情况下的最大磁悬浮力14.6 N也不同。在超导磁悬浮应用系统设计中,只有科学选择辅助永磁体形状和尺寸,合理设计组合方式,才能获得较强的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性,该结果对促进高温超导体的实际应用具有重要的指导作用。     

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...     

The dynamic behavior of magnetic fluid adsorbed to small permanent magnet in alternating magnetic field

The dynamic behavior of a magnetic fluid adsorbed to a small NdFeB permanent magnet subjected to an alternating magnetic field was studied with a high speed video camera system. The directions of alternating magnetic field are parallel and opposite to that of the permanent magnet. It was found that the surface of magnetic fluid responds to the external alternating magnetic field in elongation and contraction with a lot of spikes. Generation of a capillary magnetic fluid jet was observed in the neighbourhood of a specific frequency of alternating field. The effect of gravitational force on surface phenomena of magnetic fluid adsorbed to the permanent magnet was revealed.     

永磁体外部磁场的不均匀性研究

从永磁体的分子电流观点、退磁场、工艺等出发, 以矩形永磁体为例, 从理论上分析了影响永磁体外部磁场不均匀性的各种因素.研究结果表明, 永磁体外部磁场宏观不均匀性(好场区均匀度和面积相对大小) 和空间距离及永磁体的外形设计密切相关. 退磁场对永磁体外部磁场微观不均匀性有着复杂影响. 永磁体工艺如粉末颗粒、取向度、烧结凝固、机械加工等将影响永磁体外部磁场的不均匀性, 如磁化偏角、对称性、光滑性等. 关键词： 永磁体 外部磁场 不均匀性 退磁场     

Levitation performance of the magnetized bulk high-Tc superconducting magnet with different trapped fields

To a high-T_c superconducting (HTS) maglev system which needs large levitation force density, the magnetized bulk high-T_c superconductor (HTSC) magnet is a good candidate because it can supply additional repulsive or attractive force above a permanent magnet guideway (PMG). Because the induced supercurrent within a magnetized bulk HTSC is the key parameter for the levitation performance, and it is sensitive to the magnetizing process and field, so the magnetized bulk HTSC magnets with different magnetizing processes had various levitation performances, not only the force magnitude, but also its force relaxation characteristics. Furthermore, the distribution and configuration of the induced supercurrent are also important factor to decide the levitation performance, especially the force relaxation characteristics. This article experimentally investigates the influences of different magnetizing processes and trapped fields on the levitation performance of a magnetized bulk HTSC magnet with smaller size than the magnetic inter-pole distance of PMG, and the obtained results are qualitatively analyzed by the Critical State Model. The test results and analyses of this article are useful for the suitable choice and optimal design of magnetized bulk HTSC magnets.