小型高速超导磁浮轴承优化设计北大核心

轴承是高速机电设备的核心部件。高温超导磁浮轴承具有载重大、刚度高、抗干扰能力强、无需主动控制等诸多优点,可以实现重载高速运行,因此在高速机电设备中具有巨大应用潜力。文中针对中小型飞轮储能器、离心机、脉冲电机等设备实际工程需求,设计并优化完成了一款小型高速超导磁浮轴承。通过三维仿真程序,对磁浮轴承中超导块材和永磁阵列的组合方式和电磁力进行了计算,并对不同气隙下的轴承性能进行了对比。相较于传统二维仿真计算,三维仿真结果考虑了超导块材的空间位置分布,更贴近实际应用,可以作为工程设计的直接参考。相关设计表明,通过合理优化,小型超导磁浮轴承具备足够悬浮力和导向力刚度,可以满足相关系统的工程应用需求。     

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.     

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。     

超导磁悬浮力的理论研究与实验分析

本文通过理论研究和实验分析了超导磁悬浮力的变化规律.首先,基于超导体局部模型,从理论上建立了永磁-超导系统磁悬浮力的计算方法,得到的悬浮力为实用高温超导体的最大磁悬浮力,为判断超导块材的性能提供理论依据.利用该方法全面分析了系统参数对磁悬浮力的影响,结果与实验结果吻合,为超导磁悬浮系统的优化设计提供重要的理论指导.其次,采用基于超导体临界态Bean模型的有限元法仿真分析了超导块材磁悬浮力变化的规律.最后,在西北有色金属研究院的超导磁悬浮力测试台上对超导块材在不同场冷条件下的磁悬浮力变化进行了测试,对仿真结果进行了验证,并得到不同冷却方式、不同的场冷高度对超导磁悬浮力的影响.这些结论为超导块材的实际应用提供了重要的理论依据.     

无源高温超导磁浮轴承两种方案比较

无源磁浮轴承的优点是结构简单、造价低廉、无需有源控制。文中探讨了两种无源磁浮轴承的方案 ;对两种方案的悬浮力、悬浮品质因数、悬浮刚度与悬浮稳定性进行了讨论、计算、比较 ;并且讨论了两种方案的优缺点及应用。比较结果表明 ,方案 1更适合于小型的飞轮储能系统 ,方案 2较适合于大中型飞轮储能系统。     

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.     

永磁磁浮轴承的设计及其计算

介绍了永磁磁浮轴承结构图及其工作原理。采用等效表面电流法和 Ansoft三维有限元电磁场计算软件计算比较了永磁磁浮轴承的悬浮力。永磁磁浮轴承的损耗主要包括磁阻力矩损耗和涡流损耗。文章推导了频域涡流场和涡流电流密度公式 ,计算了磁阻力矩损耗功率和涡流损耗功率。在无轴承电机、高速离心机、飞轮储能、航空陀螺仪等高速旋转系统中具有广泛的应用前景。     

场冷条件下超导块材的吸引力与排斥力

基于K im临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,其计算了不同场冷条件下高温超导悬浮系统的悬浮力。其计算结果与实验结果吻合很好。结果显示:超导块材的最大吸引力随场冷高度的升高呈指数关系减小;达到最大吸引力的悬浮高度随场冷高度的增加近似呈线性关系增长。最大排斥力随场冷高度的变化曲线存在临界值:当场冷高度小于临界值时,最大排斥力呈线性关系增加;反之,最大排斥力呈指数关系增长。悬浮力与场冷高度的这些变化规律可以用超导块材内部屏蔽电流的穿透情况进行很好地解释,为超导块材的实际工业应用提供了重要的理论依据。     

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。     

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