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。     

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。     

提高YBCO块材在外磁场中悬浮力

本给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法．第一种方法是增强外磁场，对于此方法，本研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力．测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N，在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103．ON．第二种方法是提高YBCO块材自身的性能，包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸，对于此方法，本仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响．三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBC0块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量，77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103．ON、134．5N、175．ON．第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体，此种情况下，直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218．3N．     

YBaCuO超导块的厚度和形状对其悬浮力的影响

研究了尺寸分别为Φ30mm× 13.7mm和Φ2 9.5mm× 10 .8mm两块熔融织构单畴YBaCuO高温超导体块材的厚度和形状对它所受到的悬浮力的影响 .利用“高温超导磁悬浮测试系统”逐次测试了YBaCuO在不同厚度和不同形状时所受到的悬浮力 ,然后测量了样品在悬浮力测试过程中的俘获磁通 ,并对实验结果进行了分析 .     

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.     

预载条件下Y-Ba-Cu-O块材的悬浮力弛豫特性

文中以实验技术为手段,研究了不同工况下预载抑制悬浮力弛豫衰减的作用规律.实验以Halbach永磁轨道和三籽晶方形Y -Ba-Cu-O块材组成的系统为主要研究对象,通过改变块材的场冷方式、工作高度、预载高度等,研究这些因素对块材悬浮力弛豫的影响规律.选取30mm场冷高度、15mm工作高度,改变永磁轨道和块材,研究了轨道磁...     

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.     

NdFeB永磁体下YBaCuO块材在交流磁扰动中的悬浮力磁滞特性

研究了交流磁扰动对高温超导块材和永磁体之间悬浮力的影响。实验分析了在零场冷(ZFC)条件下,不同频率的交流磁场扰动下的悬浮力曲线;另外还研究了交流磁扰动在永磁体下降和上升过程中对悬浮力的影响,发现上升过程中悬浮力受交流磁场影响较大,而在下降过程中影响则较为不明显,同时随着交流磁场幅值的增大,悬浮力的滞回曲线逐渐加宽。说明交流磁场导致了超导块磁滞损耗的增加,对超导磁浮特性的研究具有理论意义。     

低温容器中超导块材悬浮与导向性能研究

本文主要研究超导磁悬浮系统中超导块材与永磁导轨之间的相互作用力,通过浸于低温容器中的超导块材与三磁峰轨道之间不同排布方式的实验,测试不同悬浮间距的悬浮力,以及在一定场冷距离下超导块材在三磁峰轨道上方不同水平位移段的导向力。结果表明,悬浮间隙越大,超导块材中心与三磁峰轨道中心水平偏移越小,悬浮力越大;在一定悬浮间距下,超导块材与三磁峰轨道之间水平位移越大,导向力越大。     

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.     

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。     

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GdBCO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.     

高温超导块材磁通汇聚效应的数值模拟研究

高温超导块材在零场冷条件下感应产生的涡流可以有效地屏蔽外加磁场,从而改变空间磁场分布.通过合理的设计,该效应可以被用来约束、聚集磁通,从而增大局域磁通密度,对于需要高磁通密度和磁场梯度的应用具有重要意义.本论文利用基于H方程的二维有限元数值模拟,结合GdBa₂Cu₃O_7-δ材料实测的Jc(B,T)关系,研究了GdBa₂Cu₃O_7-δ超导块材的磁通汇聚效果,分析了超导块材的空间位置、工作温度及不同外加磁场对其磁通密度放大效果的影响.结果显示在30 K的温度下,外加11 T的外加磁场时,可以在间距为2 mm的两块超导块体间隙获得17.2 T的磁场,磁场放大效率达到56%.     

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.     

Effects of Magnet Size and Geometry on Magnetic Levitation Force

We obtain analytical relations for the levitation force as a function of dimensions of the superconductor-magnet system. The force has been calculated on the basis of the dipole-dipole interaction model. The effect of thickness of the superconductor on the levitation force is investigated. The results show that the influence of geometry and thickness of the magnet becomes significantly large at small levitation distances. Furthermore, approximating the permanent magnet as a point dipole results in an inaccurate estimation of the levitation force.     

Measurement of the impedance of very thin superconducting YBaCuO films at 10 GHz with a cavity perturbation method between 4 and 300 K

We have measured the complex film impedance 1/σd (σ conductivity, d film thickness) of three YBaCuO thin films with d = 44, 115, and 168 nm on MgO substrates at 10.2 GHz in the temperature range between 300 and 4 K. Below T_c, the experimental results are discussed in terms of the two-fluid model and the BCS theory. The residual resistance decreases with the film thickness. The thinnest film has a residual surface resistance of 3 · 10^?4 Ω. For this film, the complex microwave conductivity is calculated and compared with the models. Apart from the residual resistance, the measured conductivity is in agreement with the peak caused by the energy gap of the BCS theory. All measurements were performed with a cavity perturbation method which we have to our knowledge applied for the first time to superconducting thin films. The method allows to determine the complex impedance of films with arbitrary thickness. In particular, films with thicknesses small compared to the skin depth δ or the London penetration depth λ can be measured. Therefore, we are able to measure the impedance both in the normal and superconducting state.     

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。     

Anomalous Transport Characteristics of High Temperature Superconductors and Josephson Currents

The transport characteristics of high temperature superconductor current and Josephson current is inves-tigated in the framework of the modified time-dependent Ginzburg-Landau model and the Lawrence-Doniach model.We evaluated the vortex equation and found that the signs of the high temperature superconductor current and theJosephson current can reverse. Some explicit expressions for different cases are derived, which accord with experimentaldata.