辅助永磁体磁化方式对单畴GdBCO超导块材捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对方形永磁体和方形辅助永磁体在液氮温度下对GdBCO超导体磁化后超导磁悬浮力的测量, 研究了两种组态中方形辅助永磁体对超导体的磁化方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 结果发现, 方形辅助永磁体的下表面和超导体上表面保持在同一个水平面上, 磁化进程中方形辅助永磁体在GdBCO超导体上表面水平面内沿直径方向的位置x从–15 mm增加到+15 mm时, 超导磁悬浮力大小与超导体的磁化方式有着密切关系(以Z=0.1 mm为例): 1) 当方形辅助永磁体N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从16.7 N增大到23.1 N, 再减小到16.6 N; 2) 当方形辅助永磁体N极垂直向下且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从17.7 N减小到7 N, 再增加到17.6 N; 3) 两种组态中最大磁悬浮力不相等, 而且与零场冷下的最大磁悬浮力(17.1 N)也不同. 这些结果说明: 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义. 关键词： 单畴GdBCO 永磁体 捕获磁场 磁悬浮力     

永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和永磁体之间的磁悬浮力研究

通过对永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和圆柱形永磁体在液氮温度、零场冷、轴对称情况下磁悬浮力的测量,研究了两种不同组态下辅助永磁体对超导体磁悬浮力特性的影响.实验结果表明,当长方体辅助永磁体水平磁化、且磁极N指向超导体时,超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体的29.8 N增加到61.5 N,增加为没有引入辅助永磁体时的206%.当长方体辅助永磁体的N极与圆柱形永磁体的N极反平行时,超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体的29.8 N减小到19.6 N,减小为无辅助永磁体时的65.8%.这些研究结果说明,通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式,能有效地提高超导体的磁悬浮力.该研究结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义. 关键词： 单畴GdBCO 永磁体 磁悬浮力     

辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和方形永磁体在液氮温度、 零场冷、 轴对称情况下磁悬浮力的测量, 研究了三种不同组态中辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 实验结果表明, 如果处在超导体上方的测量用方形永磁体N极向下, 则在轴对称情况下, 当方形辅助永磁体N极向上与超导体下表面贴在一起时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到31.8 N, 提高到222%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N增加到21.6 N, 增加到151%; 当方形辅助永磁体放置在超导体上表面、 N极垂直向下且场冷后去掉方形辅助永磁体时, 超导体的最大磁悬浮力从没有引入辅助永磁体磁化的14.3 N减小到8.6 N, 减小为无辅助永磁体时的60%.这些结果说明, 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义.     

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。     

空心圆柱形永磁体内径对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

通过对空心圆柱形永磁体与单畴GdBCO超导体磁悬浮力的实验测量,研究了空心圆柱形永磁体内径(d)的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当空心圆柱形永磁体内径从0 mm增加到26 mm时,超导磁悬浮力大小与空心圆柱形永磁体内径有着密切关系(最小测量间距Z=2 mm),所有超导磁悬浮力曲线都存在磁滞现象.随着空心圆柱形永磁体内径的增大,最小间距处超导磁悬浮力逐渐减小,从d=0 mm时的14.8 N减小为d=26 mm时的-0.1 N,d≥20 mm时,最小间距处超导磁悬浮力出现负值;当0 mm≤d5 mm时,超导体最大磁悬浮力出现在最小间距处,d≥5 mm时,超导磁悬浮力先增大后减小,最大超导磁悬浮力产生的位置随着内径的增大而变大.研究表明:只有科学合理地设计永磁体结构参数,才能获得较大的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性.该结果对设计并优化磁悬浮轴承系统、环形轨道和超导体的实际应用具有一定的指导意义.     

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。     

单块磁悬浮系统磁体和超导体的厚度优化

研究了磁铁厚度和YBCO超导体厚度对悬浮力的大小及系统动态特性的影响,通过分析得出磁悬浮系统中磁体和超导体厚度的最优值。通过悬浮力测试系统测得超导块尺寸为φ30mm×18mm时四块不同厚度的磁体的悬浮力以及磁体尺寸为φ30mm×10mm时六块不同厚度的YBCO超导体的悬浮力的大小;并在振动实验台上测试了上述情况下的振动特性。对动态曲线进行频谱分析,最终得出最优组合,从而对磁悬浮系统的磁体和超导体厚度进行了优化。     

BaCuO_(2-δ)添加对单畴GdBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法,研究了BaCuO2-δ添加对单畴GdBCO超导块材性能的影响.实验结果表明,当制备GdBCO超导块材所用粉体的摩尔比为Gd123:Gd211:Gd011=1:0.4:x(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4)时,均可制备出单畴GdBCO超导块材.对该系列超导块材磁悬浮力测试的结果表明,BaCuO2-δ的含量对GdBCO超导体的磁悬浮力有明显影响,当BaCuO2-δ的含量x=0.2mol%时样品的磁悬浮力最大,并结合其显微组织分析了BaC-uO2-δ对单畴GdBaCuO磁悬浮力影响的原因.     

磁体与非磁性运动导体相互作用之讨论

通过分析磁体与非磁性运动导体间的相互作用,发现了一种由非磁性运动导体驱动永磁体转动的非接触驱动方式.从分子环流模型出发,利用毕奥-萨伐尔定律,给出了所用矩形永磁体的磁场分布解析表达式,对运动导体处于永磁体下方5 mm处时永磁体的受力做了定量计算.对相互作用中的磁悬浮效应做了新的解释,澄清了PASCO公司对"磁悬浮实验装置"中由电磁感应产生的物理现象在原理解释上的模糊之处.     

超导倒挂模型的引力特性研究

通过不同条件下的悬浮力测量实验,研究冷却条件、场冷距离、轴距对单磁体式超导倒挂模型的引力特性的影响,在确定悬浮力的有限元仿真方法可行的基础上,仿真得到组合磁体式超导倒挂模型中不同磁极组合形式下的超导引力特性。实验和仿真结果表明:场冷的退磁过程能够获得较宽的超导引力区域,且场冷距离越小,轴距越小,组合磁体的磁极数越少,引力极大值越大。     

Gd2Ba4CuWOx掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构方法(TSMTG)制备出了具有不同纳米Gd2Ba4CuWOx(GdW2411)掺杂量的系列单畴GdBCO超导块材,并研究了GdW2411的掺杂量对其微观形貌以及磁悬浮力大小的影响.研究结果表明,通过添加GdW2411粒子,可以成功的在单畴GdBCO超导块材中引入纳米GdW2411磁通钉扎中心,其粒径约在50～200nm之间;随着GdW2411掺杂比例的增加,纳米粒子的密度逐渐变大,粒度也有所变大;GdBCO超导块材磁悬浮力的大小与GdW2411掺杂量密切相关,只有当GdW2411的掺杂比例达到最佳值时,样品的磁悬浮力才达到最大.这些结果对进一步提高GdBCO超导块材性能具有重要的指导意义.     

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     

BaO掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响(二)

为了有效地抑制Gd BCO超导块材在生长过程中出现的Gd/Ba替换现象,在前期工作的基础上,本文采用顶部籽晶熔渗生长工艺,通过在固相先驱粉中添加不同含量的Ba O粒子成功地制备出了一系列高性能的单畴Gd BCO超导块材,并且对样品的微观形貌以及临界电流密度进行了研究和分析.结果表明,随着BaO掺杂量的增加,样品中的Gd_(1+x)Ba_(2-x)Cu_3O_(7-δ)固溶体(Gd123ss)相呈现出减少的趋势,并生成了纳米量级的Gd123ss,这对GdBCO超导样品中存在的Gd/Ba替换起到了很好的抑制作用,使得样品中的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)(Gd123)超导相有所增加;同时当样品中BaO的添加量在2 wt%—4 wt%之间时,样品的临界电流密度在一定程度上得到了有效提高.     

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.