基于H方程的超导磁悬浮系统悬浮特性分析

高精度的重力测量在地震监测、资源勘探、惯性导航等领域均有着十分重要的意义,将超导磁悬浮系统应用于重力测量可以极大提高重力测量的精度,减少漂移率。当前对超导重力仪内磁悬浮系统的仿真主要采用A方程静磁场法,仿真得到的数据与实验结果相差较大,为了提高仿真精度和效率,采用H方程在COMSOL中建立了新的仿真模型,仿真得到的数据与实验结果偏差较小,验证了该方法可以提高超导磁悬浮系统的仿真精度和效率。仿真得到了超导重力仪内磁悬浮系统的磁场分布,屏蔽电流分布,受力,穿透深度等特征,分析了超导球在磁场中受到的悬浮力与悬浮高度、悬浮线圈电流大小、通入速率的关系,计算得到了超导磁悬浮系统的磁力梯度。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与实验分析

超导磁悬浮飞轮储能装置储能密度大、储能效率高,具有很好的发展前景。阐述了超导磁悬浮飞轮储能装置的基本原理。主要研究了超导块与永磁体之间的间隙、两者的半径和永磁体厚度等尺寸参数对磁悬浮力的影响。运用有限元分析软件ANSYS对磁悬浮的基本模型进行仿真计算,得到模型的磁力线分布,进一步总结各个参数和磁悬浮力之间的关系,并进行实验验证得到的结论。     

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。     

系统参数对最大超导磁悬浮力的影响研究

基于Bean临界态模型和Ampere环路定律,通过分析超导体内部屏蔽电流穿透廓线的变化情况,讨论了高温超导悬浮系统几何与物理参数对最大超导磁悬浮力的影响,为系统的优化设计提供重要的理论依据。     

超导重力仪用液氦恒温器研制

介绍了一套超导重力仪用液氦恒温器,包括技术指标要求、总体结构、关键技术、试验步骤及结果.恒温器液氦消耗量为0.8L/h,真空腔体内部温度稳定度为±5mK,低温下真空腔体真空度优于5×10-4pa,各参数均优于技术指标要求,完全满足超导重力仪工作环境要求.表明该设计方案是合理的,试验流程是正确的.     

高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析

高温超导磁悬浮轴承已经被广泛应用到飞轮储能系统之中,它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。本论文基于有限元法(FEM)和临界态模型,对高温超导推力轴承的悬浮力和刚度等参数进行模拟仿真,并且在SCML-02测试装置上进行测试,计算结果与测试结果得到很好的吻合。并且进一步对环形永磁体推力轴承进行计算模拟,为进一步的轴承结构参数优化做好基础。     

超导转子磁悬浮结构磁耦合特性及承载能力分析

高速旋转的超导转子可用作高精度角速度传感器,其转子结构的质量偏心和球面误差是限制其精度提升的关键因素,转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.基于此介绍了一种转子结构简单的超导转子磁悬浮结构,并通过有限元方法对其磁悬浮结构的磁耦合特性进行研究,分析其对超导转子磁支承力的影响.然后基于磁路原理对磁支承结构的磁路建模,提出了一种对超导转子磁支承结构承载能力分析的方法,并设计出一种优化超导转子磁支承结构承载能力的方案.研究结果为超导转子磁悬浮系统的结构设计和优化,及其承载能力的分析和优化提供参考.     

超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

在超导磁悬浮支承系统中, 如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体, 并且是表现出完全的迈斯纳态, 那么由于球体的对称性, 就不会产生干扰力矩. 但实际的情况并非如此, 一般情况下, 超导球形转子总是存在加工制造误差, 且在高速旋转时总是存在离心变形, 因此转子的表面并不是理想的球面, 当超导转子悬浮在磁场中时, 沿转子表面法线方向的磁悬浮力, 不是完全通过转子质心, 将会产生磁支承干扰力矩, 从而引起转子的漂移误差. 本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发, 对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析, 包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩, 并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式, 代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小, 为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考, 对于转子的结构优化设计具有指导意义.     

应用于重力测量的超导磁悬浮系统电磁特性分析

高精度重力测量是资源勘测、地球科学研究等领域研究的基础。与常规的机械式重力仪相比,超导重力仪具有极低的噪声和漂移率,并且测量精度高、工作寿命长、工作稳定性好,超导磁悬浮系统是它的核心部件。论文研究了超导重力仪磁悬浮系统结构,并对其原理及可行性进行了阐述。利用Ansoft及Opera软件对系统进行建模仿真分析,完成结构位置的优化选择。分析了系统正常运行时悬浮力、磁力梯度、电流值、间隙磁场分布等参量特征,并研究了超导球质量变化对系统测量灵敏度的间接影响。仿真结果表明,对于15g超导球磁悬浮系统,重力分辨率可以达到1nGal,且间隙磁场最大值小于超导材料临界磁场值。     

超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。     

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。     

Evaluation of magnetic force distribution on a pair of superconducting bulk magnets

We study the construction of superconducting permanent magnets by RE123 bulk materials and the investigation of these industrial applications such as a magnetic separation. A bulk magnet can generate strong magnetic fields exceeding 2 T, which is the limit of ordinary iron-cored electromagnets, in a compact device with a low running cost. A magnetic field distribution of the bulk magnet is a cone shape, and it contributes to an increase of magnetic force which is proportional to the product of a magnetic field and its gradient. It is important to evaluate magnetic force when the application of the bulk magnet is discussed. In this paper, two Gd123 bulk materials of 65 mm in diameter were magnetized using a pair of superconducting bulk magnet system and three-axis components of magnetic flux density (B_x,⋅B_y, and B_z) in an open space between the magnetic poles were scanned with pitch of 2 mm in each direction. From these measured data, the axial and radial components of magnetic force factor, B_z⋅dB_z/dz and B_r⋅dB_r/dr, were calculated. At 10 mm gap, the B_z⋅dB_z/dz value reached 180.6 T²/m for a field of 2.33 T, which is comparable to B_z = 6.76 T for a common 10 T–100 mm∅ superconducting magnet.     

永磁体结构对高温超导推力轴承静态特性的影响

基于商用电磁场有限元软件以及M e issner效应假设,提出了对由块状高温超导体和永磁体组成的高温超导推力轴承静态特性进行分析的方法,分析了永磁体的结构对高温超导推力轴承悬浮力的影响。结果发现:永磁体的结构及磁极排列方式对高温超导推力轴承悬浮力的影响很大,适当地选择永磁体的结构和磁极排列方式可以显著地提高高温超导推力轴承的悬浮力。     

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在有梯度的静磁场中,对由软磁材料制作的磁屏蔽罩所受的静磁力的量级进行了评估.使用有限元分析和实验测试的方法研究了纯铁方形屏蔽罩在梯度静磁场中的受力情况,结果表明:把内腔尺寸100mm×100mm×150mm、罩体厚度为20mm的方形屏蔽罩放置在强度约为0.2T、梯度为0.03T?m-1的磁场中,其所受的静磁力约为184N,与其自身重力相当;静磁力随磁场强度的升高而增大;有限元分析与实验测试结果的偏差在0.2T背景磁场下约为21%.因此,在考虑一定余量的情况下,使用有限元计算评估屏蔽罩在静磁场中的受力情况是一种有效和比较可靠的方法.     

磁屏蔽罩在梯度静磁场中的受力研究

在有梯度的静磁场中,对由软磁材料制作的磁屏蔽罩所受的静磁力的量级进行了评估。使用有限元分析和实验测试的方法研究了纯铁方形屏蔽罩在梯度静磁场中的受力情况,结果表明：把内腔尺寸100mm×100mm×150mm、罩体厚度为20mm的方形屏蔽罩放置在强度约为0.2T、梯度为0.03T?m?1的磁场中,其所受的静磁力约为184N,与其自身重力相当;静磁力随磁场强度的升高而增大;有限元分析与实验测试结果的偏差在0.2T背景磁场下约为21%。因此,在考虑一定余量的情况下,使用有限元计算评估屏蔽罩在静磁场中的受力情况是一种有效和比较可靠的方法。     

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ITER超导磁体系统的超导电流传输线导体是由NbTi/Cu管内电缆超导体、辅助绝缘层和接地金属屏蔽层组成的层状复合材料结构。分别采用基于传统的复合材料理论和基于均匀化理论与复合材料损伤理论相结合的方法对超导传输线导体的等效模量进行了理论预测。这些结果为分析和计算超导电流传输线的应力和变形以及热性能提供了必要的参数。     

一种基于迈斯纳效应的超导电机的驱动力的计算

超导体的迈斯纳效应是超导体的特有的性质之一,超导驱动的电机正是利用超导体的这个性质而设计的一种新型电机,由于驱动原理与传统的电机有很大的不同,这种电机的驱动力的计算一直是这种超导电机设计中要解决的主要问题,针对一种结构的电机,利用理论分析和数值计算的方法计算了一种基于超导体迈斯纳效应的超导电机驱动力的大小,为这种电机的设计提供了主要依据。