预载对高温超导磁悬浮系统中横向运动引起的悬浮力衰减行为的影响

预载是一种有效抑制高温超导磁悬浮系统中由横向运动引起的悬浮力衰减的方法,但目前研究仅停留在概念验证阶段,尚未对影响预载效果的一些因素进行详细地分析和研究.利用高温超导磁悬浮测试系统,本文通过改变块材的冷却条件(场冷和零场冷)、悬浮高度以及轨道磁场结构、材料性能等实验研究了不同预载高度下YB-CO块材的悬浮力随横向运动次数的变化关系,得到这些因素对预载条件下悬浮力随横向运动变化情况影响的规律.结果表明,预载高度越低,由横向运动引起的悬浮力变化越快地趋于稳定,但悬浮力的稳定值也越小,并且这一现象不随冷却条件、悬浮高度、轨道磁场结构和材料性能等因素的改变而变化.     

零场冷和场冷方式下高温超导块材最大悬浮力关系

文章通过对15块高温超导块材与永磁轨道相互作用的悬浮力测试,比较了零场冷和场冷两种冷却方式下块材的最大悬浮力关系.实验结果显示零场冷时悬浮力大的块材在场冷时悬浮力不一定就大,反之亦然,两者并无直接的对应关系.在实际的场冷应用中,推荐以场冷下的悬浮力数据为参考.     

永磁轨道上方高温超导块材各向异性对悬浮力弛豫特性的影响

采用顶部熔融织构生长法制备的高温超导块材YBCO通常有5个生长区域．通过捕获磁通实验研究,人们发现高温超导块材内部生长区域及边界的捕获磁通能力不同,存在明显的各向异性．面向高温超导磁悬浮应用,本文比较研究了3块不同的高温超导块材YBCO组合在永磁轨道上方悬浮力弛豫特性．实验结果表明,无论场冷还是零场冷情况,块材籽晶生长...     

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.     

悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力研究

为了探索悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处的纵向力变化规律及影响因素, 建立高温超导磁浮系统的理论模型, 推导了纵向力表达式, 进一步搭建实验平台, 在不同通过速度、 场冷高度和工作高度条件下, 对悬浮杜瓦脱离与进入永磁轨道时受到的纵向力进行测试. 理论与实验结果表明: 悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处时受到纵向力作用,完全脱离前与进入后为阻力, 完全脱离后与进入前为主动力; 在低速运行范围内, 通过速度对纵向力的影响不大;随着工作高度的降低, 纵向力增大; 随着场冷高度的升高, 纵向力增大. 以上研究为高温超导磁浮系统的切换与发射提供设计参考.     

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。     

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。     

预载过程对YBCO块材磁体弛豫特性的影响

通过预先磁化的方法可将高温超导块材制备成块材磁体,以有效提升悬浮系统的整体工作性能.未经磁化的高温超导块材处于悬浮状态时,其内部超导电流会随时间增长出现衰退,即存在弛豫现象.预载过程是一种抑制高温超导块材内部电流弛豫的有效方法,可以保证悬浮系统工作特性的稳定.然而,当高温超导块材经历磁化后,其内部已存在磁化超导电流,该磁化超导电流与悬浮过程中产生的超导电流相互叠加,产生独特的电流分布特性及弛豫特性.本论文主要探讨预载过程对高温超导块材磁体弛豫特性的影响,通过实验测试和对比分析,揭示不同磁化状态下弛豫过程的特点,从而为高温超导块材磁体在悬浮系统中的实际工程化应用提供有效的参考依据.     

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。     

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.     

Influence of maglev force relaxation on the forces of bulk HTSC subjected to different lateral displacements above the NdFeB guideway

This paper studied the influence of maglev force relaxation on the force (both levitation and guidance forces) of bulk high-temperature superconductor (HTSC) subjected to different lateral displacements above a NdFeB guideway. Firstly, the maglev forces relaxation property of bulk HTSC above the permanent-magnet guideway (PMG) was studied experimentally, then the levitation and guidance forces were measured by SCML-2 measurement system synchronously at different lateral displacements, some times later(after relaxation), the forces were measured again as the same way. Compared to the two measured results, it was found that the change of the levitation force was larger compared to the case without relaxation, while the change of the guidance force was smaller. In addition, the rate of change of levitation force and guidance force was different for different maximum lateral displacements. This work provided a scientific analysis for the practical application of the bulk HTS.     

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．     

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     

Levitation force relaxation under reloading in a HTS Maglev system

The loading capacity of the high-temperature superconducting (HTS) Maglev vehicle is an important parameter in the practical application. It is closely related to the levitation force of the HTS bulk. Many papers reported that the levitation force showed the relaxation characteristic. Because different loads cause different levitation gaps and different applied magnetic fields, the levitation force relaxations under the different loads are not the same. In terms of cylindrical YBCO bulk levitated over the permanent magnetic guideway, the relationship between the levitation force relaxation and the reloading is investigated experimentally in this paper. The decrement, the decrement rate and the relaxation rate of the levitation force are calculated, respectively. This work might be helpful for studying the loading capacity of the HTS Maglev vehicle.     

Near-oscillatory relaxation behavior of levitation force in infiltration and growth processed bulk YBCO/Ag superconducting composites

Time relaxation behavior of levitation force has been studied in IGP bulk YBCO/Ag superconductor using levitation force measurements as these measurements throw light on the magnetic relaxation in superconductors and the underlying vortex dynamics, pinning mechanisms and the nature of pinning forces. The measurements have revealed a hitherto unknown near-oscillatory relaxation of the levitation force with varying magnetic field. This kind of behavior is found to be more pronounced at smaller gap distances between the permanent magnet and the superconductor. A switch-type polarity bistable equilibrium model for the supercurrent structure has been proposed based on the understanding that even the permanent magnet gets magnetized in the presence of the superconductor, which has also been verified and reported here. This model satisfactorily explains the observed oscillatory behavior of relaxation rates.     

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.     

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。     

The attenuation of the levitation force of HTS bulk exposed to AC magnetic field on the above NdFeB guideway

In the present High Temperature Superconducting (HTS) maglev vehicle system, the air gaps between the adjacent permanent magnets make the magnetic fields above the NdFeB guideway non-uniform. So it is required to study the characteristics of levitation force of the HTS bulk affected by the non-uniform applied magnetic fields along the moving direction. In this paper, we have studied the characteristics of the levitation force relaxation by an experiment in which AC magnetic field generated by an electromagnet is used to simulate the time-varying magnetic field caused by the inhomogeneity of the NdFeB guideway. From the experiment results, it is found that the levitation force is attenuated with the application of the AC field, and the attenuation is increased with the amplitude of the AC field, but the attenuation is almost independent of the frequency the AC magnetic field.