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。     

条状永磁体的组合形式及间距对单畴GdBCO超导体磁悬浮力的影响

通过对由条状永磁体组成的组合磁体与单畴GdBCO超导体在零场冷情况下磁悬浮力的测量,研究了5种不同组态下组合磁体之间距离的变化对超导体磁悬浮力的影响.结果发现,当条状永磁体之间的距离D从0 mm增加到30 mm时,超导体的磁悬浮力大小与组合磁体排列形式有着密切关系(以Z=5 mm为例):1)对由3个条状永磁体组成的组合磁体,当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均水平指向中间磁体时,超导体的磁悬浮力从22.8N减小到9.7N;当中间磁体的磁极N向上、两侧磁体的磁极N均向下时, 关键词： 单畴GdBCO块材 磁体组合形式 磁悬浮力     

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.     

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.     

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。     

Gd_2Ba_4CuNbO_y的掺杂量及粒度对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响

本文采用顶部籽晶熔融织构法(TSMTG)研究了Gd2Ba4CuNbOy(GdNb2411)的掺杂量及其初始粉体粒度对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响.制备单畴GdBCO超导块材的初始成份为GdBa2Cu3O7-δ:Gd2BaCuO5:GdNb2411=1:(0.4-x):x,x=0、0.02、0.06、0.1、0.14;GdNb2411粒子的初始粒度(d)范围分别在0≤d≤40m、40d≤61m、61d≤120m、120d≤180m.结果表明:(1)GdBCO超导块材的生长形貌与其掺杂量x密切相关,当x≤0.06时,样品具有单畴形貌,且表面光滑平整;当x0.06mol时,样品仍具有单畴形貌,但其表面出现皱褶现象;(2)随着x的增加,样品的磁悬浮力先增大后减小,当x=0.06mol时达到最大25N.(3)掺入样品的GdNb2411粉体粒度越小,最终在样品中生成的GdNb2411粒子的粒径也越小.(4)当固定x=0.06时发现,随着掺杂GdNb2411粉体粒度的减小,单畴GdBCO超导块材的磁悬浮力逐渐增大,当粒度d≤40mm时,样品中的GdNb2411粒度约在100nm～250nm之间,相应样品的磁悬浮力最大,约25N.这些结果对进一步提高GdBCO超导块材的质量具有一定的指导意义.     

ZrO_2掺杂对于Gd+011 TSIG法制备单畴GdBCO超导块材的影响

ZrO_2掺杂能够在GdBCO超导块材中生成细小的纳米Gd_2Ba_4ZrCuO_y粒子,从而提高样品的磁通钉扎力.本文采用新的顶部籽晶熔渗生长法(Gd+011TSIG)制备出了系列组份为(1-x)(Gd2O3+1.2BaCuO2)+xZrO_2的单畴GdBCO超导块材,x=0、0.02、0.04、0.05、0.06、0.08、0.1、0.15、0.2、0.3wt.%,并研究了ZrO_2掺杂量对样品的表面形貌、磁悬浮力、捕获磁通密度以及微观结构的影响.结果表明,样品的表面形貌与ZrO_2的掺杂量密切相关,当x0.1wt.%时样品表面光滑且具有明显的单畴特征;当0.1wt.%≤x0.2wt.%时,样品仍具有明显的单畴特征,只是单畴样品的表面出现凸起的规则台阶状的条纹;当x≥0.2wt.%时,虽然样品仍具有明显的单畴特征,但样品的表面不仅出现了台阶状的条纹,而且样品已无法保持其原有的圆柱体形貌,并向柱体外侧突出成四个扇瓣状.样品的磁悬浮力和捕获磁通密度随着x增大呈先增大后减小趋势,当x=0.05 wt.%时磁悬浮力最大为36.57N(77K,0.5T),捕获磁通密度最大为0.32T(77K,永磁体充磁).这些结果对进一步提高GdBCO超导块材的质量具有一定的指导意义.     

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.     

Temperature dependence of levitation force and its relaxation in a HTS levitation system

Using a modified Gifford–McMahon refrigerator to cool the cylindrical bulk YBaCuO superconductor within the region of 100–10 K, and using an updated high-temperature superconductor (HTS) maglev measurement system, the levitation force and its time relaxation at different temperatures between a YBaCuO bulk superconductor and a permanent magnet (PM) have been measured under zero-field cooling. It is found that decrease the cooling temperature of HTS can decrease the hysteresis of magnetization and increase the maximum levitation force of each hysteresis loop. For the relaxation of levitation force, if the temperature is continually lowered to 10 K after the relaxation measurement at given cooling temperature is performed for 600 s, the levitation force will continue to decrease sharply with the lowering of temperature even though it will get stable if the temperature is not lowered. Our results shown in this work are a benefit to the understanding of levitation systems.     

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。     

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.     

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.     

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.