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     

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.     

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。     

具有“T形”转子的径向超导轴承悬浮力研究

径向型高温超导磁悬浮轴承包含超导定子和永磁转子。通常,永磁转子由永磁环、聚磁环和转轴组成,整体呈“圆柱形”。为了在不增加永磁体用量的情况下增大径向型超导轴承的轴向悬浮力,本文在“圆柱形”结构的基础上提出了“T形”永磁转子结构。“T形”永磁转子是将“圆柱形”永磁转子一端的聚磁环变成了“T形”,变形后的聚磁环可以改变沿轴向垂直于超导定子的磁场方向,增大沿轴向垂直于超导定子的磁场强度。为了降低“T形”永磁转子的铁耗,本文又进一步改进了“T形”转子结构。最后,为了验证“T形”永磁转子的有效性,分别加工了具有“圆柱形”和“T形”永磁转子的径向型超导轴承,并对两个轴承的轴向悬浮力进行了测量。测量结果表明：“T”形永磁转子可以有效增大径向型超导轴承的轴向悬浮力。     

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.     

一种经济的“超导磁悬浮列车”模型的制作方法

1 基本原理 当把一个超导体移近永磁体表面时,因为磁感线不能进入超导体内,所以在超导体表面形成很大的磁通密度梯度,感应出高临界电流,从而对永磁体产生排斥,排斥力随相对距离的减小而逐渐增大,如图1所示,用超导体做成小车,它可以克服自身的重力,使其悬浮在永磁体铺成的导轨上方,当给超导体小车一定的作用力时,小车就会沿导轨运动,在铺设永磁体导轨时,按图2的方式铺设,由于两边磁铁的磁性相同,中间磁铁的磁性和两边的相反,这样就会形成一个磁通峡谷,这个峡谷将承担一个隐形的防护栏作用,使得小车在运行过程中不会脱离轨道,达到安全运行的目的,图1就是我们科技组所制作的"新空气"号超导磁悬浮列车模型.     

高温超导制冷机直接冷却中界面热阻的辨识与实验研究

本文给出了三种提高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 ,本文研究了一块直径为 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 5 0N ,在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为 10 3.0N .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 ,本文仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响 .三块直径分别为 30mm、35mm、4 0mm的圆柱状YBCO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 10 3.0N、134.5N、175 .0N .第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体 ,此种情况下 ,直径为 4 0mm的圆柱状YBCO块材在 77K温度下 5mm悬浮间距时的悬浮力高达 2 18.3N .高温超导材料和低温技术的发展 ,促进了制冷机直接冷却高温超导磁体的发展 .在高温超导直接冷却系统中 ,减小和控制界面热阻成了实现超导直接冷却的关键 .界面热阻机制相当复杂 ,虽然可以用公式进行预测 ,但是最可靠的还是通过实验进行测量 .本文介绍了界面热阻测量的基本原理和实验装置 ,提出一种基于导热反问题的参数辩识方法 ,并用这种方法处理了氮化铝 (AlN)与高温超     

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     

Ni2O3掺杂对新固相源顶部籽晶熔渗生长法制备单畴GdBCO超导块材超导性能的影响

本文通过在新固相源中添加Ni₂O₃的方法, 采用顶部籽晶熔渗生长工艺(TSIG)制备出组分为(1-x) (Gd₂O₃+1.2BaCuO₂)+x Ni₂O₃、直径为20 mm的单畴GdBCO 超导块材(其中x = 0, 0.02, 0.06, 0.10, 0.14, 0.18, 0.30, 0.50 wt%), 并研究了Ni₂O₃的掺杂量x对样品的表面生长形貌、微观结构、临界温度T_c、磁悬浮力以及俘获磁通密度的影响. 研究结果表明, 当Ni₂O₃的掺杂量x在0–0.50 wt%的范围内时, 均可制备出单畴性良好的样品, 且Ni₂O₃的掺杂对样品中Gd211粒子的分布和粒径没有明显的影响. 在Ni₂O₃的掺杂量x从0增加到0.50 wt%的过程中, 样品的临界温度T_c呈现下降的趋势, 从x=0时的92.5 K下降到x=0.50 wt%时的86.5 K, 这是由于Ni^{3 +}替代GdBCO晶体中Cu^{2 +}所致; 样品磁悬浮力和俘获磁通密度均呈现先增大后减小的变化规律, x=0.14 wt%时, 磁悬浮力达到最大值34.2 N, x=0.10 wt%时, 俘获磁通密度达到最大值0.354 T. 样品磁悬浮力和俘获磁通密度的变化规律与Ni₂O₃的掺杂量x有密切关系, 只有当掺杂量x合适时, Ni³⁺对Cu^{2 +}的替代既不会造成T_c的明显下降, 但又能产生适量的Ni^{3 +}/Cu²⁺ 晶格畸变, 从而达到提高样品磁通钉扎能力和超导性能的效果.     

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.     

Angular Dependence of Lateral and Levitation Forces in Asymmetric Small Magnet/Superconducting Systems

The dipole-dipole interaction model is used to calculate the angular dependence of lateral and levitation forces on a small permanent magnet and a cylindrical superconductor in the Meissner state lying laterally off the symmetric axis of the cylinder. Under the assumption that the lateral displacement of the magnet is small compared with the physical dimensions of the system, we obtain analytical expressions for the lateral and levitation forces as functions of geometrical parameters of the superconductor as well as the height, the lateral displacement and the orientation of magnetic moment of the magnet. The effect of thickness and radius of the superconductor on the levitation force is similar to that for a symmetric magnet/superconducting cylinder system, but within the range of lateral displacement. The splitting in the levitation force increases with the increasing angle of orientation of the magnetic moment of the magnet. For a given lateral displacement of the magnet, the lateral force vanishes when the magnetic moment is perpendicular to the surface of the superconductor and has a maximum value when the moment is parallel to the surface. For a given orientation of the magnetic moment, the lateral force has a linear relationship with the lateral displacement. The stability of the magnet above the superconducting cylinder is discussed in detail.     

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.