真空管道HTS侧浮系统对直线电机推力的影响

为提高真空管道高温超导(HTS)磁悬浮列车系统的自由悬浮运行速度,提出了侧浮式高温超导磁悬浮系统.通过实验对该系统环线运行下的动态过程进行了研究,结果表明,磁浮车在环线运行中,因离心力和重力作用产生横向位移和垂直位移,通过实验和仿真研究了该动态过程对直线电机驱动性能的影响,结果表明,随着垂直位移和横向位移的减小,直线电机起动推力逐渐增大;当垂直位移为5 mm,横向位移小于10 mm时,磁浮车偏离电机中心引起的驱动力变化影响不大.使列车保持较高的驱动稳定性,为侧浮式真空管道高温超导磁浮车初始悬浮位置设计提供参考.     

高温超导磁浮系统中直线电机的电流瞬时值法气隙磁场分析

弄清楚磁浮系统中直线电动机初、次级间的磁场分布非常重要,因为弄清了它,分析直线电机的初、次级间所受的推力及法向力情况就更容易了.本文采用次级为导板型三相双层绕组直线电动机从初级绕组中空间上离散的行波电流理论出发,用电流瞬时值方法讨论长初级直线感应电动机运行时不考虑纵向端部效应初、次级之间的气隙磁场.分析得出气隙变化及气隙为定值时气隙磁场沿初、次级相运运动方向上的分布表达式,最后以实验测量结果验证了推导结论,表明推导的合理性,对高温超导磁浮系统中用于驱动的直线电机的设计有参考作用.     

永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa_2Cu_3O_(7-x)(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。     

基于振动耗能的真空管道HTS磁浮列车能量回收方法研究北大核心CSCD

为了提高真空管道高温超导磁浮列车的运行效率,减少能量损耗,本文采用将动能转化为振能机械能再转化为电能的方式回收车体的制动能量.在高温超导磁浮系统的永磁轨上按一定规律排列永磁体得到不均衡分布的磁场,在磁浮车底布置绕圈,当车体振动时线圈感应电动势向储能电容充电.仿真结果表明该方法的合理性与有效性,可以作为高温超导高速运行系统设计时的参考.     

基于振动耗能的真空管道HTS磁浮列车能量回收方法研究

为了提高真空管道高温超导磁浮列车的运行效率,减少能量损耗,本文采用将动能转化为振能机械能再转化为电能的方式回收车体的制动能量.在高温超导磁浮系统的永磁轨上按一定规律排列永磁体得到不均衡分布的磁场,在磁浮车底布置绕圈,当车体振动时线圈感应电动势向储能电容充电.仿真结果表明该方法的合理性与有效性,可以作为高温超导高速运行系统设计时的参考.     

空间高频交变磁场对超导块材悬浮力影响研究

高温超导磁悬浮装置,如磁悬浮列车和磁悬浮轴承在高速运行时,空间磁场交变及不均匀性扰动会引发超导块材内部损耗并影响性能,传统均匀时变磁场实验研究及仿真模拟无法满足实际工程应用情况.本文通过设计不同永磁阵列得到不同波形,在高速系统驱动下得到不同交变频率下超导块材损耗特性,发现全波型损耗较半波型损耗高,并研究了不同磁场构型悬浮力衰减特性,可为高速超导磁浮应用提供实验依据.     

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法北大核心CSCD

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

HTS磁浮系统中永磁轨接头处的运行阻力简化分析方法

为了研究高温超导磁浮系统中永磁轨接头处磁场分布与运行阻力的变化特性,本文以真空管道HTS磁浮系统为实验平台,以基本的振动理论和电磁学理论为基础,用一种简化方法分析接头气隙长度及运行速度与阻力的关系,然后在真空管道实验系统上实验验证.实验时保持管内一定真空度,驱动磁浮车运行后让其自由运行,测量其速度变化以确定运行一周所耗的能量,然后再计算平均阻力.实验结果与推导表达式所得结果相符,表明了分析过程的合理性与有效性.     

高温超导磁浮系统中的振动耗能法制动分析

为了实现磁浮车的无接触的制动,本文提出一种振动耗能的方法.该方法通过人为使得轨道磁场分布不均衡,从而将运行磁浮车体运动方向上的动能转化为与其垂直方向上的阻尼振动,以消耗运行车体的动能并使车体减速.文中忽略空气阻力,采用理论分析与计算机仿真的方法讨论了轨道磁场分布不均对车体振动特性的影响.最后在西南交通大学真空管道高温超导磁浮系统实验平台上实验验证了该方法对车体运行速度的影响,为将来的真空管道磁浮交通系统的设计提供参考.     

HTS磁浮系统中长初级直线电机三相绕组特性分析

在高温超导磁浮系统中,采用单边长初级分段供电直线电机驱动磁浮车做高速环形运动.为了提高直线电机驱动的效率和性能,通过磁动势理论,对单边长初级分段供电直线电机三相绕组气隙磁动势特性进行了分析研究.结果表明,当采用短距、分布绕组时,可以有效的抑制三相绕组合成气隙磁动势中谐波分量,改善磁动势波形,从而提高电机效率和性能.最后进一步通过建模仿真实验,验证了理论分析的正确性,为用于高温超导磁浮系统驱动的单边长初级分段供电直线电机的设计加工提供参考.     

永磁体尺寸对高温超导磁悬浮力的影响分析

高温超导体的发展推动了磁悬浮技术的应用,而磁悬浮中磁悬浮力的控制尤为重要。在磁浮系统中永磁体用来给超导体提供磁场,因此磁悬浮力的大小与永磁体的尺寸密切相关。主要介绍磁悬浮力理论计算方法和有限元仿真模型,研究了磁悬浮力随永磁体尺寸变化的趋势,并对仿真结果进行分析同时加以实验佐证。仿真结果对高温超导块材在磁悬浮技术中的应用有参考价值,同时有助于优化材料用量。     

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     

交流磁场对车载高温超导块材导向力性能影响的数值模拟（英文）

高温超导块材在工程上有巨大的应用潜力,尤其是在高温超导磁悬浮列车系统应用方面.在磁悬浮列车系统中,沿NdFeB轨道横向的导向力是一个重要的参数.然而,由于NdFeB轨道表面磁场的不均匀性,车载高温超导块材始终处于交流磁场环境中.以前的实验研究表明,由于交流磁场的影响,车载高温超导块材的导向力会发生衰减.在工程实际应用中,如果导向力衰减加剧,则有可能影响整个磁悬浮列车系统的侧向稳定性.本文主要通过数值模拟的方法研究交流磁场对车载高温超导块材导向力性能的影响.研究结果表明,随着交流磁场幅值的增大,导向力的衰减也逐渐增加.当外加交流磁场的幅值较大时,导向力会在短时间内迅速的衰减.当外加交流磁场幅值较小时,导向力的衰减几乎与交流磁场的频率无关;当外加交流磁场幅值较大时,导向力的衰减会随着交流磁场频率的升高而增加.因此,在高温超导磁悬浮列车系统中,可以减少轨道表面磁场的不均匀性,即减少块材周围交流磁场的幅值,从而抑制导向力的衰减.     

HTS磁悬浮电磁发射系统中直线电机起动性能研究

在高温超导(HTS)磁悬浮电磁发射系统中,采用长初级双边直线感应电机进行驱动.同单边直线电机相比,双边直线感应电机由于对称的初级结构,次级结构所受的垂直力为零,这大大提高了直线电机的驱动性能和稳定性.利用旋转电机的经典分析方法,分析了长初级双边直线感应电机不同绕组分布时的绕组因数.结果表明,当采用分布式短距绕组时,可以有效的抑制合成气隙磁场中的谐波分量,改善气隙磁动势波形,进而提高电机的性能和效率.通过Ansoft Maxwell软件仿真求解了6种不同绕组分布时的电机气隙磁场分布,分别求解了整距和分布式短距绕组的电机起动推力,验证了理论分析的正确性.最后,设计制作了分布短距实验样机,并对起动推力进行了测试.结果表明电机起动推力平稳,为复合HTS磁悬浮电磁发射系统设计提供参考.     

HTS磁悬浮电磁发射系统中直线电机起动性能研究

在高温超导(HTS)磁悬浮电磁发射系统中,采用长初级双边直线感应电机进行驱动.同单边直线电机相比,双边直线感应电机由于对称的初级结构,次级结构所受的垂直力为零,这大大提高了直线电机的驱动性能和稳定性.利用旋转电机的经典分析方法,分析了长初级双边直线感应电机不同绕组分布时的绕组因数.结果表明,当采用分布式短距绕组时,可以有效的抑制合成气隙磁场中的谐波分量,改善气隙磁动势波形,进而提高电机的性能和效率.通过Ansoft Maxwell软件仿真求解了6种不同绕组分布时的电机气隙磁场分布,分别求解了整距和分布式短距绕组的电机起动推力,验证了理论分析的正确性.最后,设计制作了分布短距实验样机,并对起动推力进行了测试.结果表明电机起动推力平稳,为复合HTS磁悬浮电磁发射系统设计提供参考.     

一种混合高温超导磁体及其电磁特性研究

近年来, 高温超导磁体由于载流能力高、 磁场强等优点在磁悬浮列车、 医疗成像、 飞轮储能器等系统具有广阔的应用前景. 在这些应用中, 工作面上磁场越强, 系统的性能越优. 高温超导块材能够俘获强磁场, 但因为尺寸的限制, 其磁场发散区域小, 在大气隙条件下工作面区域磁场弱. 相比而言, 高温超导线圈的尺寸不受限制, 但其磁场会随着口径的增大而降低. 因此, 本文将高温超导线圈和块材结合, 提出了一种结构紧凑、 口径大、 磁场强的混合高温超导磁体. 同时, 利用有限元仿真软件建立混合高温超导磁体的二维轴对称自洽模型并进行了实验验证, 仿真计算了混合高温超导磁体的磁场分布以及不同温度下的临界电流和最大磁场强度. 结果表明, 混合高温超导磁体可显著增加工作面的磁场, 相比于独立的高温超导线圈和高温超导块材最大磁场分别最小提升了102% 和12% .另外, 混合高温超导磁体工作面上的有效磁通相比于高温超导块材也提高了.     

高温超导电机电枢线圈临界电流密度研究

高温超导线材的临界电流密度受磁场的影响,在设计计算时,通常假设在线圈截面上电流密度是均匀分布的。但是,实际上在线圈截面上,电压是一致的。由于线圈中的磁场不均匀分布,各处的临界电流密度是不同的。采用数值模拟的方法,分析了高温超导线圈截面上的临界电流分布。结果显示,临界电流密度的分布是不均匀的,总的临界电流可比按均匀分布时的计算结果提高25%以上。     

小型高速超导磁浮轴承优化设计北大核心

轴承是高速机电设备的核心部件。高温超导磁浮轴承具有载重大、刚度高、抗干扰能力强、无需主动控制等诸多优点,可以实现重载高速运行,因此在高速机电设备中具有巨大应用潜力。文中针对中小型飞轮储能器、离心机、脉冲电机等设备实际工程需求,设计并优化完成了一款小型高速超导磁浮轴承。通过三维仿真程序,对磁浮轴承中超导块材和永磁阵列的组合方式和电磁力进行了计算,并对不同气隙下的轴承性能进行了对比。相较于传统二维仿真计算,三维仿真结果考虑了超导块材的空间位置分布,更贴近实际应用,可以作为工程设计的直接参考。相关设计表明,通过合理优化,小型超导磁浮轴承具备足够悬浮力和导向力刚度,可以满足相关系统的工程应用需求。     

小型高速超导磁浮轴承优化设计

轴承是高速机电设备的核心部件。高温超导磁浮轴承具有载重大、刚度高、抗干扰能力强、无需主动控制等诸多优点,可以实现重载高速运行,因此在高速机电设备中具有巨大应用潜力。文中针对中小型飞轮储能器、离心机、脉冲电机等设备实际工程需求,设计并优化完成了一款小型高速超导磁浮轴承。通过三维仿真程序,对磁浮轴承中超导块材和永磁阵列的组合方式和电磁力进行了计算,并对不同气隙下的轴承性能进行了对比。相较于传统二维仿真计算,三维仿真结果考虑了超导块材的空间位置分布,更贴近实际应用,可以作为工程设计的直接参考。相关设计表明,通过合理优化,小型超导磁浮轴承具备足够悬浮力和导向力刚度,可以满足相关系统的工程应用需求。     

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.