非同轴结构高温超导推力轴承的悬浮力

基于宏观电磁场的临界态Bean模型,利用商用电磁场有限元分析软件ANSYS,对由非同轴的单块高温超导体和整块永磁体组成的高温超导推力轴承静态特性进行了数值研究,分析了永磁体的结构参数对高温超导推力轴承静态悬浮力的影响。     

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。     

高温超导磁悬浮径向轴承悬浮特性分析

高温超导磁悬浮轴承凭借无源自稳定的优良特性,在飞轮储能系统中拥有巨大的应用潜能,其主要结构由高温超导定子和永磁转子组成。而轴承的悬浮特性直接决定飞轮转子的设计和飞轮储能系统的容量大小。本文基于磁通冻结镜像法的思想,对高温超导径向磁悬浮轴承的悬浮特性进行分析,并对轴承轴向/径向悬浮力和刚度参数进行计算。结果表明:轴承的悬浮力和刚度随着初始径向位置、径向位移和轴向位移的变化而变化;在相同的位移条件和研究的位移范围内,径向悬浮力/刚度皆大于轴向的情况,且两者相差约一个数量级。     

基于磁场强度的高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法

本文提出了一种高温超导磁悬浮轴承数值仿真方法,并对其悬浮力计算结果进行了验证.该方法采用基于磁场强度的H法对高温超导进行建模,利用间接耦合方法体现磁场对于超导作用,从而对高温超导磁悬浮进行仿真.该模型在有限元软件COMSOL Multiphysics中进行计算.此外,本文探讨了剖分网格对于模型计算时间、精度的影响和不同涂层导体堆叠方式对悬浮力的影响,以指导在实际应用中对于堆叠方式的选取.     

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。     

齿槽结构对高温超导直线感应电机水平推力影响

齿槽结构参数对高温超导直线感应电机性能有重要影响。为了具体研究这些结构参数对电机性能的影响,通过2D瞬态场有限元分析,分别研究了槽宽、槽高、齿宽对电机的电磁特性,高温超导绕组所受最大垂直场以及电机最大通电电流的影响,得到高温超导电机最大通电电流与槽宽、槽高的关系,得到结构优化后的临界槽宽以及临界槽高。通过研究分析表明,优化的齿槽结构参数有利于提高高温超导直线感应电机的通流能力,增大电机的电磁推力。     

压痕对低温和高温超导股线临界性能影响研究

低温超导股线Nb Ti和Nb3Sn用于核聚变装置用的CICC导体结构,由于绞缆的作用及导体生产过程中的挤压作用,将会导致Nb Ti和Nb3Sn超导股线的表面产生不同形式的压痕,过大的压痕将会影响股线的临界性能;高温超导股线Bi-2212和Mg B2是未来可用于核聚变装置中制成CICC导体潜在的高温超导材料,由于高温超导材料的脆性,在电缆制备及导体制造过程中也会导致股线的表面产生压痕影响股线的性能。文中主要开展对于低温超导股线Nb Ti,Nb3Sn及高温超导股线Bi-2212和Mg B2的临界性能随压痕深度的变化规律,从而为导体制造的改进及未来高温超导导体的制造提供理论依据。     

高温超导轴承转子系统在不同场冷偏心距下的动力学分析

高温超导轴承用超导材料在冷却过程中处于场冷状态,俘获磁通的存在使高温超导轴承具有自稳定性。场冷高度影响轴承的钉扎力,从而产生不同的刚度,最终导致整个轴系的转子动力学变化。本文以冷压缩机为应用背景,基于实验测量得到YBCO在不同场冷高度下的刚度值,利用有限元分析软件Ansys,得到设计轴系的模态频率和主轴振幅。结果表明,由于场冷偏心距的存在,导致高温超导轴承合力比不偏心时大,从而改善了转子的动力学特性。     

飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

储能器是一种储存能量的装置,随着高温超导悬浮轴承运用到飞轮储能器中,储能效率得到了大大的提高。它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。文中提出一种全新高温超导悬浮轴承,并研究其的力学性能,为新型超导悬浮轴承的研究与开发做好了基础准备。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与分析

阐述了飞轮储能系统的基本结构,利用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析,搭建模型进行磁悬浮力计算,并研究系统超导块与永磁体之间的间隙和半径等尺寸参数的改变对超导磁悬浮力大小的影响。在完成上述工作后,在原悬浮系统的基础上,在超导块外侧加上线圈,并分析线圈中所加电流密度大小的不同对超导磁悬浮力的影响。     

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。     

一种超导重力仪磁悬浮力的等效计算

为实现超导重力仪磁悬浮力的精确计算,以GWR型超导重力仪为模型基础,采用有限元的思想,将超导球表面电流理想化为多个等高共轴电流环,计算出各个电流环与超导线圈的作用力,求和得到线圈与超导球间的磁悬浮力。利用MATLAB完成计算程序实现,通过改变下线圈电流和上、下线圈电流比,获得满足一定条件的磁悬浮力及其梯度。选取合适的模型参数,计算出线圈对质量为m=4.069 g超导球的磁悬浮力大小为:Ftotal=3.988×10^-2N,磁悬浮力梯度为:-9.699×10^-3N/m,此时悬浮力梯度合适,满足系统稳定性和灵敏度的要求。     

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。     

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.     

LK-99的半磁悬浮和高温超导体的锁定磁悬浮

基于电磁学和超导物理学的原理和相关实验数据,说明所谓的室温常压超导体LK-99在圆盘状钕铁硼永磁体极面的半悬浮应来源于其中的铁磁杂质碎片所受的转矩和引力。涂覆Y-Ba-Cu-O的高温超导体薄片在这种永磁体磁极上下的锁定悬浮,则起因于不均匀外磁场中超导体位置变化感生的超导电流所受该磁场的位置回复洛伦兹力,而并非迈斯纳效应和所谓的量子锁定的结果。     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。