目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

基于H方程的超导磁悬浮系统悬浮特性分析

高精度的重力测量在地震监测、资源勘探、惯性导航等领域均有着十分重要的意义,将超导磁悬浮系统应用于重力测量可以极大提高重力测量的精度,减少漂移率。当前对超导重力仪内磁悬浮系统的仿真主要采用A方程静磁场法,仿真得到的数据与实验结果相差较大,为了提高仿真精度和效率,采用H方程在COMSOL中建立了新的仿真模型,仿真得到的数据与实验结果偏差较小,验证了该方法可以提高超导磁悬浮系统的仿真精度和效率。仿真得到了超导重力仪内磁悬浮系统的磁场分布,屏蔽电流分布,受力,穿透深度等特征,分析了超导球在磁场中受到的悬浮力与悬浮高度、悬浮线圈电流大小、通入速率的关系,计算得到了超导磁悬浮系统的磁力梯度。     

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。     

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。     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

应用于重力测量的超导磁悬浮系统电磁特性分析

高精度重力测量是资源勘测、地球科学研究等领域研究的基础。与常规的机械式重力仪相比,超导重力仪具有极低的噪声和漂移率,并且测量精度高、工作寿命长、工作稳定性好,超导磁悬浮系统是它的核心部件。论文研究了超导重力仪磁悬浮系统结构,并对其原理及可行性进行了阐述。利用Ansoft及Opera软件对系统进行建模仿真分析,完成结构位置的优化选择。分析了系统正常运行时悬浮力、磁力梯度、电流值、间隙磁场分布等参量特征,并研究了超导球质量变化对系统测量灵敏度的间接影响。仿真结果表明,对于15g超导球磁悬浮系统,重力分辨率可以达到1nGal,且间隙磁场最大值小于超导材料临界磁场值。     

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。     

临界电流密度对场冷超导磁悬浮力的影响研究

基于Kim临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,讨论了场冷条件下临界电流密度对高温超导悬浮系统磁悬浮排斥力和吸引力的影响.结果显示:最大超导磁悬浮排斥力和吸引力均随临界电流密度的增加呈指数关系增加,并趋于饱和;场冷条件下的磁悬浮力回滞能量损耗远高于零场冷情况;存在一个磁悬浮力比率κ,κ值对于评价大电流...     

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。     

Calculation of the force characteristics of a multi-coil suspension of a superconducting sphere

The theory presented in the accompanying paper [Ref. 1: Zh. Tekh. Fiz. 67(1), 3 (1997); Tech. Phys. 42, 1 (1997)] for the calculation of the magnetic field and the force characteristics of an electromagnetic suspension for a superconducting body is used to carry out specific calculations of the force characteristics of a multi-coil suspension of a superconducting sphere. Formulas are obtained for the dependence of the force and the stiffness, from which it is possible to approach the problem of the stable suspension of a superconducting sphere in the field of a system of circular currents. The problem of determining the magnetic field at the sphere is analyzed and the conditions are found for which it is less than the critical field. Zh. Tekh. Fiz. 67, 10–16 (January 1997)     

激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力

利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响. 关键词： 广义米理论 偏心球 辐射俘获力 光镊     

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。     

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。     

Enhanced pinning of superconducting vortices at circular magnetic dots in the magnetic-vortex state

Low-temperature magnetic force microscopy (LT-MFM) was used to study the distribution of superconducting vortices in Nb above a square array of 1 μm-sized circular ferromagnetic dots in a magnetic-vortex state. The force that the MFM tip exerts on the individual vortex in the depinning process was used to estimate the spatial modulation of the pinning potential. It was found, that the superconducting vortices which are preferably located on top of the Py dots experience a pinning force, about 15 times stronger as compared to the pinning force in the pure Nb film. This strong pinning exceeds the repulsive interaction between the superconducting vortices and allows vortex clusters to be located above the dots.     

Evaluation of magnetic force distribution on a pair of superconducting bulk magnets

We study the construction of superconducting permanent magnets by RE123 bulk materials and the investigation of these industrial applications such as a magnetic separation. A bulk magnet can generate strong magnetic fields exceeding 2 T, which is the limit of ordinary iron-cored electromagnets, in a compact device with a low running cost. A magnetic field distribution of the bulk magnet is a cone shape, and it contributes to an increase of magnetic force which is proportional to the product of a magnetic field and its gradient. It is important to evaluate magnetic force when the application of the bulk magnet is discussed. In this paper, two Gd123 bulk materials of 65 mm in diameter were magnetized using a pair of superconducting bulk magnet system and three-axis components of magnetic flux density (B_x,⋅B_y, and B_z) in an open space between the magnetic poles were scanned with pitch of 2 mm in each direction. From these measured data, the axial and radial components of magnetic force factor, B_z⋅dB_z/dz and B_r⋅dB_r/dr, were calculated. At 10 mm gap, the B_z⋅dB_z/dz value reached 180.6 T²/m for a field of 2.33 T, which is comparable to B_z = 6.76 T for a common 10 T–100 mm∅ superconducting magnet.     

AC loss in a high-temperature superconducting coil

In a typical superconducting coil made of BSCCO/Ag tape, both amplitude and direction of the magnetic field determine the critical current, resistive voltage and AC loss. The distribution of the magnetic field along and across the superconducting tape in a coil is rather complex. This gives rise to the question: how accurate can one predict the critical current, V–I characteristic and AC loss of the AC coil from results of short sample measurements? To answer this question, we have measured and compared the characteristics of a short sample and a small coil employing 14 m of the same tape at 77 K. The comparison is performed as follows. First, a short sample is characterised with regard to the field dependence of the critical current, V–I characteristic and the AC loss. Second, the distribution of the magnetic field along the tape in a coil is accurately calculated. From the data, the voltage along the tape and the loss of the tape in the coil are found. Finally, the resistive voltage and the AC loss of the complete coil are calculated and compared to measured AC losses in the frequency range of 0 to 160 Hz, typical for power applications.     

基于静力悬浮原理的单晶硅球间微量密度差异精密测量方法研究

单晶硅球间微量密度差异测量是阿伏伽德罗常数量子基准定义的重要研究内容, 也是半导体产业中高纯度单晶硅制备工艺质量控制的主要方法. 为了改善现有非接触相移干涉法测量装置复杂和静力称重法测量不确定度低的特点, 根据单晶硅密度精密测量需要, 实现了一种基于静力悬浮原理的单晶硅球密度相对参比测量方法. 通过改变静压力和温度进行三溴丙烷和二溴乙烷混合液体密度的微量调节, 分别使两个待测单晶硅球在液体中悬浮, 根据悬浮状态时的液体温度和悬浮高度计算出待测单晶硅球密度差值. 通过双循环水浴和PID温度控制系统实现±100 μK的恒温液体测量环境. 通过图像识别和迭代拟合算法实现单晶硅球悬浮高度的测量. 使用PID静压力控制系统实现单晶硅球的稳定悬浮控制, 同时减少Joule-Thomson效应引起的液体温度改变. 利用静力悬浮模型中的温度变化和静压力变化线性关系准确测量出标准液体的压缩系数. 试验结果表明, 这种测量方法可以避免液体液面张力的影响, 测量相对标准不确定度达到2.1×10^-7, 能够实现单晶硅球密度差值的精密测量.     

50kA 超导变压器初级绕组设计制作及低温通电实验

主要讨论了超导变压器初级绕组的设计、绕制以及低温通电实验,初级绕组主要采用2 942匝NbTi超导股线绕制,并经过真空压力浸渍而成。利用Ansys软件分析了其磁场分布。采用LHe浸泡式制冷,最大电流可达190A,中心场约为2T。     

光电反馈式静电悬浮及静电力机制研究

本文介绍了光电反馈式静电悬浮方法 ,给出了静电悬浮力的理论计算公式 ,讨论了静电力与电极电压、电极 -悬浮体间距、悬浮体材料等因素之间的关系。通过实验测定了静电力与上述因素之间的关系曲线 ,获得了理想的结果。理论分析与实验结果均表明 ,实现导体与常规非导体的静电悬浮是完全可行的