超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的两种潜在应用

研究了超导块材磁体在高温超导磁悬浮车系统中的2种潜在应用。高温超导YBCO块材经过Lakeshore恒磁场充磁机充磁之后,利用高温超导磁悬浮测试装置研究了其在永磁轨道上方的悬浮和导向性能;实验发现2种不同充磁方向励磁的块材磁体表现出明显不同的行为,其中一种对悬浮力帮助比较大,另一种则对导向力帮助比较大。这一结果可以为某些特殊需求(如重载、弯道运行等)的高温超导磁悬浮车系统设计提供一定的实验依据。     

高温超导块材与永磁体组成的混合磁悬浮

针对高温超导磁悬浮交通应用,提出了一种有别于目前常用的仅通过车载高温超导块材与永磁轨道间的磁斥力实现悬浮的混合悬浮,该悬浮方式通过车载永磁体与永磁轨道的作用为悬浮系统提供导向力,由于避免了磁滞效应而使导向可回复区间增大,进而提高系统的导向能力,有助于增大系统的曲线通过与抗干扰能力,同时永磁轨道下部空间磁场的利用也进一步提高了系统的悬浮能力。基于系统静态刚度的计算,现有高温超导磁悬浮系统双轨每米的悬浮重量仅为混合悬浮的40%,可回复导向力不到混合悬浮中车载永磁体与永磁轨道间稳定导向力的70%。混合悬浮为高温超导磁悬浮的重载应用提供了一种途径。     

高温超导磁悬浮车用悬浮单元优化的实验研究

研究了YBCO高温超导块材与2种典型的永磁轨道之间的最佳宽度比例。这2种永磁轨道的永磁用量基本相同,磁场分别呈单峰和双峰分布。通过改变YBCO高温超导块材组合的横向尺寸,利用高温超导磁悬浮测试装置(SCML-02)研究了在不同场冷高度、相同工作高度下高温超导块材在永磁轨道上的悬浮力。结果表明:块材与磁场呈单峰分布的永磁轨道之间的宽度比与场冷高度无关,而与呈双峰分布的永磁轨道之间的宽度比却极大地依赖于场冷高度。这一结果对高温超导磁悬浮车系统地优化设计是有帮助的。     

真空管道高温超导侧挂悬浮旋转运动系统改进

侧挂式磁悬浮回转系统拥有两根具有单磁场峰值的永磁轨道。在环形真空管道中,该系统的磁悬浮车可以在6 mm悬浮间隙下达到80 km/h的运行速度。在不大幅改变整体结构的条件下,探讨了一种增大系统运行速度的途径。通过将2个平行的永磁轨道合并成1个具有三磁场峰值的单轨,将显著增强系统的悬浮力,从而有望提高系统的运行速度。然而车体质量的增加将抵消悬浮力增加带来的效应。综合评估二者的影响,结果表明,相比较于具有单磁峰的双轨,具有三磁场峰值的单轨能让系统获得更高的运行速度。并且,对于三磁峰单轨系统,其最大运行速度随超导块数量的增加而增加。相比较于单峰磁轨而言,当超导块列数为17时,三峰磁轨系统的运行速度可以增大8.2%。     

数控机床永磁直线电动机磁悬浮运行机制研究

为实现数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行,须对电动机的电磁推力和悬浮力进行实时控制。电磁推力和悬浮力的计算是数控机床磁悬浮永磁直线同步电动机设计及控制的基础。根据数控机床永磁直线同步电动机的磁悬浮运行机制,推导出电动机的电磁推力和悬浮力与电流之间关系的数学模型。并用Ansoft对电磁推力和悬浮力进行有限元分析,将解析计算结果与Ansoft的计算结果进行比较,验证了数学模型的有效性与正确性,为数控机床永磁直线同步电动机磁悬浮控制系统的分析与设计提供依据。     

横向倾斜对高温超导磁悬浮系统的影响

为了研究高温超导磁悬浮系统横向倾斜情况下悬浮和导向性能的变化,搭建了测试高温超导磁悬浮系统在横向倾斜情况下不同倾斜角度悬浮力和导向力变化的平台,测试横向倾斜角变化范围为0o～12o。通过实验及其理论模型分析得出:系统的悬浮力随着横向倾角的增大变化不大;横向倾角角度的增加,对提高系统导向力有所帮助;横向倾角角度为4°～8°的区域高温超导磁悬浮系统悬浮和导向性能最佳。此结果对研究高温超导磁悬浮车弯道通过性能及寻求高温超导发射装置最佳发射角有指导意义。     

高温超导块材磁体悬浮系统的振动特性

指出了非直接场冷磁化产生的高温超导块材磁体在应用磁场中实现了稳定的悬浮或悬挂现象。利用Lakeshore公司的电磁铁和场控仪产生的均匀磁场作为磁化外场时,单块YBCO高温超导块材磁化率为77.8%,在应用外磁场下实现稳定悬浮的磁化外场区间仅为0.057～0.121T。为了验证高温超导块材磁体悬浮系统的稳定性,使用了一个随机信号形式的激励源,其幅值在0～14.5N之间且频率范围为0～400Hz。振动特性分析表明,高温超导块材磁体悬浮系统具有低频共振高频隔振性能;系统共振频率和动态刚度随着磁体俘获磁场的增大而增大;系统的阻尼系数表现出明显的先增后减的非线性特征。当超导磁体俘获磁场为0.091T时,即悬浮间距8mm,HTSMagnet-PM系统表现出最佳的动态特性,抗外界干扰能力最强。因此,这种非直接的场冷磁化方式产生的稳定悬浮现象,使得引入块材磁体成为了高温超导磁悬浮系统中可行的能量储备或改善系统稳定性的方法。     

高温超导永磁悬浮磁浮轨道的结构参数优化设计

为了提高钕铁硼材料利用率,降低高温超导永磁悬浮磁浮轨道的成本,利用有限元仿真软件ansoft分析了一种常用的永磁悬浮磁浮轨道的结构参数对悬浮力和钕铁硼利用率的影响,得出了各结构参数的最优选择范围。最后还探讨了各参数最优值间的相互影响,提出了各结构参数的优化选择方法。     

进给平台永磁直线磁悬浮电动机的电磁力特性研究

针对数控机床进给平台的摩擦问题,提出采用永磁直线磁悬浮电动机来实现无摩擦进给。给出磁悬浮进给平台的结构以及进给平台的运行原理。该进给平台采用永磁直线磁悬浮电动机驱动,永磁直线磁悬浮电动机的动子上有两套绕组,一套绕组用于产生电磁推力,另一套绕组用于产生可控的磁悬浮力。采用Maxwell应力张量法推出了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型。用Ansoft对电磁推力和磁悬浮力进行了有限元分析,证明了采用永磁直线磁悬浮电动机实现直接驱动和无摩擦进给的可行性。     

磁悬浮减振器的双闭环控制策略研究

研究一种新型的磁悬浮减振器,它采用永磁铁和电磁铁构成混合式磁悬浮系统,利用磁铁间相互的斥力提供悬浮力,实现柔性减振。在系统模型的基础上,针对减振器磁悬浮系统的非线性、存在未建模动态和不确定性、模型不十分精确的特点,提出采用自抗扰控制器作为外环,PID控制器作为内环,构成双闭环反馈控制方案来实现稳定的悬浮、减振和对扰动的抑制。仿真分析和实验研究表明:采用此控制方案的磁悬浮减振器具有很好的动、静态特性和强抗扰性。     

固相块中微纳尺度Gd211粒子的控制及其对单畴GdBCO超导块材性能的影响

通过控制Gd211固相块烧结温度的方法,获得了系列具有不同显微组织结构的Gd211先驱固相块;在此基础上,采用顶部籽晶熔渗生长法,制备了系列单畴GdBCO超导块材。并对其熔渗生长前后之宏观形貌、显微组织结构、以及单畴GdBCO超导块材的磁悬浮力进行了研究。结果表明,只有当先驱固相块的微观结构满足：Gd211粒子均为球状或椭球状颗粒、平均粒径较小、气孔率适中的条件时,单畴GdBCO超导块材中的Gd211粒子平均粒径最小,样品的磁通钉扎力和磁悬浮力最大(约38.7 N,样品直径20 mm,测试温度77 K,永磁体直径20 mm,表面磁场0.5 T)。该研究结果对于如何从微观结构上控制固相先驱块和单畴REBCO超导块材中RE211粒子的形状、粒径大小、气孔率、以及提高其超导性能提供了科学的依据和思路。     

YBCO超导块材磁浮力的测试与分析

超导磁悬浮力（F^→）是YBCO超导块材应用研究的重要性能参数之一。影响其值大小的因素不仅与超导体的临界电流密度（Jc）、超导块的直径（r）和永磁体在超导体附近磁场梯度（dH／dZ）有关，也与测试方法有密切的联系。本研究测试了磁浮力与磁铁和样品的间距及磁浮力随保留时间的变化曲线。实验结果表明，磁铁在距样品5mm停留时，磁浮力随着保留时间的延长总的变化趋势是降低的，但逐渐趋于稳定，在30min后，样品磁浮力每10min内衰减率小于1％。     

高温超导体材应用进展和展望

评述了有关高温超导体材料应用的研究动向,着重介绍了高温超导传输和配电电缆、大电流引线、变压器、故障电流限制器、磁共振成像仪磁体、高温超导电机和超导磁性储能等热点项目的优势和国内外进展,并讨论了材料产业部门在此形势下,高温超导材料研制应有的对策。     

径向温度梯度对熔化生长大块YBCO超导体形貌及性能的影响

用实验的方法研究了径向温度梯度对熔化生长ＹＢＣＯ大块超导体形貌及性能的影响。结果表明，正的径向温度梯度有利于抑制ＹＢＣＯ大块超导体的成核数，制得的样品具有扇形形貌，晶畴区少而大，样品具有高的磁悬浮力。负的径向温度梯度则不然，制得的样品无规则形貌，晶畴区多且小，磁悬浮力低。对上述结果从理论上给出了定性解释     

一种新型燕尾槽导轨设计及其调整的方法实现

为了满足飞机垂尾加载试验设备在倾斜悬挂状态下沿导轨平稳运动,采用变形燕尾槽结构设计了一种新型导轨。导轨内设可调斜铸块,易于加工安装和调整间隙,抗震耐磨,具有更好的承受倾斜力及倾覆力矩的能力。该设计利用设备自身的伺服驱动器驱动加载设备移动,根据驱动电流曲线指导导轨的安装调整,使驱动电流峰值减少22%,提高了导轨的装配精度。