行波磁场中高温超导电动悬浮磁体的热性能研究EI北大核心CSCD

地面线圈的交变磁场会在超导电动悬浮磁体中感应出涡流,产生涡流损耗,导致磁体温度上升。该文研究地面推进线圈产生的行波磁场对车载高温超导磁体热性能的影响,首先介绍高温超导磁体和推进线圈结构,分析行波磁场空间分布特征;搭建高温超导磁体热性能测试平台,测量行波磁场激扰下超导磁体内关键组件的温度分布,揭示各组件温度耦合关系;最后探究行波磁场频率和峰值对磁体温升的影响规律。结果表明,行波磁场激扰下,超导线圈的温升可忽略不计,但辐射屏温升显著,进一步使超导电流引线温度升高,增大电流引线失超风险,为此提出2种方法来限制电流引线温升。该研究成果可为高温超导悬浮磁体低温结构和电流引线的设计提供参考。     

Halbach型磁钢的永磁电机气隙磁场解析计算

随着稀土材料价格上涨、永磁电机成本增加,合理的设计Halbach磁体结构,可充分挖掘Halbach永磁电机磁钢的潜力.分析了每极三块的Halbach磁体磁化规律,建立了Halbach型永磁电机气隙磁通密度的解析模型,该解析法计算的气隙磁场与有限元方法计算结果吻合,验证了解析模型的正确性;研究了充磁角度对气隙磁通密度的影响,结合充磁角度传统计算公式,给出了极间有间隔的Halbach磁体充磁角度的计算公式;通过解析模型分析极弧系数和极对数对Halbach永磁电机气隙磁通密度切向分量的基波幅值和波形正弦性畸变率的影响,给出不同极弧系数、充磁方式和极对数时Halbach永磁电机气隙磁场的变化规律.     

基于组合优化方法的螺线管型超导磁体的建模和电磁优化

本文针对目前超导应用系统中广泛采用的螺线管型超导磁体的设计问题,提出了综合考虑磁体储能、漏磁和体积的优化问题.以单螺线管磁场计算为基础,用矢量叠加的方法计算多螺线管磁体的漏磁和最大磁场,从而建立了用于优化的螺线管型超导磁体的电磁模型.借助多学科优化设计软件Isight,采用全局搜索和传统数学规划相结合的优化方法,对所建立的电磁模型进行了优化计算.结果表明应用这种组合方法进行螺线管型超导磁体电磁优化,能取得满意的结果.     

高电流密度超导储能磁体的研制

分析了不同结构超导储能磁体的特点,针对储能量为MJ量级的超导储能磁体计算了漏磁场分布和超导材料的利用率,提出了储能为1 MJ的单螺管型超导储能磁体的设计方案。采用窄液氦通道技术,利用多芯NbTi/Cu复合超导线,研制了储能量为1 MJ的紧凑型超导储能磁体。磁体内径为439 mm,外径为600 mm,高为550 mm。在运行电流为305A时,磁体的最大磁场为4.9 T,中心磁场为4 T。对超导磁体的试验结果表明,磁体的最大运行电流为303 A,放电功率为100 kW。研制的超导储能磁体可作为恒压/恒功率放电的不间断电源的关键部件。     

高温超导磁体稳定能力的理论估算

本文定义了超导磁体的稳定能力，研究了影响稳定能力的因素；分析计算了７７Ｋ和４．２Ｋ两种高温超导磁体的稳定能力并将它们与低温超导磁体的稳定能力进行了比较。结果表明高温超导磁体具有比低温超导磁体高得多的稳定能力，因此，稳定化问题在高温超导磁体中并不像在低温超导体中那样突出。     

强磁场实验装置中脉冲磁体电阻变化模型

因脉冲磁体的电阻受电流、电阻率、比热容等多因素影响呈非线性变化,为在磁体电源设计、磁场波形调节和磁体设计时,准确模拟脉冲磁体的电阻变化,依据迭代计算的数学思想,以Pspice电路仿真软件为平台,建立了脉冲磁体的电阻电路模型。磁体的电压、电流和温度变化等模拟结果与实验结果吻合的很好,证明所建立的脉冲磁体中电阻模型的正确性。该模型可作为在脉冲磁体电源设计、磁场波形调节和磁体设计时研究脉冲磁体电阻变化时的工具。此电路模型还可应用于研究类似的电阻非线性变化情况。     

一种永磁磁体外部特殊磁场区域的构建问题

单边开放式永磁型磁共振磁体结构的研究是一个全新的电工课题.本文基于鞍点理论,探索永磁磁体外部一侧构建均匀磁场区域的可行性问题,并根据可行性要求,通过对单边电流线圈结构的分析,给出一种单边永磁磁体结构方案,并应用一种数值法与半解析法相结合的混合算法分析这种特殊磁体结构的磁场.数值仿真结果表明,本文提出的永磁磁体结构能够较好地在磁体外部构建符合成像要求的薄片形磁场区域.鞍点理论在单边开放式MRI磁体结构设计中的成功应用,为单边永磁MRI磁体结构的分析提供了可靠的理论依据,而磁体外部特殊磁场区域的成功构建,为介入式磁共振系统的研究准备了条件.     

超导限流储能系统的磁体结构优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)的能量以磁场的形式存储在超导磁体中,因此漏磁场对于变电站的电磁干扰问题成为影响其应用的关键问题之一。文中对用于SFCL-MES的多种磁体结构的漏磁场进行了分析与优化,以选择合适的磁体构型,便于SFCL-MES安装在变电站中。首先对于超导限流储能系统磁体的漏磁场进行了勒让德多项式分析。在此基础上,对于多种磁屏蔽型磁体构型,包括同轴同心、轴向排列、轴线平行组合磁体结构,以减小漏磁场和所用的超导线材最少为目标,给出了优化模型,并采用序列二次规划（SQP）方法对模型进行求解。最后对优化结果进行了比较分析。     

超导限流储能系统的磁体结构优化

超导限流储能系统(SFCL-MES)的能量以磁场的形式存储在超导磁体中,因此漏磁场对于变电站的电磁干扰问题成为影响其应用的关键问题之一.文中对用于SFCL-MES的多种磁体结构的漏磁场进行了分析与优化,以选择合适的磁体构型,便于SFCL-MES安装在变电站中.首先对于超导限流储能系统磁体的漏磁场进行了勒让德多项式分析.在此基础上,对于多种磁屏蔽型磁体构型,包括同轴同心、轴向排列、轴线平行组合磁体结构,以减小漏磁场和所用的超导线材最少为目标,给出了优化模型,并采用序列二次规划(SQP)方法对模型进行求解.最后对优化结果进行了比较分析.     

脉冲磁体的电感计算

与有限元法相比,解析算法具有建模简单、可移植性强、计算效率高等优点,所以磁体设计时一般采用解析法计算其电感值。本文将主要讨论绕线磁体和铜皮磁体等两种磁体的电感解析计算方法。一般磁体电感的解析计算法,存在较多重复计算,使计算时间长、计算效率低。本文提出了一种改进计算方法,它剔除了重复计算步骤,可使计算效率大大提高。本文还依据安培环路定律和能量守定律推导出了一种解析铜皮磁体电感的计算方法,将每层铜皮逻辑划分为多匝,按绕线磁体计算,再将所得电感值经过折算便可得铜皮磁体的真实电感值。     

考虑实心体涡流影响的笼型实心转子电机起动工况导条电流分布的解析计算

笼型实心转子感应电机实心体与导条感应电流相互耦合,尤其是两极电机起动时,实心体涡流对导条电流分布产生很大影响,使导条电流密度由槽口至槽底呈现先减小后增大的不对称U型分布.传统计算方法会导致转子参数计算误差较大,严重影响电机设计的准确性.该文建立考虑磁场饱和效应的二维多层电磁场解析模型,求解两极笼型实心转子感应电机起动工况下的磁场分布.在此基础上,计及转子铁心轭部感应电流影响,建立转子导条电流解析计算模型,并求解电机在起动运行时笼型导条电流密度的分布.最后,通过与有限元仿真结果对比,验证不同电压下起动时,所求解的导条电流密度分布规律的准确性.结果表明所提出的计算方法适用于包括两极电机在内的各种极数笼型实心转子感应电机,为该类电机起动参数及性能的准确计算提供了参考.     

高温超导磁通泵研究进展与发展趋势

高温超导磁通泵是一种基于电磁感应定律的高温超导磁体无接触式供电设备,可在没有任何直接电接触或物理接触下将磁通量泵入超导闭环线圈,以补偿高温超导磁体系统衰减的电流并确保磁体磁场稳定性,从而使高温超导磁体能够工作在持续电流模式下,为实现稳态强磁场提供技术支持.超导磁通泵未来能够替代昂贵的高温超导磁体电流引线,在减小体积和重量的前提下有效提高无线电源设备的能效及可靠性,降低超导磁体带材使用量及制冷机功率,极大地推动高温超导磁体的广泛应用,将对航空航天、国防军事、轨道交通、生物医疗、高能物理等工程应用领域的技术革新做出贡献.本文总结了不同类型高温超导磁通泵的设计方案、技术特点以及最新研究进展,对比分析了各类型超导磁通泵的优缺点与应用前景,阐述了磁通泵在超导磁体及超导电机等应用领域中的潜在发展趋势,为高温超导磁体无线直流电源技术提供了理论支持与技术展望.     

高温超导体的各向异性对超导磁体稳定性的影响

本文通过建立高温超导体临界电流对磁场方向的各向异性的临界态模型，分析了各向异性对超导磁体稳定性的影响。结果表明，磁场方向与电流方向夹角不同，则稳定极限也不同，并且带材矩形截面的长与宽在稳定化条件下，各向性使得它们的取值有相互联系。     

核磁共振成像超导主磁体设计及分析

本文论述了不同结构的核磁共振成像超导主磁体设计的原理与计算机算法。编出的设计程序考虑了超导体的超导特性、磁场均匀性要求、磁体的经济性以及磁体结构选择等各方面的因素。用此程序对一系列具有不同磁体结构、不同中心场强、不同孔径要求的MRI超导主磁体进行设计计算及分析,获得了一些对实际设计MRI超导主磁体有参考价值的数据。此外,该程序还适用于其它具有圆柱对称性的高均匀度超导磁体的设计计算。     

高精度TMR加速度计中圆柱磁体空间磁场线性区间的计算与仿真

基于高灵敏隧道磁电阻的高精度加速度计中,圆柱磁体数学模型的确定和探寻磁体空间磁场分量线性分布区间是实现加速度高精度测量的关键。针对这个问题,采用磁体空间磁场分布的理论解析计算方法,对磁体空间磁场的分布进行了矢量分解,重点分析计算了磁体外空间磁场的线性分布范围。采用MATLAB软件,获得了磁场各分量在轴向和径向上的变化规律,找出了线性分布的最佳空间位置,并运用COMSOL软件进行验证。依据计算结果,总结出了磁体空间磁场分量的线性区间宽度、径向分量最大值、灵敏度这三者与磁体尺寸、磁化强度、空间位置之间的变化关系,为高精度隧道磁电阻加速度计的设计提供理论依据。     

Halbach磁体中柱面匀场线圈的设计方法

Halbach磁体场强高、体积小,是永磁台式核磁共振波谱仪的理想磁源。为开发高分辨永磁台式核磁共振波谱仪,需要使Halbach磁体的磁场达到高度均匀。引入在超导磁体中被广泛使用的鞍型线圈,设计了一种由鞍型线圈组成、能够对Halbach磁体的横向磁场进行补偿的柱面匀场线圈。仿真和实验结果证明了设计方法的正确性。     

柔性类圆芯准各向同性高温超导导体屏蔽电流场特性研究

由稀土(rare earth,Re)、钡(Ba)、铜(Cu)、氧(O)元素组成的第二代高温超导带材,统称为REBCO带材,因其高临界电流密度、良好的机械强度和电磁性能,在高场磁体中有着广泛的应用前景。然而,当REBCO带材处于变化的外磁场中时,磁场的垂直分量会穿透带材的宽度部分,产生分布不均匀且随时间变化的屏蔽电流场,这会对高精度的高场磁体产生较大影响。该文提出一种柔性类圆芯准各向同性高温超导导体的结构,利用有限元分析的方法计算其在77K不同外磁场方向、不同磁场幅值及不同励磁速率下的屏蔽电流场特性。然后,在与仿真条件相同的情况下对导体样品进行实验,实验结果与仿真结果相吻合。该文的研究结果可为柔性类圆芯准各向同性高温超导导体在今后的高场磁体设计中提供参考。     

基于等效面电流法表面贴磁圆筒型永磁直线电机磁场研究

气隙磁场是表面贴磁式圆筒型永磁直线电机的重要参数,它对该种电机的推力密度、效率等性能影响很大。通过建立等效面电流模型得出了计算气隙磁场的准确解析公式,再与有限元法计算结果进行对比,得出了该解析法有效的结论。     

基于比较电压法的超导磁体临界电流测试

临界电流是衡量超导体载流能力的重要参量.在超导磁体线圈的临界电流测试实验中,励磁升流速率产生的感应电压幅值较大,对临界电流的判断产生了影响.超导磁体线圈轴向磁场分布不均匀,导致线圈中各部分的临界电流也分布不均,故超导磁体线圈的总电压作为研究其是否达到临界态的判据不精确.本文基于四引线临界电流测试方法,结合失超检测消除各...     

二极管在HERA超导磁体失超保护中的应用

本文介绍二极管在HERA质子环超导磁体失超保护中的应用。二极管与超导磁体并联,在磁体失超时它将分流磁体电流以保护超导磁体,二极管装置安装在磁体低温容器中并在液氦温度下运行。总共有246个四极磁体的二极管装置和465个二极磁体的二极管装置在液氦温度下进行过试验。本文还将介绍对失超保护用二极管的技术要求,二极管装置的装配与试验以及磁体失超时二极管的保护效果。实验表明,二极管作为HERA超导磁体失超保护是可靠和令人满意的。