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。     

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YBCO块材临界电流密度与悬浮力磁滞的关系

高温超导磁悬浮车系统利用处于超导态的高温超导块材与永磁轨道相互作用产生的钉扎力使磁悬浮车稳定地悬浮于永磁轨道上方,块材的性能决定了悬浮力的磁滞特性。利用数值计算的方法计算悬浮于永磁轨道上方的YBCO块材的悬浮力,分析了临界电流密度与悬浮力磁滞及最大悬浮力的关系。结果表明,块材悬浮力磁滞随着临界电流密度的增加而减小,当临界电流密度增加到一定程度,悬浮力磁滞消失;块材最大悬浮力随临界电流密度的增加而增加,当临界电流密度增加到一定程度,最大悬浮力趋于饱合。     

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。     

YbBaCuo钎料钎焊高温超导块材

为了实现YBaCuO超导块材的大尺寸化,采用YbBaCuO钎料对YBaCuO高温超导块材进行了钎焊连接,分别测试了原始超导块材和钎焊接头的磁悬浮力,以评价钎焊接头的超导性能,并用SEM和能谱分析对钎焊接头的微观组织和成分进行了分析。磁悬浮力的测试结果表明,在本文工艺条件下,钎焊接头的磁悬浮力恢复比均可达原始块材的80%以上,甚至可达85.5%。SEM观察和能谱分析结果表明,在钎料和原始块材的界面之间,形成了一个明显的过渡层,过渡层的成分为(Y,Yb)混合相即(Y,Yb)-123相和(Y,Yb)-211相;在钎料的中部存在较多的小孔洞,是影响钎焊接头超导性能的主要因素。     

一种新型超导混合磁悬浮轴承的悬浮力特性分析

针对普通高温超导磁轴承刚度小、承载力低、悬浮间隙难以调节等不足,设计了一种由永磁体、超导块材及超导线圈组成的新型悬浮系统。在此基础上,利用临界态模型及商用有限元软件分析了其悬浮力随间隙变化的规律,通过分析对比,证明了仿真计算与实验测试具有良好的一致性。研究结果表明:引入超导线圈可提高轴承的承载能力,增大轴承刚度,便于调节悬浮间隙,有利于其高速稳定运行,同时还能降低系统的功耗。     

钕铁硼脉冲充磁过程的原理及参数变化分析

阐述了钕铁硼稀土永磁材料脉冲充磁过程的应用技术,分析了过程参数变化对充磁质量的影响,以及钕铁硼饱和充磁过程中存在的问题,从而对充磁夹具的选取达到磁体的饱和磁化,另外对几种不同牌号钕铁硼磁体充磁效果进行了比较。     

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。     

履带式船用水下观察机器人设计与吸附分析

为了解决船体壁面附着物及锈蚀检测不便等问题,对履带式船用水下观察机器人开展设计与吸附分析。基于设计指标和总体结构,建立机器人运动学模型,求解机器人在直线下滑和纵向倾覆状态下单块磁体所需的理论最小吸附力。利用Maxwell对磁体模型参数进行优化,并对履带组件上布置单块磁体、N-S正反充磁2块磁体和3块磁体分别进行仿真,确定采用N-S正反充磁布置。最后制造功能样机进行实验验证。结果表明：机器人静态不失稳主要取决于其纵向倾覆状态,陆上行走单块磁体理论吸附力要达到230 N,水下运动要达到140 N;磁体模型参数确定为背板厚度3.5 mm、磁体厚度13 mm、仿真及实验船板厚度5 mm;优化后单块磁体与金属壁面满足5 mm以内的接触间距,相邻两块N-S正反方向充磁布置,等效单块磁体与金属壁面满足6.5 mm以内的接触间距;搭建样机验证了机器人设计指标的有效性,同时利用刮泥板有效限制附着物厚度,磁体与金属壁面在接触间距内实现可靠吸附。     

MgB_2/Fe超导磁体磁场分布的数值分析

为了获得高分辨率的稳定清晰图像,用于磁共振成像(MRI)系统的超导磁体应在一定区域内产生高均匀度的磁场,而MgB2/Fe超导带材中的Fe包套材料的磁化作用会影响到空间磁场的分布。因此在设计基于MgB2/Fe复合超导带材的MRI超导磁体时,Fe对磁场分布的影响是需要考虑的关键问题之一。本文使用有限元方法计算MgB2/Fe超导带材的工程磁导率μeng,并在此基础上研究Fe的非线性磁化特性对磁体磁场分布的影响,可为MRI用MgB2/Fe超导磁体的应用提供分析方法上的依据和参考。     

基于数字系统的超导磁体失超电压检测

介绍一种基于数字系统的超导磁体失超电压检测方法,包括系统构成、用软件消除因励磁电流变化引起的感应电压对磁体正常区域电阻电压测量的影响等,以及该方法在单个磁体和多磁体系统中的应用。     

电阻焊接技术制备Nb3Sn-NbTi 混合超导接头

在强磁场超导磁体应用中,特别是具有高稳定度高场超导磁体,具有极低电阻的超导接头发挥着重要作用。通过电阻焊接方法制备了Nb₃Sn 和NbTi的异种材料超导接头。首先通过烧结法制备了Nb₃Sn的超导接头,然后通过电阻焊接将Nb₃Sn超导接头与NbTi超导体焊接成型。分析了Nb₃Sn超导接头制备过程中Nb₃Sn的微观组织结构和相变。利用无损检测CT对接头结构进行三维重构,分析了Nb₃Sn 和NbTi超导接头内部的缺陷和2种不同材料间的微观连接状态。最后,在背景磁场下对超导接头的电阻性能进行了测试和研究。结果表明,与传统超导焊料制备的超导接头相比,电阻焊接制备的超导接头显示出良好的耐磁场性能,在1.5 T背景磁场下具有较低的电阻值。     

径向型超导轴承的计算和实验研究

针对应用于离心式氦气冷压机的径向型高温超导磁悬浮轴承,给出了永磁转子磁场计算和结构设计方法,并开展了轴承径向力和径向刚度的计算研究,搭建了超导轴承性能测量平台,开展了轴承转子空间磁场测量和轴承性能测试。计算和测试结果表明,磁场计算方法可行,且结果准确,在距离永磁转子外表面1 mm处的最大外磁场强度约为0.5 T。轴承径向力在场冷和零场冷条件下的计算结果均随转子偏心量的增大而增大,与测试结果在线性度和趋势上具有很好的一致性。本文实验轴承径向刚度测试值为362.4 N/mm,与场冷条件下的径向刚度计算结果334.594 N/mm接近。本文所述的径向轴承磁力计算方法可用于超导轴承径向刚度的定性计算和设计,对超导轴承的应用研究具有一定的指导意义。     

Design of a 400 N and 12 mm Mechanical Air Gap High Temperature Superconducting Linear Synchronous Motor

The static thrust output on a superconducting coated conductor coil at different excitation and alternating current suspended above a three phase alternating current long-stator comprised of copper coils is presented. Excitation current up to 45 A was applied through the superconducting coil acting as the excitation system of the superconducting linear synchronous motor (SLSM), alternating current up to 9 A was applied to the armature and magnetic air gaps of 10 and 15 mm were investigated for four differen...     

35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器的高温超导磁体

介绍了35kV/90MVA饱和铁心型超导限流器中超导直流励磁磁体的仿真、设计、制作及相关实验,该磁体使用了17.6km超导带材,额定安匝数为141000安匝。利用磁场仿真计算获得磁场分布,并根据磁场分布及超导带材磁场下Ic的衰减特性,采用多饼串并联结合的方法优化磁体设计,既降低了磁体中的感应电压,保证了磁体的励磁能力,增强了磁体的稳定性,又节约了材料与成本。通流实验和磁场测量检验了设计方法的正确性,证实了磁体通流能力满足设计要求。     

超薄超导材料特性及应用

介绍和讨论低温和高温超导超薄材料的制备及超导特性,并和普通非超薄超导材料特性相比较。超薄超导材料可以用于制备超导单光子探测器(Supercon ducting Single Photon Detector,简称SSPD)和超导热电子测辐射热仪(Superconducting Hot Electron Bolometer,简称SHEB)。详细分析并讨论其应用。     

超导磁悬浮涡旋电流元模型磁场分布特征

通过详细分析超导磁悬浮特征,论述了各理论模型与实际应用情况存在的偏离,其原因在于理论上为超导体设置边界,从而严重限制了超导体对外磁场的动态响应。为了避免这种缺陷,文中取自然边界,并将涡旋电流(VC)作为独立的微磁场源与外磁场相互作用,运用基本电磁场理论描述超导磁悬浮特征。经过严格推导,给出了超导磁悬浮系统的磁场分布表达式。对测量结果进行反演,有望为超导透析技术奠定理论依据。