高温超导磁悬浮轴承的研究进展

当永磁体在高温超导体附近时,部分磁力线进入超导体内,由于磁通钉扎作用,永磁体无需控制而稳定悬浮,这种悬浮特性称为无源自稳定性。这种特性的重要应用之一就是高温超导轴承。由于具有无源自稳定性、无摩擦、低损耗等优点,高温超导轴承越来越受到国内外关注,成为研究的热点,已经应用在飞轮储能、高速旋转机械等重要领域。本文介绍了高温超导悬浮轴承的工作原理,比较了轴向型和径向型高温超导轴承的结构特点,详细地说明了国外研究进展和国内的发展现状,探讨了高温超导轴承当前的研究热点和应用领域。     

小型飞轮储能系统高温超导磁悬浮轴承

介绍了采用氧化物超导体钇钡铜氧(YBCO)准单畴块材作为定子构件、钕铁硼永磁体作为转子构件的立式全超导磁悬浮轴承初步研究结果。其中,转子系统由转轴、永磁体和飞轮共同组成,在三相调频感应电机驱动下,转子系统最高试验转速可达15 000r/min。初步测试结果 (0~200Hz)显示,在转动频率f0接近25Hz系统发生共振,共振时转子最大径向摆动约为±170?m。在35~200Hz范围内转子运行状态稳定,最大径向摆动约为±50?m。实验结果显示,超导磁悬浮轴承转动损耗主要来自磁滞损耗和涡流损耗,而磁场分布不均匀性与超导定子材料的磁通蠕动可能是导致转动损耗的主要原因。     

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

无源高温超导磁浮轴承磁悬浮力的计算

本文应用有限元方法和超导临界态理论，推导了高温超导体电流分布和电流密度计算方程。由高温超导体电流计算了高温超导磁浮轴承悬浮力。利用实验测量结果验证了此方法的有效性。     

高温超导飞轮储能系统研究现状

高温超导飞轮储能系统具有功率密度高、控制简单、效率高、寿命长、环境友好等优点,未来在可再生能源发电、地铁制动能量回收、大功率脉冲电源、电力系统电压稳定等方面具有广阔应用前景。本文介绍了高温超导飞轮储能系统的原理结构、国内外的研究现状、亟需解决的关键技术问题及未来的发展趋势。     

磁悬浮轴承的研究进展

磁悬浮轴承是以磁场力承载转子,保持处于悬浮状态,并且定子和转子之间无直接接触的新型轴承。介绍了磁悬浮轴承的分类,对磁悬浮轴承的国外内研究进展进行了论述,并对典型关键技术进行了分析。     

磁悬浮轴承发展及其研究综述

磁悬浮轴承是一种通过电磁力使得定转子间无摩擦的新型轴承,具有无摩擦、无油污、噪声小和使用寿命长等优点,因此受到国内外学者广泛的研究。本文首先介绍了磁悬浮轴承主要分类;然后对国内外的现有技术及已有成果进行了简要综述;接着从磁轴承的参数设计与优化、驱动技术、控制技术、转子位移检测技术等四个方面进行了介绍;最后对磁轴承未来的发展趋势进行了展望和总结。     

磁悬浮无轴承异步电动机仿真

阐述了磁悬浮无轴承电机的基本状况，分析了磁悬浮无轴承异步电动机悬浮力产生的机理，按照气隙磁场定向控制设计了控制系统，将磁悬浮无轴承异步电动机等效成两台普通电机一转矩电机和悬浮力电机，建立了仿真分析模型，并进行了整个电机系统的仿真。     

高温超导磁悬浮力三维测量系统设计

高温超导磁悬浮因其独特的无源自稳定优势,在高速轴承、轨道交通和飞轮储能系统等领域有着广阔的应用前景。 为 了探究高温超导磁悬浮系统的悬浮特性,设计了一种适用于测量磁悬浮轴承悬浮特性的高温超导磁悬浮力三维测量系统。 首 先,基于伺服驱控的三轴联动直线模组与三轴力传感测量单元设计了测量系统硬件部分,利用 LabVIEW 设计了数据采集单元, 以实现数据连续采样及其图像化。 其次,在恒载和永磁悬浮系统下,对高温超导磁悬浮力三维测量系统的测量精度进行校验。 最后,建立了超导体-永磁悬浮系统有限元模型,仿真并测量了高温超导体在零场冷和场冷条件下的悬浮力特性,仿真与测量结 果保持基本一致。 结果表明,该测量系统具有测量精度高(0. 5%),三维空间定位准确( ±0. 02 mm),被测对象相对运动时三轴 力同步测量(最大悬浮力 500 N,导向力 200 N)等特点。     

无轴承永磁薄片电机磁悬浮机理研究

无轴承薄片电机采用无轴承技术实现径向两自由度的悬浮，同时利用磁阻力实现除径向和转子转动自由度外的另外三个自由度悬浮。文章介绍了无轴承永磁薄片电机的基本悬浮原理，利用等效磁路模型推导出径向悬浮力解析表达式并以有限元仿真对其作了验证，并介绍了在此基础上的控制方法。     

高温超导输电电缆的发展现状

高温超导(HTS)电缆具有低损耗、大容量、无污染等优点,是智能电网基础技术之一,已在电力系统中已受到越来越多的关注.笔者介绍了HTS电缆的结构、特点及性能优势,阐述了HTS电缆在国内外的研发概况,指出了HTS电缆的未来重点应用领域.在此基础上,指出了HTS电缆在智能电网中应用尚需解决的技术性、经济性及工程适用性等方面的...     

永磁偏置磁轴承的研究现状及其发展

永磁偏置磁轴承是飞轮储能和涡轮分子泵等高速应用领域的一个重要研究内容.本文对永磁偏置磁轴承的研究现状及其未来发展进行了详细阐述.将永磁偏置磁轴承分为轴向单自由度、径向两自由度、轴向-径向三自由度及五自由度磁悬浮系统分别进行研究,研究其结构形式,绘制结构示意图,结合磁路图分析其工作原理,比较同类磁轴承优劣,指出其应用场合.对永磁偏置磁轴承的未来发展进行了研究,提出了众多结构形式的永磁偏置磁轴承,功耗低、结构简单、控制方便的永磁偏置磁轴承将是未来研究的主要方向.     

高温超导电缆及其低温绝缘研究现状

概述了世界上高温超导电缆的研究历史和现状,介绍了高温超导电缆本体的基本结构及绝缘要求,分析了高温超导电缆主绝缘的结构及存在的问题。针对高温超导电缆中使用的液氮和几种低温固体绝缘材料,分别介绍了其在低温环境下介电性能的相关研究进展。总结发现：液氮的击穿场强受到气泡和电极材料的影响;液氮下绝缘材料的直流击穿场强高于交流击穿场强;聚酰亚胺在液氮下的交直流击穿场强高于聚丙烯层压纸;低温会抑制环氧树脂中电树枝的生长。     

高温超导磁悬浮系统可控特性研究

本文利用实验装置研究高温超导磁体在磁悬浮系统中应用的可能性。通过一个简单的高温超导磁悬浮实验系统,证明了以高温超导线材（Bi系）绕制的磁体可以实现稳定的悬浮控制。同时,通过合理的控制器设计,闭环系统可以实现很强的对负载变化的鲁棒性。另外,在实验中还发现高温超导磁体在控制时表现出和普通磁体不同的一些特性。主要体现为当闭环系统处于稳态时,在没有任何显著外部干扰作用的情况下,控制器的输出有较大幅度的阶跃性变化。这些现象为进一步的研究提供了方向。     

高温超导船用推进电动机的发展和现状

超导体在超导状态下可以产生大电流和强磁场,超导电机就是利用超导技术及材料研制的一种高性能的电机,因而超导电机具有低损耗、体积小、大功率和高转矩等优良特性,这对于空间和重量严重影响整体性能的船舶,尤其是对军舰、潜艇具有巨大的应用前景.主要阐述了船用高温超导电机的特性及代表世界先进发展水平的船用推进高温超导电机,指出了基于高温超导技术的船用推进电机的优越性,最后总结了高温超导电机应用前景及发展趋势.     

高温超导电机转子冷却技术的研究

本文针对高温超导电机关键技术之一的转子冷却技术,从旋转管道流动和池沸腾的基本理论出发,对现有的集中式旋转热管、浸泡式冷却方式和三种新型的冷却方式即:分布式旋转热管、分层开放式蒸发冷却和旋转管道蒸发冷却,总结并建立了分别适用于这些转子冷却方式的沸腾换热模型;另外对于旋转管道蒸发冷却的流体动力学问题,参照静止两相流流动阻力的计算模型来分析这种冷却方式的流动阻力。在模型计算、载荷和漏热等边界条件基础上,采用ANSYS温度场静态计算模块对各种冷却方式进行了仿真,得到各种工况的温度分布。建立了一台能实现五种高温超导电机冷却方式的综合性实验平台,对五种冷却方式进行了详细的换热和流动的实验研究,从温升和分布均匀度而言,浸泡式冷却的效果最好,其他几种方式次之。同时对比实验数据与仿真结果,表明理论模型能较为准确地预测实验结果。     

超导磁储能系统发展现状与展望

超导磁储能(superconducting magnetic energy storage,SMES)技术具有响应时间快、功率密度高、生命周期长等特点,在电网电压质量调节、频率控制、脉冲负载供电等方面具有重要的应用价值,被列为《能源技术革命创新行动计划(2016—2030)》之先进储能技术的主要突破方向。介绍了SMES的系统组成原理和系统先进性,概述了SMES在电力系统、舰船供电等场景的应用,综述了SMES近期有代表性的大型项目和研究状态,并从特性互补、提高性能的角度讨论了2种与氢电池和电化学电池组合使用的SMES混合系统。最后,指出了SMES发展和大规模应用所面临的几点挑战,并给出了相应的应对策略。     

力耦合特性对混合式磁轴承的影响

针对径向被动、轴向主动的混合式磁轴承(HMB)出现径向、轴向同时失效的现象,从力耦合的角度对其进行分析。将定子等效为两个对称的半圆盘,利用矢量叠加原理,建立了推力轴承的力耦合方程。并针对矢量叠加方式较难显性表述力耦合与刚度之间关系的缺点,将推力轴承等效为两个对称的半圆形轴承,利用轴向力的线性化解析方法,得到了HMB实现稳定悬浮需要满足的前提条件,并进一步得出了HMB的外载荷刚度。利用深沟球轴承的静态受力模型,建立了转轴的运动方程。结果表明,在转轴的运动方程中增加力耦合模型后,仿真分析与实验结果吻合较好。     

高温超导电机的发展与研究现状

20世纪90年代初，随着高温超导（HTS）材料实用特性的改善，HTS电机技术逐渐发展起来。已研制的HTS电机包括HTS直流电机、同步电机、异步电机、直线电机，以及HTS磁阻、磁滞、永磁电机。尤其是从21世纪初开始，该技术得到了快速发展，取得了一系列重大成果。详细叙述了HTS电动机和发电机的发展过程，总结了HTS电机的优点及其应用前景。