永磁轨道磁场不平顺对YBCO高温超导块材温升行为的影响

永磁轨道磁场不平顺激扰下YBCO高温超导块材的内在动态温升行为对高温超导钉扎磁浮热稳定性及列车运行可靠性研究具有重要意义。本文基于自主研制的超导磁浮动态测试装置SCML-03搭建了超导块材温升检测平台,研究了不同运行工况时永磁轨道磁场不平顺激励下YBCO块材内部温升行为规律。实验表明,在不同速度磁轨磁场不平顺的动轨条件下,YBCO块材内部温度均表现出先快速升高而后逐渐趋于稳定的趋势,YBCO块材内部关键点的温升在0~3 K范围内波动;此外建立了永磁体磁化强度与空间磁场的数学关系,实现了对真实永磁轨道磁场波动的模拟,基于Comsol Multiphysics有限元软件构建了真实动轨磁场不平顺下高温超导块材电磁-热-力多物理场耦合仿真模型。实验对比验证了磁轨磁场不平顺模拟方法和多场耦合模型的有效性,为下一步研究高温超导钉扎磁浮磁轨不平顺设计限值标准提供了前期基础。

永磁轨道参数优化和悬浮力特性研究

面向高温超导钉扎磁悬浮列车,提出了一种利用田口正交方法优化永磁轨道参数的方法,通过有限元法研究了Halbach型双峰永磁轨道的尺寸对磁场的影响,以综合磁场性能最佳为目标对影响因素进行了优化。基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导体的方法(简称等效处理方法),并通过实验数据验证了该方法的正确性。研究结果表明,永磁轨道截面高度对平均磁感应强度和单位质量平均磁感应强度的影响远超截面宽度对它们的影响,纯铁厚度为非显著影响因素;基于等效处理方法得到的悬浮力随悬浮间隙的减小而增大;优化永磁轨道提供的悬浮力为实验永磁轨道提供悬浮力的1.5倍,悬浮刚度随高温超导体行数的增大迅速增大。

多块YBaCuO高温超导体在永磁轨道上的悬浮力

】报道了多块 YBa Cu O高温超导体块材的不同组合方式在永磁轨道上的磁悬浮力的实验研究结果 ,实验研究证明不同的组合方式对其悬浮力的影响较大。作者分别研究了四块 YBa Cu O高温超导体块材以不同的组合方式在永磁轨道上的悬浮力 ,并进行了分析比较 。

永磁轨道磁感应强度计算方法

基于分子电流环模型,利用毕奥·萨伐尔定律建立了能够实现单块永磁体磁感应强度分布的三维模型;通过坐标变换的方法,得到可描述任意大小永磁体组合的磁感应强度分布的模型。以Halbach型永磁轨道作为研究对象,建立了完整的三维计算模型。通过对比分析,得到磁感应强度的解析解、实测值以及有限元解的一致性结果,肯定了模型的正确性。

基于超导块材磁刚度特性的永磁轨道优化设计

目前高温超导磁悬浮实验车使用的是单极永磁轨道(PMG)。为了提高磁悬浮车的运行稳定性,人们做出了大量的研究。磁悬浮刚度是设计优化高温超导磁悬浮车的一项很重要的参数。文中研究了七块YBCO块材阵列在两种结构不同的永磁轨道上方的竖直方向刚度和横向力刚度的特性。通过比较测试结果,得出七块YBCO阵列与双极型永磁轨道组成的磁悬浮系统在系统运行稳定方面性能更优的结论。

三种永磁轨道上YBCO的高温超导磁悬浮性能

文中涉及三种不同结构的永磁轨道,实验比较了7块Φ30mm的高温超导块材在三种永磁轨道上方不同场冷高度下的悬浮力的大小,并且通过研究三种永磁轨道的磁场分布情况,比较三种永磁轨道上表面同一高度处的磁场强弱分布,对实验结果进行了分析,讨论了实际运用中如何设计选择适宜的轨道。

基于永磁轨道制动装置的制动系统研究

制动系统是一个多部件、多种制动方式相结合的系统,其动态特性复杂,且制动性能直接影响整车的性能和行驶安全性。永磁轨道制动装置与传统轮轨黏着制动装置相比有较大差别。其制动力施加不受轮轨黏着影响,一旦驱动施加后,依靠永磁体产生的磁场吸力,不受断电、压缩流体的影响。采用电制动为主、磁轨制动系统为辅的制动方式,可以有效缩短制动距离,缓解主制动方式的工作状况,提高制动系统使用寿命。多制动系统的联合控制可使多种制动方式协同工作,发挥互补作用,提高列车的制动安全性和行驶可靠性。

永磁轨道不同组合方式的磁场分布研究

针对高温超导体具有良好的自稳定磁悬浮特性,为促进高温超导体在磁悬浮轨道领域的应用,通过实验研究了永磁轨道磁路块的不同组合方式对其磁场分布的影响,分析了在永磁轨道不同组合方式下的磁场分布时超导列车所出现的平稳运行、倾斜、震荡、停止运行等一系列工况,根据实验结果设计建立了一种可实现不同状态的磁悬浮列车轨道演示模型,为高温超导磁悬浮应用系统的设计提供实验依据。

现代有轨电车永磁轨道制动装置3D仿真分析

基于永磁轨道制动工作原理及结构组成,运用Ansoft Maxwell仿真软件,对现代有轨电车的永磁轨道制动装置进行三维仿真建模;对磁轨装置的完全缓解状态、初始制动状态、摩擦制动已建立状态及初始缓解状态进行研究分析。仿真结果从磁场强度、电磁吸力、漏磁等方面验证了磁轨装置的制动吸力和缓解残余吸力满足要求;同时也验证了磁轨装置在不同工作位时对钢轨侧向力无影响,不影响列车动力学性能。

基于FBG和EMD的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁应力检测技术研究

提出一种基于经验模态分解方法(EMD)的悬挂式永磁磁浮轨道厢梁光纤布拉格光栅(FBG)应力检测技术,用于检测过车时轨道厢梁应力,检测应力是否在安全范围内,保证行车安全性和平稳性。考虑到强磁场以及电磁干扰影响,采用轨上无电的FBG光栅传感应力检测方案,在上/下导向轮行径位置处分别布置一个测试点。FBG测试点受低频挠曲应力和高频导向轮应力双重作用,采用EMD方法分离两种应力,实验结果表明过车应力测试结果符合预期,可以有效确保轨道厢梁健康以及车辆的行驶安全。

轨道交通车辆永磁同步牵引系统断电区穿越控制策略

永磁同步牵引传动系统是轨道交通车辆稳定运行的重要组成部分,由于车辆经过断电区时,供电系统会出现短暂失电而引起母线电压突变,对牵引系统造成电流冲击以及LC振荡,甚至触发系统发生重大故障,影响系统运行。为使车辆能够平稳穿越断电区,该文通过建立轨道车辆永磁同步牵引系统穿越断电区的等效电路,推导出系统进入断电区前后的数学模型,并在此基础上提出一种通过整流发电稳定母线电压穿越断电区的控制策略,避免关闭牵引系统和断开主接触器,同时降低驶离断电区时母线电压突变,从而减小牵引系统的冲击及振荡。仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。

永磁轨道外磁场横向不对称分布特性

研究了永磁轨道外磁场的横向不对称分布对高温超导(HTS)磁浮系统悬浮稳定性的影响。采用有限元软件COMSOL Multiphysics,建立HTS磁浮系统的理论仿真模型,求解永磁轨道外磁场横向分布及YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温超导块材的静态悬浮力。进一步设计搭建三轴运动实验平台,通过相应的测试设备,依次对永磁轨道外磁场、表面轮廓的横向分布及YBCO超导块的静态悬浮力进行测量。仿真与实验结果表明,实际PMG的表面沿横向不平整,相邻永磁之间存在间隙和不同的磁体损伤,导致了横向磁场不对称分布,结果使YBCO超导块在偏离永磁轨道中心对称位置处的静态悬浮力存在差异。

任意倾斜角度下的永磁导轨感应磁场解析计算

平行移动式自稳定高温超导块材磁悬浮数值模拟计算包括永磁导轨感应磁场的计算。无限长的永磁轨道结构具有多样性。通过对称分布永磁轨道磁场的解析计算导出了任意倾斜角度下永磁轨道磁感应强度解析计算方法。采用此方法,成功计算出了多块交错排列的Halbach结构永磁轨道的感应磁场计算。采用该方法和商用Ansoft软件的有限元法分别对Halbach永磁轨道磁场进行了计算,对比计算结果表明,此方法是可行的,并且计算效率也远优于有限元法。

现代有轨电车电磁轨道制动方式初探

对轨道交通车辆非黏着电磁制动方式进行了研究,对国内外电磁制动方式的工作原理及优劣点进行了调研。相较于线性涡流制动的电磁吸力影响构架强度且低速时涡流制动力衰减,永磁轨道制动方式以其无电工作、制动力稳定等特点,适用于现代有轨电车。

永磁导轨磁场的三维有限元计算及纵向磁场不均匀性分析

在高温超导磁悬浮车永磁轨道中,由于轨道的连接处存在缝隙,将影响永磁轨道纵向磁场的分布。文中用CEDRAT公司的Flux3D电磁计算软件,建立了高温超导磁悬浮车导轨磁场的三维计算模型。该模型的计算结果与实验结果一致性较好。用该模型计算并分析了分段导轨连接处无缝隙和具有1mm、2mm和5mm缝隙时的导轨磁场;并分析了纵向磁场的不连续性。

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。

基于Fepg系统HTS块材磁悬浮数值计算

文中基于高温超导体临界态模型和E-J本构关系幂指数模型,借助于虚拟电导率和Maxwell微分方程组,推导出了直接求解无限长永磁轨道上方超导块材内部磁场强度H变量的二维偏微分弱解积分形式。在有限元自动生成平台Fepg系统上,结合有限元描述语言,成功地生成了二维超导块材内部电磁数值计算有限元FOR-TRAN求解代码。采用生成的有限元计算代码模拟计算出了一磁悬浮原型系统中的超导块材悬浮力-位移曲线。数值结果显示了超导块材在永磁轨道上方竖直方向移动过程中其内部磁场分布特性。

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。

面向高温超导钉扎磁悬浮列车悬浮特性研究

面向高温超导钉扎磁悬浮列车的磁轨关系,测试了不同场冷高度下双峰永磁轨道和高温超导块组合的悬浮力特性,得到了悬浮力随距离的增加先增大后减小且具有明显磁滞特性的规律。为了优化高温超导块组合和永磁轨道的参数,基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导块组合的方法,为了获得捕获磁场,建立了两者配对的仿真分析模型。基于捕获磁场和低相对磁导率计算高温超导块组合所受引力与斥力,由此仿真得到不同场冷高度下悬浮力与悬浮间隙的关系。结果表明,不同场冷高度下的仿真结果和实验结果在场冷高度小距离范围内具有较好的符合性,验证了等效处理方法的正确性,为高温超导钉扎磁悬浮列车的悬浮力计算提供了一种简单有效的方法。

一种新式单倾角高温超导磁悬浮车永磁道岔设计

高温超导(HTS)磁悬浮列车是下一代新型磁悬浮交通工具的备选方案之一。非接触轮轨系统使得轨道道岔面临诸多问题。给出了一种单倾角永磁体结构的新型机械永磁道岔结构。在使用单倾角永磁体装配永磁道岔时,两相邻永磁体之间的楔形缝隙用于调整永磁轨道在水平面上的曲率,以适应磁悬浮车变道目的。成功推导出了单倾角永磁体的几何尺寸、倾角大小和永磁道岔最小转弯半径之间的关系数学表达式并通过仿真计算进行了初步验证。计算结果表明,当永磁道岔换轨时,这种微小的差别不足于影响高温超导磁悬浮车的运行稳定性。