高温超导磁悬浮引纬结构悬浮稳定性分析

针对现有电磁投梭技术能量利用率低、引纬幅宽提升有限等问题,提出了一种基于超导磁悬浮的引纬方式,基于高温超导体的迈斯纳效应高温超导片梭能实现其自稳定悬浮,再通过设计的电磁线圈轨道产生行波磁场驱动片梭,从而实现增加片梭织机引纬幅度。由于引纬结构中永磁轨道间磁场存在相互干扰使轨道产生的磁场非对称分布,导致超导片梭两侧超导体悬浮力不相同,超导片梭不能稳定悬浮在轨道上方,后续引纬过程不能进行。为了保证引纬前片梭悬浮稳定性,通过有限元仿真软件分析超导片梭受到的悬浮力,并通过数值计算对永磁轨道磁场进行求解,从而研究磁场分布与超导片梭悬浮稳定性之间的影响。研究表明,轨道上方磁场分布对称性越高,超导片梭悬浮稳定性越高。通过数值计算方法确定了永磁轨道之间的距离为30-40 mm,即永磁轨道之间磁场发生干扰的临界距离,磁场分布具有很强对称性,超导片梭能够稳定悬浮于永磁轨道上方,并且能使超导片梭尺寸最小。

高温超导磁悬浮径向轴承的刚度特性仿真分析

刚度特性体现了超导磁悬浮轴承的稳定性,是高温超导磁悬浮径向轴承整体性能的主要评价指标之一。为探索刚度特性更优的径向轴承结构,笔者通过COMSOL软件对3种不同类型的径向轴承进行仿真设计,对比、分析不同结构的径向轴承的电磁特性,进而分析受力情况与刚度特性。结果表明,厚度较大、结构均匀的永磁体的径向轴承周围磁通密度更大,磁场梯度更强,刚度特性更优,在后续设计中可采用这种结构的径向轴承。

高温超导磁悬浮列车气动噪声特征仿真研究

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源,以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象,基于大涡模拟(LES)方法和K-FWH方程,通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 km·h-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明:在U型轨道的约束下,列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区;偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方,尾流区也是重要的气动噪声源区;列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”(100~315 Hz)特性,随着车速提升,低频噪声能量增强;4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致,噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A);随着车速提升,四极子声源能量占比不断增大,当车速大于600 km·h-1时,16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优化设计提供参考。

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。

高温超导磁悬浮列车振动特性分析及其参数可行域研究

高温超导磁悬浮列车在运行时由于轨道不平顺和风阻等因素的影响,导致悬浮间隙发生改变,列车的悬浮力特性使其具有恢复到原平衡位置的能力,在恢复过程中引起了列车的振动,需要研究列车的自由振动行为。通过试验平台测试得到不同悬浮间隙下高温超导体和永磁轨道之间的悬浮力,构造悬浮力的经验公式,基于经验公式建立列车自由振动下的动力学模型。利用无量纲化方法对动力学模型进行处理得到弱非线性系统,利用多尺度法对弱非线性系统进行解析求解,将近似解析解与数值解进行对比验证其正确性。基于近似解析解得到自由振动时列车的位移和最大加速度表达式,研究系统参数比阻尼和比刚度对最大加速度的影响规律,研究表明最大加速度随着比阻尼和比刚度的增大而增大。基于磁悬浮列车安全性和舒适性标准,提出一种判断系统参数可行域的解析方法,研究表明可行域呈现近似的三角形区域,并处于三角形的内部。这些研究结果为该类型磁悬浮列车磁轨关系的参数设计提供依据。

3π莫比乌斯环形超导磁悬浮演示装置

超导磁悬浮是利用超导体的抗磁性实现其在磁场中悬浮的力学现象,其物理本质是超导体在永磁体轨道产生的非均匀磁场中受到的电磁约束力与其重力处于稳定平衡状态.本文报道了一种基于3π莫比乌斯环的闭合钕铁硼永磁体轨道,由此实现钇钡铜氧高温超导体的悬浮、平动、回旋以及悬挂的超导磁悬浮实验演示装置,优化了磁铁及轨道几何尺寸等参数对磁场分布及电磁约束力的影响,实现了长达10分钟的静止悬浮展示效果,为科普展示和大学物理实验教学提供了全新平台.

高温超导磁悬浮轴承研发现状

高温超导磁悬浮轴承作为具有自稳定优势的高温超导磁悬浮技术最具代表性的应用之一,可实现无源的高速无摩擦旋转运行,为大幅度提高现有机器设备的性能及升级换代提供了新的途径。本文综述了近年来美国、德国、日本和韩国等国内外小组开展的高温超导磁悬浮轴承代表性样机研发现状,探讨了该项技术的关键难点问题,指出了当前研究的热点,阐述了可能的应用前景。

超导磁悬浮飞轮储能的基本原理和发展现状

普通的飞轮储能由于机械轴承的摩擦 ,难以实现高效、长时间储能。利用超导体可以实现低损耗磁悬浮飞轮储能。文中在介绍飞轮储能和超导磁悬浮轴承原理的基础上 ,分析了超导磁悬浮飞轮储能的基本特性和发展现状 ,同时阐述了超导磁悬浮飞轮储能的主要技术课题。

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15000r／min。初步测试结果（0-200Hz）显示，在转动频率而接近25Hz系统发生共振，共振时转子最大径向摆动约为±170um。在35-200Hz范围内转子运行状态稳定，最大径向摆动约为±50um。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。

一种超导磁悬浮系统的设计及悬浮力特性分析

根据一种计算超导体薄间隙磁场的方法,设计了一种新型的超导磁悬浮支承结构。首先分析了其支承系统在无源悬浮条件下的力学特性式,然后针对无源磁悬浮支承刚度低的缺点,引入了线性反馈控制系统,并分析了线性反馈控制下的力学特性。最后悬浮力的计算结果经过有限元计算验证,一致性较好。本超导磁悬浮系统具有结构简单、电磁力计算方便等优点,对设计超导加速度计和超导陀螺仪有重要的借鉴意义。

高温超导磁悬浮车研究进展

从1911年发现超导现象至今,新型超导材料不断涌现。随着临界温度及内部磁通钉扎性能不断提升,实用型超导磁悬浮技术成为可能。首先介绍了当前主要的磁悬浮交通模式及其特点,具体包括常导电磁悬浮(EMS,Electromagnetic Suspension)、低温超导电动磁悬浮(LTS EDS,Low-Temperature Superconducting Electrodynamic Suspension)、及高温超导磁悬浮(HTS Maglev,High-Temperature Superconducting Magnetic Levitation)。其次,针对高温超导磁悬浮,重点阐述了其自稳定悬浮原理、发展历程以及相关实验样车研究现状。2014年6月西南交通大学将高温超导磁悬浮与真空管道相结合,成功搭建了新一代的真空管道高温超导磁悬浮车试验平台"Super-Maglev",以期探讨高温超导磁悬浮未来可能的交通模式与技术定位等问题。最后,总结了高温超导磁悬浮相比于其他磁悬浮模式的优势,并进一步讨论了可能的轨道交通应用速度等级。

车载高温超导磁悬浮系统的设计

介绍车载高温超导磁悬浮系统的设计问题。为了完成系统的设计 ,首先进行了单块和多块YBCO高温超导体块材的悬浮力的研究 ,同时考虑了 YBCO高温超导体块材的选取问题。设计的目标是稳定悬浮 350 kg,采用 8个车载液氮低温容器 ,这种容器是底壁仅 3mm厚的长方体形的。

高温超导磁悬浮车导向力测试装置

介绍了一套基于高温超导磁悬浮实验车的整车导向力测试装置。该装置由两套推进系统和两套力传感器组成,传感器固定在车上。每套推进系统可在水平和垂直两个方向运动,可完成实验车在不同悬浮高度的横向导向力测试。两套推进系统通过链条齿轮连接,同步精度0.5mm,水平运动范围0～20cm,水平位移精度1mm;垂向运动范围0～10cm,垂直位移精度1mm。利用该装置测量了整车在不同悬浮高度的导向力,并初步研究了整车导向力与悬浮高度及横向位移的关系。

高温超导磁悬浮测试系统

介绍一种高温超导磁悬浮测试系统。该系统主要包括液氮低温容器、永磁体轨道、数据采集和处理、机械传动和自动控制四部分。采用了能放置高温超导体块材的薄底液氮低温容器 (杜瓦容器 ) ,解决了将高温超导体块材置于永久磁体之上的磁悬浮测量问题。

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。

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。

高温超导磁悬浮测试系统总体设计──数据采集与控制

给出了高温超导磁悬浮测试系统控制与数据采集部分的总体设计方案，并从硬件和软件两方面进行了深入细致的探讨。该方案较好地解决了如何在各种测试条件下对高温超导块材的性能进行自动测试的问题，在实际应用过程中取得了非常满意的效果。

超导磁悬浮实验原理简析

超导磁悬浮现象的物理本质是超导体磁矩在轨道磁性峡谷或磁性陷阱的非均匀磁场中受到的电磁力与其重力的稳定平衡.非理想第二类超导体块的磁矩由于钉扎作用在一定条件下既可表现为抗磁性磁矩又可表现为顺磁性磁矩,因此,它既可以实现磁悬浮又可以实现磁倒挂.

高温超导磁悬浮轴承的发展现状及前景

第二类高温超导体的磁通钉扎效应使得超导体在外加磁场中无需主动控制而能稳定悬浮。利用这种无源自稳定悬浮特性,高温超导磁悬浮轴承可以实现部件之间无机械摩擦的高速相对运动,在旋转机械、飞轮储能和交通运输等方面展现出了良好的应用前景。近年来,高温超导磁悬浮轴承的发展在世界范围内取得了令人瞩目的成就,轴承的设计思想、结构和应用环境都得到了相应的拓展。从结构特征角度综述了近年来国内外超导磁悬浮轴承样机的发展现状,重点介绍了西安交通大学的超导磁液复合轴承结构及其在液体火箭中的应用方案;结合该领域的研究现状探讨了超导磁悬浮轴承有待研究的问题和应用前景,指出超导轴承应向复合支撑方向发展以利于推进应用。

超导磁悬浮转向架设计

从超导磁悬浮列车特有的属性要求出发,设计了转向架的基本结构框架。主要由侧梁、横梁、空气弹簧、杜瓦、位置传感器以及直线电机等构件组成。由置于液氮低温容器中的超导块材,及永磁导轨构成的悬浮系统支撑车体以及转向架的重量。同时,使用空气弹簧减震,以保持车体平稳运行。文章利用材料力学计算应力变形,并且用ANSYS软件建模进行模拟分析。