不同重叠排列方式的双层高温超导块材在永磁轨道上方的悬浮特性

研究了永磁轨道上方双层高温超导块材两种不同堆叠方式(籽晶生长线对齐方式和籽晶生长线错开方式)的悬浮特性。实验发现:这两种不同的堆叠方式对悬浮性能有不同的影响。随着场冷高度的增加,它们对悬浮性能的增加效应越来越弱,这种现象对于悬浮力来说尤其明显。场冷高度为10 mm和15 mm时,对悬浮力来说,籽晶生长线对齐堆叠方式与错开方式相比,第一次测量时前者减少的百分比为11.588%和0.870%,第二次测量时为12.693%和1.363%,第三次测量时为12.399%和1.370%。导向力也有类似的结论。经实验可以看出,可以通过优化每一块高温超导块材的具体摆放位置,来提高高温超导磁悬浮车的承载能力和稳定性。同时,这一结果对高温超导磁悬浮轴承、飞轮储能等悬浮间距小的场所也具有一定的参考价值。

高温超导块材悬浮力测试系统设计

报道高温超导块材悬浮力测试系统中自动控制与数据采集部分的设计与实现。该系统采用了比较先进的 PMAC2电机运动控制卡及功能强大的软件开发平台 L abwindows/ CVI,具有系统稳定性高、可靠性好、易于人机交互等特点 ,在实际应用过程中取到了很好的效果 ,为我国高温超导块材性能的研究及高温超导磁悬浮车的研究提供了一种十分先进的研究。

时变外磁场中高温超导块材导向力性能的数值模拟

基于Bean临界态模型,针对目前的高温超导磁悬浮车系统,提出了一种模拟计算方法,该方法可计算在时变外磁场中块材导向力的衰减变化情况。通过对时变外磁场中块材温度、俘获磁通以及导向力等参数变化情况的实验结果和计算结果的对比,证实了该模拟计算方法的有效性。该模拟计算方法可用于定性研究高温超导块材的导向力性能在时变外磁场作用下的变化情况,为高温超导磁悬浮车的研究和工程实践提供了较为重要的科学依据。

高温超导块材第二相掺杂的研究进展

高温超导块材REBa2Cu3O7-δ(RE,稀土材料)的临界电流密度和捕获磁通强度性能是影响超导块材在工程应用中的重要因素。研究表明,适当的第二相粒子掺杂可以形成有效的钉扎中心,不仅可以提高超导块材的临界电流密度和捕获磁通强度,还能够改善超导块材的微观形貌,提高超导块材的力学性能等。本文综述了近几年来对REBa 2Cu3O7-δ高温超导块材进行第二项掺杂的研究进展,分析了由于掺杂而引起的超导块材性能改善的原因,为超导块材的实际应用提供了一定的理论基础。

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。

高温超导块材的研究进展

近年来,高温超导块材的研究在以下几方面获得了新的进展,即YBCO和稀土REBCO的制备、单晶SmBCO的制备、Bi2223块材的制备、MgB2块材的研究以及REBCO块材的应用研究等.

含单个Ⅰ型裂纹的高温超导块材应力强度因子修正及计算

高温超导块材在外磁场下降过程中会受到拉伸应力的作用,可能导致其断裂,且其在受到拉伸应力作用时裂纹尖端产生小范围屈服,此时用线弹性理论计算应力强度因子将不准确。本文通过统一强度理论对裂纹尖端塑性区的应力强度因子计算公式进行修正。随后基于Bean模型分别讨论了外磁场变化速率和外磁场大小对应力强度因子的影响。结果表明高温超导块材充磁过程中,外磁场以较小速率下降时主要考虑外磁场下降速率对裂纹扩展的影响,当外磁场较大时,主要考虑外磁场大小对裂纹扩展的影响。本文结果对高温超导块材充磁过程中的裂纹扩展和应力强度因子的计算具有一定的参考价值。

制备高温超导块材的新型处理工艺概述

高温超导块材REBa2Cu3O7-δ(RE为稀土材料,即Y,Gd,Sm等)的临界电流密度和捕获磁通强度性能是影响超导块材在工程应用中的重要因素。要实现该类材料的产业化应用,必须解决下面几点的技术难题。一是要建立一套成熟的制备工艺,实现单畴超导块材的批量化制备。二是制备的超导块材的性能要比较高(包括磁悬浮力、磁通捕获等),以满足产业化生产的技术指标。这就需要样品具有较大的尺寸且具有较大临界电流密度。文章综述了近几年来REBa2Cu3O7-δ超导块材的几种新型制备方法,为超导块材的实际应用提供了一定的实验数据。

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。

高温超导磁悬浮实验装置的数据采集及控制

1 引言目前,在世界范围内,对高温超导块材的性能研究方兴未艾。但是,无论在国内还是在国外,对高温超导块材的研究也只是停留在单块材料的研究水平之上,而对于多块材料的组合研究则较少。但在实际应用过程中都不可能只采用单块超导材料。

高温超导磁悬浮测试装置的测控系统设计

本文给出了高温超导磁悬浮测试系统控制与数据采集部分总体设计方案，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，具有一定的先进性和实用价值。

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。

高温超导双定子永磁游标电机的优化与特性分析

双定子永磁游标电机可以在提高电机调制磁场的同时降低电枢主电感,具有高转矩密度和高功率因数的优势,然而其漏磁严重的缺陷影响了此类电机的推广应用。针对此问题,通过在内定子侧引入高温超导块材料,在改善磁通调制效果的同时有效降低了漏磁。首先,建立11对极12槽的二维电机模型并进行有限元分析,明确了电流超前角对负载转矩的影响作用。其次,利用参数化分析对电机主要结构尺寸进行优化,并综合考虑工艺设计,确定了高温超导块材料的最优尺寸选择。然后,对比分析了优化前后双定子永磁游标电机(Dual-stator permanent magnet vernier machine,DSPMVM)的电磁性能,结果表明在引入高温超导块材料后可显著提高电机功率密度和永磁体的利用率,较好地解决了因双气隙结构导致的漏磁问题。

高温超导磁悬浮实验车通过鉴定

由我校超导技术研究所完成的国家863计划项目——高温超导磁悬浮实验车已通过了由四川省科技厅组织的技术鉴定。本课题取得的成果包括:1、研制成功一套'高温超导磁悬浮测试系统',国际上还尚未有同样的系统。

脉冲场励磁YBCO块材俘获磁通特性

研究了熔融织构法制备的单畴高温超导YBaCuO块材在脉冲场下的俘获磁通特性。分别测试了YBCO块材在不同强度脉冲场下的俘获磁场,并对实验结果进行了分析。实验发现:YBCO块材在脉冲场输入电压小于300V时的俘获磁场,随着外加脉冲场强度的增加而增加;而脉冲输入电压大于300V时,俘获磁场并没有继续增加。实验获得的超导块材俘获磁场图形呈现出明显的十字结构,这是由于块材采用顶部籽晶熔融织构生长技术、存在五个生长区域、不同生长区域及边界处临界电流密度的不同而导致的。

Bi_2O_3氧化物掺杂对单畴YBCO超导块材磁悬浮力的影响

采用部籽晶熔渗工(TSIG)制备出了配比为Bi2O3:Y2BaCuO5=x:(1 x)的系列单畴YBCO超块材(其中x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,2,单位为wt%),并且研究了不同比例的氧化物Bi2O3掺杂对样品的生长形貌、磁悬浮力及其微观结构的影响.实验结果表明了,Bi2O3粒子的掺杂在样品中生成Y2Ba4CuBiOx(YBi2411)纳米粒子从而可有效地提高样品的磁悬浮性能.当Bi2O3粒子掺杂量x从0.1wt%(质量分数,下同)增加0.7wt%时,样品的磁悬浮力从7 N增加25 N;当其掺杂量从0.7 wt%增加2 wt%时,样品的磁悬浮力从25 N降低6 N.该实验结果对于我们进一步研究氧化物掺杂对磁通扎作用的影响及提高YBCO超块材的性能有着重要的影响.

高温超导-永磁混合悬浮车基本系统的理论模型与实验

具有磁通钉扎特性的高温超导磁悬浮是自然界唯一一种悬浮导向一体化自稳定悬浮系统,但其载重能力相对较弱;永磁体斥力式的永磁悬浮具有结构简单、载重能力强的优点,但在横向上不稳定.针对两种磁悬浮技术特征,基于现有的高温超导磁悬浮环形实验线"Super-Maglev",本研究以实现高温超导磁悬浮实验车大载重为目标,提出了一种新型的高温超导-永磁混合悬浮车系统概念及理论设计方法.首先,通过分别对永磁悬浮模块和超导导向模块建立在同一磁轨条件下的电磁模型,仿真对比分析两模块的磁力特性发现,两模块在垂向上的悬浮工作区间差异明显,在横向上具有相反的横向刚度.其次,结合恩肖定理,预测了混合悬浮系统在横向稳定条件下的最大载重能力及稳定工作区间.最后,基于仿真结论和现有的高温超导磁悬浮实验车,设计选用具有垂向解耦横向刚接功能的垂向直线轴承连接两悬浮装置,始终保持两模块在垂向上独立运动及横向上刚性连接,实现车载永磁载重与超导导向的功能匹配互补,搭建了高温超导-永磁混合悬浮原理实验样车,可载一人安全运行.进一步的准静态力学及动态振动实验共同验证了混合悬浮原理实验车具有成本低、结构简单、无源自稳定等优点,在载重能力提升上有一定的优势.该工作为超导磁浮轨道交通应用提供了新的技术途径.

小型高速超导磁浮轴承优化设计

轴承是高速机电设备的核心部件。高温超导磁浮轴承具有载重大、刚度高、抗干扰能力强、无需主动控制等诸多优点,可以实现重载高速运行,因此在高速机电设备中具有巨大应用潜力。文中针对中小型飞轮储能器、离心机、脉冲电机等设备实际工程需求,设计并优化完成了一款小型高速超导磁浮轴承。通过三维仿真程序,对磁浮轴承中超导块材和永磁阵列的组合方式和电磁力进行了计算,并对不同气隙下的轴承性能进行了对比。相较于传统二维仿真计算,三维仿真结果考虑了超导块材的空间位置分布,更贴近实际应用,可以作为工程设计的直接参考。相关设计表明,通过合理优化,小型超导磁浮轴承具备足够悬浮力和导向力刚度,可以满足相关系统的工程应用需求。