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。

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。

飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

储能器是一种储存能量的装置,随着高温超导悬浮轴承运用到飞轮储能器中,储能效率得到了大大的提高。它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。文中提出一种全新高温超导悬浮轴承,并研究其的力学性能,为新型超导悬浮轴承的研究与开发做好了基础准备。

高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用

在高温超导磁悬浮系统中,超导体和应用外磁场之间的电磁作用比较复杂。通常,任何测试过程对高温超导磁悬浮系统中相互作用力(悬浮力和导向力)结果都有影响。为了能够得到准确的测试结果,文中研究了测试过程对导向力和悬浮力测试结果的影响,发现高温超导磁悬浮系统中存在的磁历史效应导致了这种影响的存在是必然的,而且是交叉影响作用。实验数据进一步指出,在实际的测试过程中必须根据具体的运动路径来选择悬浮力和导向力的测试过程和顺序,以尽可能地减小两者之间的负面影响。根据不同的测试目的,文中也推荐了对应合理的测试方法。

非接触式驱动方式的超导钉扎磁浮悬浮-导向-驱动综合性能研究

利用高温超导钉扎磁浮系统的永磁轨道磁场与线圈间的电磁作用实现驱动功能的非接触式驱动方式,可以提高磁轨磁能利用率、降低传统直线电机带来的成本,但以往研究仅针对驱动性能开展研究,并未综合考虑悬浮、导向与驱动性能。针对这一问题,本文综合永磁轨道与车载超导块材、线圈之间的电磁关系研究高温超导钉扎磁浮系统悬浮、导向与驱动综合性能。首先,结合直线直流电机的原理,理论分析非接触式驱动方式的可行性。其次,利用FEMM仿真研究磁轨磁场分布云图并提出三种产生对称磁场的永磁阵列。然后,在同一磁轨条件下,应用幂指数模型在Comsol Multiphysics中建立高温超导钉扎磁浮基本系统模型,仿真比较新型永磁轨道与原Halbach磁轨的磁场强度、悬浮力和导向力。最后,在ANSYS Maxwell中建立非接触式驱动方式的电磁模型,基于仿真模型导出的数据利用安培定律求解出单匝线圈的驱动力,结果表明:基于新磁轨的高温超导钉扎磁浮系统在保证良好悬浮导向性能的同时具有一定的驱动能力。该工作将为非接触式驱动方式在高温超导钉扎磁浮系统中的应用提供可能的途径,同时为高温超导钉扎磁浮实现悬浮、导向、驱动一体化奠定基础。

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。