永磁与电磁轨道高温超导磁悬浮性能对比研究

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现阶段,高温超导磁悬浮成为了轨道交通研究的新方向。高温超导体具有的迈斯纳效应和钉轧效应为车辆提供了悬浮、导向作用,省掉了复杂的控制系统。传统高温超导磁悬浮轨道交通系统轨道的铺设均采用永磁体,局限了高温超导磁悬浮轨道交通的大规模工业化应用。从长远角度看,由电磁体构造高温超导磁悬浮交通系统的轨道具有诸多优势。本论文通过系统对比的方法研究永磁轨道和电磁轨道特点,比较其各自的优点和不足,掌握电磁轨道的内在规律,为今后高温超导磁悬浮交通系统电磁轨道的发展奠定理论和技术基础。
  为了开展这项研究,我们设计、建造了一套超导磁悬浮特性测量装置,该装置具有测量精度高,在高温超导块材行进中即能实现悬浮力与导向力同步测量,并具有完成时间弛豫和磁场强度精确测量的能力。该装置可在三维空间中完成任意设定的方向、速度、位移,从而实现复杂的曲线运动。在设计时排除了造成误差的可能因素,并进行了精度校准与误差分析。
  本研究中设计、制作了3个不同的永磁轨道样品和一个电磁轨道样品。基于该测量装置,对超导块材在不同轨道样品上方进行了基本性能的测量,包括不同悬浮高度,不同运行速度下,悬浮力、导向力及时间弛豫特性等。
  为了达到比较研究的目的,设计的永磁轨道模型和电磁轨道模型的磁场走向相同,磁通分布相近。分析研究中分别选取中心磁感应强度Bz和单位磁势Fu作为评价指标。通过改变电磁体的励磁方式或更换不同的永磁体排布,研究了不同磁场特性(如不同磁感应强度分量及变化量)对磁悬浮性能的影响。实验结果表明,磁悬浮性能与磁感应强度的变化率、磁感应强度的分量和磁场结构均有关。而且,永磁体与电磁体具有的磁悬浮特性有着明显的差异。
  本文测量系统的功能、机械运动以及软件控制方式优于目前能在文献中查找到的任何其它超导悬浮力测量系统,可为后续更先进、精度更高的的同类装置的设计提供新的思路。本文对比了永磁与电磁轨道的磁悬浮性能,并分析了影响悬浮力的关键磁场因素,包括Bz的梯度、Bx和Bz。实验结果将有助于进一步研究高温超导磁悬浮的性能,为后续的电磁轨道设计提供有意义的数据。
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