高溫超導(dǎo)懸浮體面內(nèi)移動時的靜力特性研究.pdf

1、在近二十年來，由于高溫超導(dǎo)體在飛輪儲能和磁浮軸承等方面的廣泛應(yīng)用而使得高溫超導(dǎo)體和永磁體之間的相互作用越來越引起研究者的關(guān)注。目前，有關(guān)懸浮體受力的研究狀況是：實(shí)驗(yàn)探索多于理論分析，懸浮力研究多于面內(nèi)力研究。本文針對典型的高溫超導(dǎo)-永磁懸浮系統(tǒng)，對懸浮體受到的力做了較為全面的研究，尤其是對磁通凍結(jié)-鏡象模型的修正以及對懸浮力和面內(nèi)力的數(shù)值模擬，得到了一些有意義的結(jié)果。 本文對磁通凍結(jié)-鏡象模型進(jìn)行了修正。通過引入豎向移動鏡象磁偶

2、板子和面內(nèi)移動鏡象磁偶極子，得到了一個磁偶極子懸浮于半無限超導(dǎo)體上方時受到的懸浮力和面內(nèi)力的解析表達(dá)式。修正后的模型可以給出零場冷卻下永磁體受到的面內(nèi)力以及懸浮力曲線和面內(nèi)力曲線上的磁滯特性，這是磁通凍結(jié)-鏡象模型所不能反映的。根據(jù)修正后的模型，得到永磁體豎向移動時豎向剛度的解析表達(dá)式以及面內(nèi)移動時面內(nèi)剛度和交錯剛度的解析表達(dá)式，研究了永磁體在任意位移下受到的面內(nèi)力和懸浮力，并利用電流環(huán)之間的相互作用力公式定量計(jì)算了永磁體相對于超導(dǎo)體豎

3、向移動時的懸浮力以及面內(nèi)移動時的懸浮力和面內(nèi)力。 本文對懸浮體受到的力進(jìn)行了數(shù)值模擬。推導(dǎo)出矩形永磁體磁場分布的解析表達(dá)式，并將其推廣到，z塊永磁體顛倒磁極并在一起時的情形，據(jù)此分析了一到三塊永磁體外部空間磁場分布的主要特征。依據(jù)電流矢勢法和有限元法建立了分析超導(dǎo)電磁場分布、靜態(tài)懸浮特性的數(shù)值計(jì)算方法，通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較驗(yàn)證了該方法的可靠性。數(shù)值模擬永磁體受到的懸浮力、面內(nèi)力和靜磁剛度，結(jié)果顯示移動歷史對懸浮體受到的力和剛度有顯

4、著的影響。本文研究了懸浮體受到的面內(nèi)力與超導(dǎo)體的初始冷卻條件的關(guān)系，提出了高溫超導(dǎo)懸浮系統(tǒng)面內(nèi)穩(wěn)定的臨界初始冷卻高度z<,c0>的概念。當(dāng)初始冷卻高度小于臨界初始冷卻高度z<,c0>時，面內(nèi)力和面內(nèi)位移方向始終相反，面內(nèi)力為面內(nèi)穩(wěn)定懸浮的恢復(fù)力；當(dāng)大于z<,c0>時，面內(nèi)力有可能和面內(nèi)位移方向一致，導(dǎo)致面內(nèi)懸浮不穩(wěn)定。本文討論了超導(dǎo)體的初始冷卻條件、永磁體的表磁強(qiáng)度、超導(dǎo)體臨界電流密度、永磁體面內(nèi)移動時的懸浮高度、永磁體和超導(dǎo)體的面積比