扁平型三相繞組上方高溫超導(dǎo)磁體力學(xué)性能研究.pdf

1、始于上世紀(jì)末的高溫超導(dǎo)直線電機(jī)，在實(shí)驗(yàn)與理論研究方面均取得很多階段性成果，現(xiàn)處于實(shí)用化的起步階段。在高溫超導(dǎo)同步直線電機(jī)的研究中，大多數(shù)工作都選用YBCO塊材磁體或由一代高溫超導(dǎo)帶材繞制的超導(dǎo)線圈磁體作為電機(jī)勵磁單元，并未選用在液氮溫度下具有卓越電磁性能的二代高溫超導(dǎo)帶材繞制的線圈磁體，研究內(nèi)容基本僅針對初次級間的靜態(tài)推力、高溫超導(dǎo)磁體的磁場分布展開，并未出現(xiàn)針對直線三相繞組上方的高溫超導(dǎo)磁體的推進(jìn)力、法向力同時展開系統(tǒng)分析的研究。另一

2、方面，西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所于2000年研制成功了世界首輛高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車，選用單邊扁平型直線電機(jī)為懸浮車體提供無接觸的驅(qū)動力。由于初次級氣隙較大，電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低。采用能量密度大、功率高的高溫超導(dǎo)直線電機(jī)對磁懸浮車進(jìn)行驅(qū)動可實(shí)現(xiàn)懸浮、導(dǎo)向、推進(jìn)超導(dǎo)一體化，進(jìn)一步減低能耗、有利于提高系統(tǒng)整體效率。
　　 本論文以探尋適用于高溫超導(dǎo)磁懸浮的更先進(jìn)的驅(qū)動系統(tǒng)為目的，率先提出采用高溫超導(dǎo)塊材磁體以及由第二代高溫超導(dǎo)帶材

3、繞制線圈磁體作為直線電機(jī)次級勵磁單元的方案。針對適用于磁懸浮驅(qū)動的扁平型高溫超導(dǎo)同步直線電機(jī)展開研究。
　　 首先，高溫超導(dǎo)塊材具有很強(qiáng)的磁通俘獲特性，將其磁化后視為準(zhǔn)永久磁體，可替代傳統(tǒng)磁場源。使用充磁后的高溫超導(dǎo)體作為直線電機(jī)次級的磁場源后，研究位于單邊扁平型初級繞組上方的高溫超導(dǎo)塊材磁體所受的作用力。分析高溫超導(dǎo)塊材磁體的俘獲磁場分布以及直線初級繞組上方某一點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的時間分布，實(shí)驗(yàn)研究初次級的電磁參數(shù)對作用力的影響以

4、及作用力幅值隨時間的衰減情況。
　　 其次，提出三種不同結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)空心線圈：圓形單餅結(jié)構(gòu)、圓形雙餅結(jié)構(gòu)以及跑道形單餅結(jié)構(gòu)，將其作為直線電機(jī)次級的磁場源。通過實(shí)驗(yàn)方法比較當(dāng)直線電機(jī)初級選用同一扁平型三相繞組時，三種線圈結(jié)構(gòu)對直線電機(jī)初次級間作用力的影響。重點(diǎn)研究線圈直流勵磁電流、三相繞組交流電源參數(shù)對作用力的影響。發(fā)現(xiàn)跑道形單餅結(jié)構(gòu)的高溫超導(dǎo)線圈磁體更適用于扁平型初級繞組。以跑道形單餅線圈磁體為對象，研究增加線圈磁體的匝數(shù)、引

5、入鐵磁材料對作用力的影響，并分別研究空心、含鐵芯、含鐵軛、同時含鐵芯和鐵軛的四種跑道形單餅超導(dǎo)線圈磁體在三相繞組上方的受力情況。
　　 最后，利用有限元軟件對高溫超導(dǎo)直線電機(jī)進(jìn)行仿真，首先詳細(xì)介紹單極高溫超導(dǎo)直線電機(jī)的二維仿真模型和計算流程，通過對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計算結(jié)果來分析和驗(yàn)證仿真模型的有效性；詳細(xì)分析高溫超導(dǎo)線圈高度、匝數(shù)對直線電機(jī)力學(xué)性能的影響，并重點(diǎn)討論在高溫超導(dǎo)帶材線圈中引入鐵磁材料后，鐵芯和背部鐵軛的幾何尺寸對作用力