扁平型三相繞組上方高溫超導磁體力學性能研究.pdf

1、始于上世紀末的高溫超導直線電機，在實驗與理論研究方面均取得很多階段性成果，現(xiàn)處于實用化的起步階段。在高溫超導同步直線電機的研究中，大多數(shù)工作都選用YBCO塊材磁體或由一代高溫超導帶材繞制的超導線圈磁體作為電機勵磁單元，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磁體的推進力、法向力同時展開系統(tǒng)分析的研究。另一

2、方面，西南交通大學超導技術(shù)研究所于2000年研制成功了世界首輛高溫超導磁懸浮實驗車，選用單邊扁平型直線電機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、功率高的高溫超導直線電機對磁懸浮車進行驅(qū)動可實現(xiàn)懸浮、導向、推進超導一體化，進一步減低能耗、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磁懸浮的更先進的驅(qū)動系統(tǒng)為目的，率先提出采用高溫超導塊材磁體以及由第二代高溫超導帶材

3、繞制線圈磁體作為直線電機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同步直線電機展開研究。
　　 首先，高溫超導塊材具有很強的磁通俘獲特性，將其磁化后視為準永久磁體，可替代傳統(tǒng)磁場源。使用充磁后的高溫超導體作為直線電機次級的磁場源后，研究位于單邊扁平型初級繞組上方的高溫超導塊材磁體所受的作用力。分析高溫超導塊材磁體的俘獲磁場分布以及直線初級繞組上方某一點處磁感應強度的時間分布，實驗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)，將其作為直線電機次級的磁場源。通過實驗方法比較當直線電機初級選用同一扁平型三相繞組時，三種線圈結(jié)構(gòu)對直線電機初次級間作用力的影響。重點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直線電機進行仿真，首先詳細介紹單極高溫超導直線電機的二維仿真模型和計算流程，通過對比實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果來分析和驗證仿真模型的有效性；詳細分析高溫超導線圈高度、匝數(shù)對直線電機力學性能的影響，并重點討論在高溫超導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