对称和不对称外磁场中的悬浮力计算

高温超导相关

第３２卷第２期低温与超导ｖ０１．３２Ｎｏ．２２０（）‘‘年ｊ月ＣＲＹ（）ＧＥＮｌＣＳＡＮＤＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴｌＶｌＴＹＭａｙ．２００４高温超导体在对称和不对称外磁场中的悬浮力计算

宋宏海王晓融任仲友王素玉王家素赵勇

（西南交通大学超导研究开发中心，成都，６１００３１）

摘要：在理想无限长直高温超导一永磁导轨系统中，由于导轨磁场分布的不均匀性，超导体运动过程中所处外磁场有对称及不对称分布两种情况。原Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型似没超导体各向同性，但ＹＢＣｏ高温超导体存在明显的各向异性。改进ＰｒｉｇｏｚＩ、ｉｎ模型增加了原模型中的约束条件，考虑了这种各向异性。在对称外磁场中改进Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型的计算结果和原Ｐｒｉｚｈｏｇｉｎ模型相同，因为原模型在对称外磁场中自然满足超导体各向异性。在不对称外磁场中计算结果和实验结果吻合较好，而原模型计算结果和实验结果差别较大。所以改进模型考虑了各向异性，适用于对称和不对称外磁场。能得到更准确的ｎ‘算结果。

关键词：高温超导体永磁导轨各向异性磁悬浮力

１前言

高温超导体和永久磁体相互作用能产生垂向悬浮力和侧向稳定性，在超导飞轮储能Ⅲ、超导轴承‘幻和悬浮交通口刈等领域有很大的应用潜力。为了进一步推进应用，很多科学家从理论计算的角度研究他们之间的相互作用ｂ“】。但大多数研究针对由圆柱超导体和永磁体组成的轴对称系统，不适用于高温超导块材一永磁导轨悬浮车系统ｏＪ。

在悬浮车永磁导轨系统中，导轨磁场在其纵向上没有变化，在横向上沿导轨中心平面对称分布。针对该系统的特殊性，王晓融根据Ｐｒｉｇｏｚｈｊｎ［７］二维模型计算了高温超导体在永磁导轨上的导向力Ⅲ。由于导轨磁场分布的不均匀性，超导体运动过程中所处外磁场有对称及：再对称分布两种情况。文献研究了高温超导体层状结构带来的各向异性，发现感应电流存在很强的各向异性，使得悬浮力也表现出各向异性‘引。但是Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型Ⅲ假设超导体是各向同性的。本文将在考虑各向异性的基础上改进Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型，计算高温超导体在对称和不对称外磁场中运动时所受的悬浮力。

２二维计算模型

图１给出了超导体和导轨相互作用的三维坐标示意图，假设高温超导体沿着导轨纵向无限长［３】，其ａｂ面平行于导轨表面。ｘ轴和ｚ轴分别沿着导轨的横向和纵向，ｙ轴垂直于导轨表面。图２给出了永磁导轨在二维平面内的截面磁力线分布。导轨表面中心磁力线最密，磁场强度最大，沿着ｘ和ｙ方向磁场分布不均匀。当超导体位于导轨正上方时，超导体横向偏移量为ｏ，外磁场关于超导体中心平面对称。偏离中心位置，外磁场不再关于超导体中心平面对称。在中心和边缘之间部分磁力线平行于导轨表面，该处磁场强度很小，且平行于导轨表面。

导轨由极性相反的两块永磁体组成，计算采用面电流等效模型，等效电流由永磁体磁化强度确定。已知导轨磁体的剩余磁感应强度为Ｂ，＝１．１７Ｔ，根据Ｂ，＝胁眠，其中胁为真空磁导率（鳓＝４丌×１０＿７Ｈ／ｍ），求得Ｍ。一９．３６×１０５Ａ／ｍ。高温超导ＹＢＣＯ是层状结构超导体，电磁特性表现出很强的各向异性，电流主要在ａｂ面内流动。计算中将超导体分成１５层，每层厚度为ｌｍｍ，限制每层内正负电流总和为零。这样，改进后的

。基金项目：本课题受到国家高技术研究发展计划（８６３计划，Ｎｏ．２００２ＡＡ３０６３６１）和国家自然科学基金（Ｎｏ．５０３７７０３６）

资助。收稿日期：２００４—０２—０８

高温超导相关

４８低温与超导第３２卷

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图１三维坐标示意图。阴影部分分别为高温超导体（ＨＴＳ）

和永磁导轨（ＰＭＧ），箭头所指方向为导轨磁化方向，

ＬＧ表示悬浮高度．ＬＤ表示横向偏移位置图２二维坐标系中永磁导轨磁力线分布图

模型考虑了各向异性。假设高温超导体临界电流密度为常数，Ｊ。一１．Ｏ×１０８Ａ／ｍ２。

实验和计算块材的几何尺寸相同，长３６ｍｍ，高１５ｍｍ，宽３０ｍｍ。运动模式设定如下，先确定块材的横向偏移量，块材沿着ｙ方向，从悬浮高度１３０ｍｍ处，下降至５ｍｍ处，然后沿着原路返回至１３０ｍｍ处。

３计算结果和实验结果比较

当超导体位于导轨正上方，二者中心对称平面重合，超导体所处外磁场对称分布。根据Ｂｅａｎ模型呻］，当超导体下降到５咖悬浮高度时，感应电流达到最大，返回过程中将产生反向感应电流。根据洛伦兹公式计算

悬浮间距（哪）

图３对称外磁场中计算结果和实验结果比较。“实验”表示实图４悬浮间距（ｍｍ）对称外磁场中归一化计算结果和实验结果比较

验结果，“原模型”表示原Ｐｒｉｚｈｏｇｉｎ模型计算结果，“改进

模型”表示考虑各向异性后改进Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型计算结果

垂向悬浮力一间距关系曲线。图３给出了悬浮力的计算及实验结果，悬浮力计算结果的最大值为２４０．５Ｎ，但实验结果的最大值为１３６．ｏＮ。实验和计算之间的差别主要来自Ｂｅａｎ模型的近似假设，即临界电流密度和外磁场无关，但是Ｂｅａｎ模型仍然能定性的反映出实验现象的内在规律。为了比较悬浮力的变化趋势，对计算结果和实验结果进行归一，即每条悬浮力曲线上所有的悬浮力除以该曲线上悬浮力的最大值。图４比较了归一化后的计算结果和实验结果，二者在下降过程中非常吻合，上升过程也吻合较好，说明改进模型在对称外磁场中是有效的。图３同时给出了对称场中原模型的计算结果。该结果和改进模型的计算结果相同，说明在对称外磁场中原自然满足电流各向异性。

只要块材偏离导轨正上方，外磁场将不再关于块材中心平面对称。本文计算了横向偏移量为３０ｍｍ处的悬浮力曲线。图５比较了改进模型的计算结果和实验结果，二者在下降过程中吻合很好，悬浮力在悬浮高度为１０ｍｍ附近出现极大值，随着悬浮间距的进一步减少，悬浮力没有增加，反而变小了。该现象和图２中的磁

高温超导相关

第２期宋宏海等：高温超导体在对称和不对称外磁场中的悬浮力计算４９———————————————————————————————————————————————————————————一一

力线分布是一致的 在偏移量为３０ｍｍ附近，磁场强度在某一高度达到极值。

悬浮问距（胁）悬浮间距（ｍｍ）

图５不对称外磁场中改进模型的计算结果图６不对称外磁场中原模型的计算结果

与实验结果比较与实验结果比较

图６比较了原模型的计算结果和实验结果，二者差别较大。由于原模型假设超导体各向同性，电流分布只和外磁场分布有关。实际上，超导体ＹＢＣｏ是层状结构的，电流主要在ａｂ面内流动，有明显的各向异性。所以超导体运动过程中的电流分布不但和外磁场有关，而且受到层状结构的约束。改进模型正是考虑这种各向异性，使得计算结果和实验结果吻合较好。

４结论

在对称磁场中，改进Ｐｒｉｇｏｚｈｉｎ模型的计算结果和原Ｐｒｉｚｈｏｇｉｎ模型相同，因为在对称外磁场中原模型自然满足超导体各向异性。在不对称外磁场中，计算结果和实验结果吻合较好，而原模型计算结果和实验结果差别较大。所以改进模型考虑了各向异性，适用于对称和不对称外磁场，能得到更准确的计算结果。

参考文献

［１］ＭａｔｓｕｎａｇａＫ，ＴｏｍｉｔａＭ．ＹａｍａｃｈｉＮ，ｅｔａ１．ＰｈｙｓｉｃａＣ，２００２，３７８—３８ｌ：８８３—８８７

［２］ＨｕＩｌＪｏｈｎＲ，Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ０１．，２０００，１３：Ｒ１一Ｒ１５

［３］ｗａｎｇＪｉａｓｕ．ｗａｎｇＳｕｙｕ，ＺｅｎｇＹｏｕｗｅｎ，ｅｔａ１．ＰｈｙｓｉｃａＣ．２００２，３７８—３８１：８０９—８１４

［４］０ｋａｎｏＭ，１ｗａｍｏｔｏＴ，ＦｕｃｈｉｎｏＳ，ｅｔａ１．ＰｈｙｓｉｃａＣ，２００３，３８６：５００一５０５

［５］ＱｉｎＭＪ，ＬｉＧ，ＬｉｕＨＫ．ｅｔａＩ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，２００２，６６：０２４５１６

［６］ＣａｒｌｓＮａｖａｕ，ＡｌｖａｒｏＳａｎｃｈｅｚ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ．２００２，６４：２１４５０７

［７］Ｉ。ｅｏｎｉｄＰｒｉｇｏｚｈｉｎ，ＪｏｕｒｎａＩｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＰｈｙｓｉｃｓ，１９９６，１２９：１９０～２００

［８］ｗａｎｇｘｉａｏｒｏｎｇ．ＲｅｎＺｈｏｎｇｙｏｕ，ｓｏｎｇＨｏｎｇｈａｉ，ｅｔａ１．ＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＰＡＳＲＥＧ，２００３

［９］ＴｅｎｔＢＡ，ＱｕＤ，ｓｈｉＤｏｎｇｌｕ．ＰｈｙｓｉｃａＣ，１９９８，３０９：８９—９７

［１０］ＢｅａｎＣＰ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１９６２，８：２５０｝ＢｅａｎＣＰ，Ｒｅｖ．Ｍｏｄ．Ｐｈｙｓ．１９６４，３６：３１

ＬｅＶｎａｔｉｏｎＦｏｒｃｅＣａＩｃｕＩａｌｉｏｎｏｆＹＢＣｏＨｉｇｈＴｅｌｎｐｅｒａｔｕｒｅＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ

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（ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，６１００３１）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙｌｏｎｇｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒａｎｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｇｕｉｄｅｗａｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｃｒｅａｔｅｄｂｙａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｇｕｉｄｅｗａｙｉｓｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ，ｆｏｒｔｈｅｍｏｖｉｎｇｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｆｉｅｌｄｈａｓｔｗｏｃａｓｅｓ：ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｏｒａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌａｂｏｕｔｉｔｓｓｙｍｍｅｔｒｙｐｌａｎｅ．ＩｎｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａＩａｐｐＩｉｅｄｆｉｅｌｄｔｈｅｃａＩｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕＩｔｓｏｆｔｈｅ

高温超导相关

５０低温与超导第３２卷ｏｒｉｇｉｎａｌａｎｄｍｏｄｉ“ｅｄＰｒｉｇｏｚｈｉｎｍｏｄｅｌａｒｅｔｈｅｓａｍｅ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｍｏｄｅｌｈａｓｓａｔｉｓｆｉｅｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｉｎｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａＩｆｉｅｌｄ ＨｏｗｅＶｅｒ，ｉｎｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌａｐｐｌｉｅｄ“ｅｌｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｎｌｏｄｅＩ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ。ＰｅｒｍａｎｅｎｔａｎｄｃａＩｃｕＩａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｍａｇｎｅｔ，Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ，Ｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｅ

作者简介：宋宏海，男，１９７９年生。现为西南交通大学电工理论新技术专业硕士研究生。主要从事高温超导体的电磁特性及磁悬浮方面的研究。

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参

［１］

［２］考文献徐毓龙．邱吉衡．叶锦荣等．ＳＱＵＩＤ及其在探测微弱磁场领域的应用．低温与超导．１９９５，２３（２）：４９—５６ＮｉｅｍａｎｎＲＣ，Ｇｏｎｃｚｙ

ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＪＤ，ＮｉｃｏｌＴＨ，ｅｔａＬＤｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｐｏｓｔｔｙｐｅｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓｕｐｐｏｒｔ．ＣｒｙｏｇｅｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８６，３１：７３—８０

［３］ＴａｋａｏＭｏｒｉ．ＱｉａｎｇＹｕ，Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍｅｔａｌ—ＦＲＰｂｏｎｄｅｄｊｏｉｎｔｓ．ＪＳＭＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ。１９９１，３４

（２）：２５７—２６３

［４］ＮａｋａｇａｗａＦ，ＳａｗａＴ．Ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎｓｃａｒｆａｄｈｅｓｉｖｅｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｕｎｉｆｏｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｃｈａｎｇｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｈｅｓｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈＩｎｏｌｏｇｙ，２００１，１５（１）：１１９—１３５

［５］

［６］徐烈．方荣生等．低温容器——设计、制造与使用．北京：机械工业出版社，１９８７翁熙祥．粘接理论的一些新进展．中国胶粘剂，１９９９，８（５）：３８—４０

ＫｉｍＹｏｕｎｇＧｏｏ，ＬｅｅＳｕＪｅｏｎｇ，ＬｅｅＤａｉＧｉｌ，ｅｔａＬ

ｓｔｅｅＩＳｔｒｅｎｇｔｈａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｄｈｅｓｉｖｅｌｙ—ｂｏｎｄｅｄｔｕｂｕｌａｒｓｉｎｇｌｅｌａｐｓｔｅｅｌ—［７］ｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｌｏａｄｓｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｅｓ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｈｅｓｉｏｎ，１９９７，６０（１—４）：１２５—１４０

ｏｎ［８］ＦｕｊｉｎａｍｉＡ，ＱｓａｋａＫ，ＦｕｋｕｄａＴ，ｅｔａ１．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｊｏｉｎｔ．ＫｅｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａＩｓ，２０００，１８３（Ｉ）：５８３—５８８ｔｈｅｄａｍａｇｅｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆａｎａｄｈｅｓｉｖｅｌｙｂｏｎｄｅｄｂｕｔｔ

［９］ＧｏｒｂａｔｋｉｎａＹｕＡ，ＳｕｌｙａｅＶａＺＰ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒ／ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ—ｍａｔ“ｘｉｎｔｅｒｆａｃｅｕｎｄｅｒｃｙｃｌｉｃｃｏｏｌｉｎｇｔｏｌｏｗ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ！；ｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９７，５７：９９５—１０００

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＴｈｅｒｍａＩＳ￡ｒｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒｙｏｇｅｎｉｃＡｄｈｅｓｉＶｅＢｏｎｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＲｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０００３０）

ＳＱＵＩＤｎｏｎ—ｍａｇｎｅｔｉｃＤｅｗａｒａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ

ｊｏｉｎｔｉｓａｒｅＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐ“ｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｒｙｏｇｅｎｉｃａｄｈｅｓｉｖｅｂｏｎｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｔｈａｔｉｓａｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｒｙｏｇｅｎｉｃａｄｈｅｓｉｖｅ

ｓｔｒｅｓｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ，Ｄｅｗａｒ，Ａｄｈｅｓｉｖｅｂｏｎｄｉｎｇ，Ｔｈｅｒｍａｌ

作者简介：朱鸿梅，女，１９７４年生。现在上海交通大学低温与制冷工程研究所攻读博士学位。

高温超导相关

高温超导体在对称和不对称外磁场中的悬浮力计算

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作者单位：

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英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：宋宏海， 王晓融， 任仲友， 王素玉， 王家素， 赵勇西南交通大学超导研究开发中心,成都,610031低温与超导CRYOGENICS AND SUPERCONDUCTIVITY2004，32(2)8次

参考文献(11条)

1.Matsunaga K.TomitaM.Yamachi N 查看详情 2002

2.Hull John R 查看详情 2000

3.Wang Jiasu.WangSuyu.Zeng Youwen 查看详情 2002

4.Okano M.IwamotoT.Fuchino S 查看详情 2003

5.Qin M J.LiG.Liu H K 查看详情 2002

6.Carls Navau.AlvaroSanchez 查看详情 2002

7.Leonid Prigozhin 查看详情 1996

8.Wang Xiaorong.RenZhongyou.Song Honghai 查看详情 2003

9.Tent B A.Qu D.Shi Donglu 查看详情 1998

10.Bean C P 查看详情 1962

11.Bean C P 查看详情 1964

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2.会议论文 任仲友.Oliver de Hass.王晓融.宋宏海.王兴志.郑珺.王素玉.王家素 永磁导轨上组合与单块YBCO的悬浮力关系研究 2003

受现有块材尺寸与性能的限制,实际应用中总是将许多超导块组合以满足实际需求.因此,研究组合样品与单个样品悬浮力之间的关系对设计磁悬浮系统具有实际意义.本文研究了永磁导轨上组合样品与单块样品悬浮力之间的关系.组合样品由3块矩形融熔织构YBCO块材组成,实验分两种方式进行,即组合样品平行于永磁导轨和垂直于永磁导轨两种情况.两种情况的实验结果均表明,组合样品的悬浮力与单个样品悬浮力的总和相当,平行时的最大悬浮力偏差为14.0N,垂直时的最大悬浮力偏差为4.9N.30mm悬浮间距内的最大悬浮力偏差百分比不超过6﹪.因此,我们可以根据单个样品的悬浮力来估算各种组合情况时的悬浮力.

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4.学位论文 张龙财 时变外磁场下高温超导体块材YBCO的导向力性能研究 2008

自从1986年高温超导材料被首次发现以来，世界上许多科学家纷纷对其表示了极大的兴趣并投入大量的精力进行研究，使得高温超导体的性能不断提高，为其在工程方面的应用开辟了广阔的前景。由于高温超导块材YBCO可以工作在液氮温区，具有较强的磁通钉扎能力，可以构成自稳定的悬浮系统，因此在实际应用中具有巨大的开发潜力，其应用主要包括：高温超导磁悬浮旋转轴承、飞轮储能、无源振动自由平台、陀螺仪和磁悬浮列车等。本研究小组对高温超导磁悬浮列车系统进行了大量的研究工作，并于2000年12月31日研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。为了使高温超导磁悬浮车系统早日走向工程应用，本论文对在时变外磁场作用情况下稳定悬浮于永磁导轨上方的高温超导体块材的导向力性能进行研究，目的在于揭露时变外磁场对块材导向力性能影响的作用机理，从而为高温超导磁悬浮车系统的动态悬浮性能研究提供一定的实验依据与理论指导。

本文对高温超导磁悬浮车用永磁导轨表面磁场的不均匀性进行研究。借助高温超导磁悬浮测试系统SCML-01对导轨表面磁场进行扫描测试，并辅以计算机仿真计算，通过实验测试结果和计算结果的对比，得出导轨表面磁场确实存在不均匀性的结论。此外，在准静态测试条件下，实验研究了导轨表面磁场不均匀性对高温超导块材的悬浮力性能的影响情况。

高温超导相关

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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。通过实验结果和模拟计算结果的对比，验证了该方法的可行性。另外，在此基础上对实验中难以进行或者不能进行的一些研究进行拓展。讨论了超导体相关各参数（临界电流密度、热导率、热容以及块材尺寸大小）对时变外磁场中高温超导块材导向力的影响情况；最后研究了时变外磁场对超导体各性能参数（俘获磁通、平均温度、交流损耗以及导向力）的影响情况。所有这些模拟计算结果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。

5.学位论文 芦逸云 永磁轨道上方高温超导块材磁悬浮实验与仿真研究 2009

自从1986年发现了可以工作在液氮温区的YBCO高温超导体以来，世界上许多科学家纷纷对其表示了极大的兴趣并投入大量的精力进行研究，使得高温超导体的性能不断提高，为其在工程方面的应用开辟了广阔的前景。由于YBCO高温超导块材拥有较强的磁通钉扎能力而具有自稳定的悬浮特性，因此具有巨大的应用潜力。本研究小组对高温超导磁悬浮列车系统进行了大量的研究工作，并于2000年12月31日研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车。

为了使高温超导磁悬浮车系统早日走向工程应用，系统地进行实验研究耗资巨大，所以，本论文提出了一种求解高温超导块材磁悬浮特性的三维数值模型，描述了该磁悬浮三维数值计算原理。本三维模型采用虚拟电导率的方法，将高温超导块材分为两种块材叠加来模拟超导块材内部的电流各向异性；论文中详细地描述了两种永磁轨道产生的轨道磁场的解析计算方法以及三维模型的数值求解过程，采用有限元方法结合时域差分法，使用迭代法处理非线性耦合问题。在FORTRAN平台上编写实现了高温超导磁悬浮三维数值模拟计算程序，同时实验验证了该程序的正确性。从而为高温超导磁悬浮车系统的悬浮性能数值模拟研究和优化设计提供了理论指导。

通过三维仿真模型对高温超导磁悬浮车用永磁导轨上方高温超导块材电磁特性进行了模拟计算，研究了超导块材在沿永磁轨道无限长方向垂直面内对称外磁场中的端面效应。该研究揭示了由于超导块材端面效应的存在，虽然外磁场在永磁轨道无限长方向磁场分量为零，但是超导块材内部沿此方向的磁场分量不为零，这是目前世界上二维超导磁悬浮计算所不能做到的。

使用实验与数值计算相结合的方法，研究了高温超导块材在对称分布式永磁轨道和Halbach结构永磁轨道上方悬浮力特性。实验研究和数值计算了在对称分布式永磁轨道下，高温超导块材悬浮力磁滞回线与超导块材横向水平偏移量之间的关系；最大悬浮力与超导块材横向水平偏移量之间的关系。在Halbach结构永磁轨道下，悬浮力磁滞回线与超导块材横向水平偏量之间的关系；最大悬浮力与超导块材横向水平偏移量之间的关系。研究结果表明，悬浮力磁滞回线以及最大悬浮力与块材横向水平偏移量之间的关系与外磁场结构紧密相关；模拟计算和实验结果能够较好的吻合。

通过三维仿真计算，研究了高温超导磁悬浮列车系统几何参数和物理参数对悬浮性能的影响。

对于对称分布式永磁轨道，高温超导磁悬浮性能随着轨道横截面厚度的增加和宽度的增加而在一定范围内增加，当永磁轨道横截面积一定时，与永磁轨道的宽度与高度的比值紧密相关。

对于Halbach结构永磁轨道，高温超导块材的磁悬浮性能比较复杂。在轨道其它参数保持不变的情况下，高温超导磁悬浮性能随着主磁体宽度的增加不仅取决于主磁体宽度与聚磁体宽度的比例，还与主磁体宽度与永磁轨道的高度的比例相关。高温超导磁悬浮性能与聚磁体宽度之间的关系和主磁体宽度与聚磁体宽度的比例值、主磁体宽度与永磁轨道的高度的比例值密切相关。通常上述各比例数值一定的情况下，永磁轨道横截面积的增大能够在一定范围内提升悬浮性能。

通过仿真计算了对称分布式永磁轨道上方高温超导块材在不同临界电流密度下的悬浮力曲线、Halbach结构永磁轨道上方高温超导块材在不同临界电流密度下悬浮力曲线，得出超导块材临界电流密度对超导体磁悬浮性能的提升，与外磁场结构有着密切的关系。单纯的提升超导块材材料性能，未必能达到优化磁悬浮性能的最终目的。

6.期刊论文 任仲友.王家素.王素玉.王晓融.宋宏海.王兴志.郑珺.REN ZHONG-YOU.WANG JIA-SU.WANG Su-yu.WANGXiao-rong.SONG HONG-HAI.WANG Xing-zhi.ZHENG JUN 提高YBCO块材在外磁场中悬浮力 -低温物理学报2003,25(3) 本文给出了三种提高YBCO块材在外磁场中悬浮力的方法.第一种方法是增强外磁场,对于此方法,本文研究了一块直径为30mm的圆柱状YBCO块材分别在圆柱状NdFeB永磁体和NdFeB永磁导轨上的悬浮力.测量结果表明在77K温度下YBCO块在圆柱状NdFeB永磁体上的最大悬浮力为50N,在NdFeB永磁导轨上的最大悬浮力为103.0N.第二种方法是提高YBCO块材自身的性能,包括临界电流密度、俘获磁通和块材尺寸,对于此方法,本文仅研究了块材尺寸对悬浮力的影响.三块直径分别为30mm、35mm、40mm的圆柱状YBCO块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力被测量,77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力分别为103.0N、134.5N、175.0N.第三方法是将YBCO块材变成准永久磁体,此种情况下,直径为40mm的圆柱状YBCO块材在77K温度下5mm悬浮间距时的悬浮力高达218.3N.

7.学位论文 岑冀娜 脉冲励磁高温超导块材悬浮特性研究 2006

1986年高温超导材料发现以来，人们在高温超导电性的理论、高温超导体的物性、材料的制备手段、材料的特性及应用等方面已经作了大量的工作，取得了很多重要结果。非理想第Ⅱ类超导体内部存在的异常区，即钉扎中心，会对磁通线的运动产生阻碍作用，使超导体具有一定的剩磁而成为超导永磁体，这是高温超导块材应用的一个重要方面。与高温超导块材自稳定性结合，可以实现高温超导块材在许多工程方面的应用不断涌现，例如超导磁悬浮车、飞轮、超导轴承、电动机等方面。本文基于永磁导轨与高温超导材料组成的磁悬浮系统分析其脉冲励磁条件下的悬浮特性，目的在于揭示悬浮特性的规律，为基于永磁导轨的高温超导磁悬浮应用提供实验数据和理论分析参考。

本文通过实验研究的方式研究了脉冲励磁后高温超导块材的磁悬浮特性。首先通过试验研究脉冲励磁条件下的高温超导块材的俘获特性，发现俘获磁场对YBCO块材生长结构和内部微观结构不均匀性十分敏感。在此基础上进一步分析了不同脉冲励磁条件对高温超导块材的悬浮力、侧向力和悬浮力刚度的影响。同时探讨了同一高温超导块材分别在零场冷条件下、场冷条件下与脉冲励磁下相关实验结果的关系。

借助数值分析的方法，通过计算机编制程序模拟相关电磁特性行为。本文采用Matlab语言编制相关程序实现了计算结果动态可视化。考虑到数据的前后处理问题，程序中间过渡采用数据调用法。最后介绍了程序平台的友好界面以及相关的界面参数，由于数值分析参数来源于理论计算和实验结果的比对，数值分析的结果具有一定的参考价值。

8.期刊论文 杨文将.刘宇.温正.段毅.陈晓东.YANG Wen-jiang.LIU Yu.WEN Zheng.DUAN Yi.CHEN Xiao-dong 可用于航天助推发射的高温超导磁悬浮技术 -宇航学报2007,28(3)

为了满足低成本、高安全可靠的可重复使用航天运载器发展需要,磁悬浮助推发射技术以其高地面起飞速度,提供了一种可能的技术途径.设计和研究了一种永磁导轨与高温超导体作用形成的磁悬浮系统.通过建立磁悬浮单元准静态力测试系统,分析了块状高温超导体在永磁导轨上方不同位置作用的悬浮特性.然后建立高温超导磁悬浮缩比研究试验平台,其包括4个磁悬浮单元和7米双永磁导轨.通过测试和分析试验平台在不同场冷高度和载荷条件下的悬浮特性,得出低场冷高度有利于提高磁悬浮发射装置的横向稳定性.

9.学位论文 王兴志 高温超导磁悬浮系统的磁悬浮刚度特性分析 2005

本文基于永磁导轨与高温超导材料组成的磁悬浮系统分析其磁悬浮刚度特性，目的在于揭露磁刚度的规律，为基于永磁导轨的高温超导磁悬浮应用提供实验数据和理论分析参考。

本文首先通过实验研究的方式系统研究了高温超导磁悬浮系统的磁刚度特性。通过改变相互作用的空间位置、相互作用的时间变量，获得与空间和时间相应的电磁特性参数。受当前实验设备的限制，无法在更大的范围研究准静态条件下的磁刚度特性，所以借助数值分析的方法，通过计算机编制程序模拟相关电磁特性行为。为了兼顾算法的效率和通用性，本文引入矩量法分析局部超导体单元的电磁特性，而全局单元采用有限元法综合处理。考虑到数据的前后处理问题，本文采用面向对象的方式编写相关程序代码，中间调用矩量法求解模块解决算法速度和收敛性问题。由于计算程序采用模块化的设计思路，很容易考虑各种导电媒质方程，如临界态模型、磁通蠕动和磁通流动模型以及Power-law模型等等。最后本文根据编制的程序代码分析了各

高温超导相关

10.期刊论文 西南交通大学研制成功"高温超导磁悬浮车” -电力机车技术2001,24(1)

2000年12 月31日,世界上第一辆"高温超导磁悬浮车”在西南交通大学超导技术研究所实验室研制成功.这辆运用高温超导技术磁悬的"高温超导磁悬浮车”与该校前期研制成功的运用电磁铁吸引力悬浮的"常导磁悬浮车”相比,悬浮高度提高10 mm."高温超导磁悬浮车”采用国产YBaCuO高温超导体块材,工作在液氮温度(77 K),底部3 mm厚的车载薄底液氮低温容器连续工作时间大于6 h.在车载5人、悬浮总重量530 kg时,悬浮净高度23 mm.该车悬浮稳定性好,悬浮刚度较高,运行十分平稳.永磁导轨长15.5 m,直线电机推进,加速度1 m / s2,全自动控制系统.

引证文献(8条)

1.邓自刚.郑珺.王家素.王素玉.张娅 高温超导磁悬浮测试过程对测试结果的交叉影响作用[期刊论文]-低温与超导 2009(1)

2.张江华.曾佑文.王家素.王素玉.宋宏海 高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析[期刊论文]-低温与超导 2007(2)

3.刘宏娟 矩形永磁体三维磁场空间分布研究[学位论文]硕士 2006

4.王莉 混合EMS磁悬浮系统研究[学位论文]博士 2006

5.岑冀娜 脉冲励磁高温超导块材悬浮特性研究[学位论文]硕士 2006

6.岑冀娜 脉冲励磁高温超导块材悬浮特性研究[学位论文]硕士 2006

7.宋宏海 对称和非对称外场中高温超导体YBCO电磁特性研究[学位论文]硕士 2004

8.任仲友 永磁导轨上高温超导磁悬浮的实验研究与数值计算[学位论文]博士 2004

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下载时间：2010年8月5日

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