高温超导磁悬浮动态特性及改善方法研究

摘要

自高温超导磁悬浮现象发现以来，高温超导磁悬浮以其独特的无源自稳定优势被广泛应用于超导轴承、飞轮储能和轨道交通等领域。2000年西南交通大学研制成功世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车，掀起了高温超导磁悬浮车研究热潮。此后，该小组在十几年的研究工作基础上，于2014年6月搭建完成并调试成功世界首例真空管道高温超导磁悬浮车试验平台，将高温超导磁悬浮与真空管道运输方式结合起来，受到世界范围的广泛关注。
　　目前有关高温超导磁悬浮的研究，主要集中在准静态宏观电磁特性上，包括悬浮力、导向力、刚度及力弛豫等。然而磁悬浮车在实际运行过程时，超导块材将不可避免经历不均匀的外磁场，会对超导体的悬浮性能产生影响。为此本论文首先研究了高温超导磁悬浮动态测试系统永磁轨道圆盘横向不同位置的轨道磁场不均匀性，同时对轨道运动条件下的磁场波动变化情况进行了研究，发现轨道磁场沿运行方向存在不均匀性且聚磁铁轭能有效缓解磁场的不均匀度。
　　然后研究了高温超导块材在准静态下的悬浮特性及其表面磁场，重点分析在不同场冷高度和工作高度往返测试中及弛豫条件下的悬浮力及块材上下表面不同位置的磁场变化，并从超导体表面磁场角度出发阐述其悬浮力变化的本质原因，发现块材的悬浮力与磁场的变化紧密相关。随后研究在动态运行条件（包括不同运行速度、场冷高度、工作高度及循环加减速）块材的悬浮力及相应的表面磁场变化，分析波动的外部磁场对高温超导磁悬浮系统悬浮性能的影响。
　　最后，针对高温超导磁悬浮车的动态运行特性，本文提出并验证了两种改善方法:一是在块材底部添加铜片作为涡流阻尼器研究对动态悬浮力和振动特性的影响，发现涡流阻尼器能提升磁悬浮系统的悬浮性能，抑制运行条件下的悬浮力衰减，同时0.5mm厚度的涡流阻尼器对磁悬浮系统的动态振动特性改善效果较为明显;二是在高温超导磁悬浮系统中引入弹簧作为减振措施，研究其对悬浮小车簧上部分振动特性的改善效果，结果表明减振弹簧能大幅度减小簧上负载部分的振动加速度幅值，并且能屏蔽高频(＞30 Hz)下的外部激扰。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 磁悬浮

1．2 高温超导磁悬浮

1．2．1 高温超导材料

1．2．2 高温超导磁悬浮车研究现状

1．3 高温超导磁悬浮运行特性研究现状

1．4 本论文的主要研究内容和目的

第2章 永磁轨道磁场横向不均匀性研究

2．1 轨道简介

2．2 实验装置及测试方法

2．3 静态下轨道横向不同位置磁场

2．4 旋转运动下轨道横向磁场

2．5 本章小结

第3章 准静态超导块材悬浮力、磁场特性

3．1 超导块材的悬浮力及表面磁场变化特性

3．1．1 运动过程对超导体悬浮特性和表面磁场的影响

3．1．2 块材空间位置磁场在测试过程中的变化

3．2 不同外场条件对超导体悬浮力及表面磁场的影响

3．2．1 外场条件对悬浮力的影响

3．2．2 外场条件对块材表面磁场的影响

3．3 弛豫条件下的块材悬浮力及表面磁场变化

3．4 不同性能超导块材的悬浮力及表面磁场变化

3．5 本章小结

第4章 动态运行下超导块材悬浮力、磁场特性

4．1 实验原理及方法

4．2 稳定运行下悬浮力及磁场变化

4．2．1 悬浮力及块材表面磁场变化特性

4．2．2 运行速度的影响

4．3 场冷高度的影响

4．4 工作高度的影响

4．5 循环加减速

4．6 本章小结

第5章 高温超导磁悬浮动态特性改善措施

5．1 块材底部添加涡流阻尼器

5．1．1 涡流阻尼器对动态悬浮力影响

5．1．2 涡流阻尼器对动态运行特性影响

5．2 引入减振弹簧对动态特性的影响

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果