飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

摘要

能源问题是21世纪人类所面临的重大课题之一。在不断开发新能源的同时，为了更有效地利用现有的能源，就需要发展先进节能技术和储能技术。早在20世纪50年代就有人提出了利用高速旋转的飞轮来储存能量，动能储存方式简单，并显示出储能密度高、功率大、效率高、寿命长、无污染等优点，但由于当时技术条件的限制，一直未取得突破性的进展。
　　 90年代以来，磁悬浮技术突飞猛进给飞轮储能带来了新的希望。飞轮储能性能的好坏关键取决于支撑转子的轴承，高温超导磁悬浮轴承是一种利用超导体抗磁性和钉扎作用使转轴悬浮于空中，实现无机械接触的一种新型高性能轴承，因而具有一般传统轴承所无法比拟的优越性。
　　 本文首次提出一种具有倾斜环形永磁轨道的新型高温超导磁悬浮轴承研究方案，采用高温超导块材与环形永磁轨道组成，具有极高的悬浮效率和稳定性。
　　 针对于圆柱形超导体-环形永磁轨道悬浮系统，基于临界态模型和电流矢量位，采用了采用有限单元法对超导体内的电流分布进行分析、求解，根据洛仑兹力公式进而得到悬浮力和导向力等重要参数。在此基础上，开发了方便、快捷应用程序，利用该程序对不同参数的新型高温超导磁悬浮轴承悬浮性能进行定量分析研究，证明该研究方案的可行性和优越性，结合这些结果可为这类轴承的定量评价提供参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2储能技术

1.2.1储能方式

1.2.2飞轮储能

1.3磁悬浮轴承及其分类

1.4高温超导磁悬浮轴承的发展概况

1.5研究课题的提出

1.6论文的主要工作

第2章 高温超导磁悬浮轴承

2.1高温超导磁悬浮轴承的工作原理

2.2高温超导磁悬浮轴承的基本结构

2.1.1高温超导推力轴承的基本结构

2.2.2高温超导径向轴承的基本结构

2.3新型高温超导轴承的基本结构

2.4永磁轨道的选择

2.5本章小结

第3章有限元法与高温超导体电磁学分析

3.1有限元法的概述

3.1.1边值问题

3.1.2里茨方法

3.1.3迦辽金方法

3.2有限元法的具体实施方法

3.2.1区域离散

3.2.2有限元剖分及插值函数选择

3.2.3分片线性插值与基函数

3.2.4有限元方程组形成与求解

3.3高温超导体电磁学分析

3.3.1电磁场的基本方程

3.3.2高温超导体的电磁本构关系

3.4轴对称场中泊松方程的有限元方程组

3.4.1泊松方程的等价变分问题

3.4.2等价变分问题离散化

3.5本章小结

第4章单块高温超导块材与永磁轨道的数值计算

4.1计算模型

4.1.1永磁轨道磁场计算

4.1.2超导屏蔽电流计算

4.1.3悬浮力和导向力的计算

4.2程序的开发与使用说明

4.2.1程序的开发

4.2.2程序使用说明

4.3本章小结

第5章新型高温超导磁悬浮轴承系统性能研究

5.1新型高温超导轴承的结构参数

5.2新型高温超导轴承承载能力分析

5.2.1计算模型的简化

5.2.2新型高温超导磁悬浮轴承轴向和径向承载能力

5.3本章小结

结 论

本文主要研究成果

进一步开展的工作

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文