探析预磁化高温超导块材磁体的悬浮电磁特性研究

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1、西南交通大学博士学位论文预磁化高温超导块材磁体的悬浮电磁特性研究姓名：刘伟申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：王家素201003西南交通大学博士研究生学位论文第l页摘要预磁化高温超导块材磁体可以实现远高于现有常规永久磁体的捕获磁通，因而将其引入平移对称型的高温超导磁悬浮系统，不仅可以提高超导材料自身的利用效率，也有助于悬浮系统整体性能的提高。与常规永久磁体不同的是，预磁化高温超导块材磁体依靠其磁化过程中产生的内部感应电流来维持其捕获磁通，在被应用到悬浮系统中时，磁化历史、磁场经历以及超导材料自身的差异都会对其悬浮电磁特性造成一定影响，在工程

2、化应用之前，有必要开展相关的实验和理论研究，探索其可行性和有效性。本论文着眼于研究实际运行条件下，预磁化高温超导块材磁体引入磁悬浮系统后所面临的实际问题，以及各种相关参数可能对其悬浮电磁特性造成的影响。论文采用场冷方式，利用恒磁场充磁机实现高温超导块材的磁化，文中介绍了超导块材的磁化工作原理、能量损耗机理和悬浮系统的相关基础理论。通过外部磁激励强度、消退速率以及施加方式等程序设置和调节，研究了不同磁化历史对预磁化高温超导块材磁体在永磁导轨上方悬浮特性的影响；进而研究了不同磁化模式下，预磁化高温超导块材磁体由力弛豫、水平运动等磁场经历所导致的悬浮性能变化情况

3、：通过钻孔、填充功能性材料以及厚度打磨等加工手段，完成了外形因素的改变对预磁化高温超导块材磁体悬浮特性影响的相关研究。通过三种不同结构的典型永磁导轨测试段的引入，研究了永磁导轨磁场结构和强度对预磁化高温超导块材磁体悬浮特性的影响。在实验测试和理论分析的基础上，建立超导块材二维有限元计算模型，并验证了其计算结果有效性，进而通过多物理场耦合计算，进行了目前暂时无法通过实验手段完成的预磁化高温超导块材磁体电磁特性变化趋势的相关研究。上述实验结果、理论分析和模拟计算，验证了引入预磁化高温超导块材磁体以提高悬浮系统整体性能的可行性，研究并探讨了诸如磁化强度、运动过程

4、、外部磁场构型、厚度等影响因素产生的机理和作用结果，由此得到了与实际运行相贴合的优选工作模式和优化途径，可为预磁化高温超导块材磁体的工程化应用提供具有参考价值的科学数据和设计依据。关键词：高温超导块材；磁化；磁悬浮：悬浮性能；永磁导轨第1l页西南交通大学博士研究生学位论文AbstractThemagnetizedbulkhigh·Tcsuperconductormagnet(MBSCrvl)canacquirefarlargertrappedmagneticfluxthanthenormalpermanentmagnetif'M)。Introducingt

5、heMBSCMintothetranslationsymmetricalhigh-Tosuperconducting(HTS)maglevsystemcanimproveboththeefficiencyofbulksuperconductorandthelevitationperformanceofHTSmaglevsystem．Differentfi'omthenormalPM，thetrappedfluxofMBSCMissustainedbytheinducedsupereurrentproducedduringthemagnetizationpr

6、ocess，whichissensitivetothemagnetizationhistory,theappliedfieldcxpericl'lCeandthematerialbehaviorofsuperconductor．ItisnecessarytOinvestigatethemagnetizationandlevitationperformanceofMBSCMbeforetheusageinengineering．ThispaperfocusesOnthelevitationperformanceofMBSCMinthepracticalapp

7、licationandtheinfluencefromrelevantparameters．TheMBSCMispreparedbyfield—coolingmethod(FCM)，、)l，imastaticfieldmagnetizingapparatus．ShortintroductionintotheFCM，theellergydissipationmechanismandHTSmaglevsystemlll'econtained．Influenceofmagnetizationhistory011thelevitationperformanceof

8、MBSCMisprocessedwiththechangeofex