芻議懸浮力衰減行為
論文摘要：前期的研究表明預載是一種行之有效的抑制高溫超導磁懸浮系統中由橫向運動引起的懸浮力衰減的方法，目前但相關的研究僅停留在概念上方法的提出，而沒有對影響預載效果的一些因素進行詳細地分析研究。利用高溫超導磁懸浮測試系統，本文通過改變塊材的冷卻條件（場冷和零場冷）、懸浮高度以及軌道磁場結構、材料性能等實驗研究了不同預載高度下YBCO塊材的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系，同時改變塊材的冷卻條件（場冷和零場冷）、懸浮高度以及軌道磁場結構、材料性能等，研究得到這些因素對預載條件下懸浮力隨橫向運動變化情況的影響的規律。結果表明，預載高度越低，由橫向運動引起的懸浮力變化越快地趨于穩定，但懸浮力的穩定值也越小,并且這一現象不隨冷卻條件、懸浮高度、軌道磁場結構和材料性能等因素的改變而變化。
論文關鍵詞：塊材,懸浮力,橫向運動,預載,永磁軌道
西南交通大學大學生科研訓練計劃（項目編號:100320）、西南交通大學博士研究生創新基金和國家自然科學基金(項目編號:51007076)資助的課題
引言
高溫超導磁懸浮車是通過車載高溫超導塊材（多采用YBCO塊材）與地面永磁軌道系統的電磁互作用提供車體穩定懸浮所需的懸浮力和導向力，其理想的工作狀況是車體在運動過程中一直懸浮于永磁軌道的正上方，但實際情況下由于軌距偏差、外界干擾等因素的存在，車體前行時將不可避免地伴隨有不同程度的橫向運動。針對這一問題，Song等首先進行了實驗模擬研究，結果表明隨著橫向運動次數的增加，懸浮力不斷衰減，并且橫向運動發生的偏移越大，對應的衰減越明顯。Valle等相關的理論計算結果也顯示，隨著橫向運動次數的增加，懸浮力不斷衰減，并且懸浮的位置越低，衰減得越快。為抑制這種橫向運動引起的懸浮力衰減，提高系統的懸浮穩定性，我們在前期的研究中提出了預載法，并通過比較有、無預載兩種情況下橫向運動引起的懸浮力變化情況，證實了這種方法的有效性。但相關的研究還只是停留在方法的提出，未對不同情況下的預載效果進行深入的研究。
這里需要指出的一點是，所謂預載就是指首先給高溫超導塊材施加一個較強的外磁場，然后降低外磁場，回到正常工作時的外磁場中。在高溫超導磁懸浮車系統中，可通過讓高溫超導塊材先運動到低于其懸浮高度處的某一位置（外場強），然后再上升到懸浮高度處來實現對高溫超導塊材的預載。就這種情形而言，對塊材施加的冷卻條件、塊材懸浮的位置、預載的位置、外磁場的結構、塊材的性能等因素都會對預載的效果產生影響，本文從這些因素出發，對不同工作條件下預載抑制橫向運動引起的懸浮力衰減效果進行深入的研究，以為高溫超導磁懸浮車系統的實際應用提供一定的設計依據。
2實驗裝置和實驗測試
2.1實驗器材
本文的實驗測試是在高溫超導磁懸浮測試系統SCML-02上進行的，SCML-02是一套高精度多功能的高溫超導塊材磁懸浮性能專用測試設備。這套設備可以同時測試高溫超導塊材在外磁場中受到的懸浮力和導向力。在本文的實驗中主要關心的是橫向運動中懸浮力的變化情況，因此利用這套設備我們可以用于研究橫向運動對塊材懸浮力的影響。
圖.1給出了實驗中所用的兩種永磁軌道，其中Rail_A寬為130mm高為30mm，是由Halbach結構演變而來的軌道，這種軌道可以將大部分磁力線聚集到其上部空間，磁場利用率高。Rail_B寬為128mm高為36mm，同樣可認為是由Halbach結構演變而來，只是為保證軌道磁場沿縱向的均勻性，中間用聚磁鐵板置換了永磁體，這種結構的軌道同樣可以將磁場聚集到軌道正上方，因此也有較高的磁場利用率，不同的是Rail_A軌道上方磁場以水平分量為主，Rail_B軌道上方磁場以豎直分量為主。
圖.2所示為實驗中用到的兩種塊材。其中左圖為長方體YBCO塊材，是德國ATZ公司于2007年左右制備的，含有三個籽晶，其幾何尺寸為68mm×33mm×13mm，在實驗中，塊材的長度方向與軌道的長度方向一致；右圖為單籽晶圓柱體YBCO塊材，是北京有色金屬研究院在2000年左右制備的，其直徑為30mm，高為18mm。
2.2測試過程
首先向盛有超導塊材的容器中注入液氮，冷卻大約十分鐘，使塊材完全進入超導態，然后以0.5mm/s的速度將塊材下降到給定的預載位置，預載大約五分鐘，再上升到預定的測試高度，使塊材在一定的位移范圍內（6mm至-6mm）沿橫向做往返運動14次，記錄塊材運動到軌道正上方時受到的懸浮力。
首先選用軌道Rail_A和長方體塊材，在軌道正上方30mm高度處場冷，設定工作位置為軌道正上方15mm，測試無預載、預載高度為8mm、10mm、12mm、14mm五種情況下橫向往返運動過程中塊材受到的懸浮力。依次分別改變冷卻方式（采用零場冷）、工作位置（設定為20mm）、永磁軌道（采用軌道Rail_B）、超導塊材（采用圓柱體），保持其它條件不變，重復上述實驗。
3實驗結果與分析
圖.3是長方體三籽晶YBCO塊材在Rail_A磁場中，場冷高度為30mm，測試高度為15mm時，預載高度分別為8mm、10mm、12mm和14mm以及無預載等五種情況下，塊材橫向運動至軌道Rail_A正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。
由圖.3可見，工作高度為15mm時，對于無預載情況，懸浮力最大值出現在起始時刻，即塊材由處于軌道正上方的場冷位置豎直運動到測試位置，經過約五分鐘的弛豫后開始測試時系統采集到的懸浮力。隨著塊材開始做橫向運動，達到最大橫向位移處（6mm），然后返回至軌道正上方，繼續橫向運動至最小橫向位移處（-6mm），接著再反向繼續橫向運動這一運動過程的重復進行，發現塊材運動到軌道正上方時的懸浮力不斷衰減，雖然隨著橫向運動次數的增加，懸浮力衰減的幅度逐漸降低，但在總的測試范圍內，衰減還在繼續，懸浮力還
未達到穩態。 對于預載高度為14mm的情況，雖然起始時的懸浮力低于無預載下的懸浮力，但隨著橫向運動的開始和運動次數的不斷增加，這種情況下的懸浮力快速接近并最終超過無預載下的懸浮力，但在這種預載高度下懸浮力隨橫向運動次數的增加仍然呈現逐漸衰減的態勢，并未抑制懸浮力衰減。降低預載位置到12mm，隨著橫向運動次數的增加，懸浮力在出現些許的衰減后，逐步進入了穩態，即不再隨著橫向運動的發生而變化，并且與無預載和14mm預載高度兩種情況相比，懸浮力雖然有所下降，但下降的幅度并不大。進一步降低預載位置到10mm和8mm，對于這兩種情況，隨著橫向運動的進行，懸浮力衰減的現象完全消失，取而代之的是先出現明顯的增加，并且增加的幅度隨預載位置的降低而增大，隨后很快進入了穩態。雖然這兩種預載情況下，懸浮力隨橫向運動衰減的現象被完全抑制了，但相比于無預載和預載高度較高的情況，懸浮力明顯偏低，系統對應的懸浮能力也就偏弱。
在實際應用中，理想的狀態是各種無法避免的因素導致的車體橫向運動不會引起懸浮力的變化，進而不會對高溫超導磁懸浮車系統的懸浮能力和懸浮氣隙帶來影響，使得車體在發生橫向運動后仍能穩定運行?；谶@樣的考慮，最佳的預載高度應是經過在該位置預載后，懸浮力隨橫向運動次數的增加表現出的是一條直線。然而，在實驗中這種最佳狀態是
難以精確估測的。針對圖.3設定的工作條件，根據上面的分析，最佳的預載高度應出現在區間10mm～12mm內。
改變測試高度為20mm，其它條件與圖.3相同，進一步研究了測試高度對預載效果的影響，結果如圖.4所示。由此圖可見，雖然14mm預載高度的初始懸浮力低于無預載情況的，但經過橫向運動后，這種情況下的懸浮力是逐漸高于無預載情況的。與15mm測試高度情況不同的是，在預載高度為12mm時，懸浮力已表現出與10mm和8mm預載高度相同的變化趨勢，即隨著橫向運動次數的增加，懸浮力先是快速增大，隨后很快進入了穩態。顯然，在20mm測試高度下，最佳預載高度所在的區間變為了12mm～14mm。由此可見，在實際應用中，同一場冷高度下，隨著懸浮高度的增加，最佳的預載位置是逐漸增高的，但增高的幅度應低于懸浮高度的增加量。
變換塊材的冷卻方式為零場冷，測試高度仍選擇為15mm，不同預載情況的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系如圖.5所示。由該圖可見，在預載高度為14mm和12mm時，隨著橫向運動的進行，懸浮力仍表現出與無預載相同的變化趨勢，預載并未達到抑制懸浮力衰減的目的。當預載高度降到10mm時，懸浮力隨橫向運動才呈現先增加然后達到穩定的態勢。繼續降低預載位置到8mm，懸浮力隨橫向運動表現出的變化態勢與10mm預載高度的情況相同，只是初始懸浮力的增長幅度變大了，穩定值變小了。很明顯，當前工況下，最佳的預載位置在軌道上方10mm至12mm之間。因此，相比于同一測試高度下的場冷情況，零場冷條件下的最佳預載位置有所下降。
隨后采用單籽晶的圓柱形塊材，進一步研究塊材性能對預載效果的影響，測試結果如圖.6所示。由該圖可見，雖然在14mm處預載后，橫向運動仍會引起懸浮力的衰減，但相比于無預載，預載后的懸浮力大并且衰減較弱。12mm預載的結果顯示，懸浮力在起始出現增長后，隨著橫向運動的繼續進行，又出現了一定程度的衰減，不過在預定的橫向運動完成時，12mm預載表現出的懸浮力高于14mm預載和無預載下的懸浮力。繼續降低預載高度至10mm和8mm，懸浮力表現出先增大后漸趨于穩定的態勢。與上述三種情況不同的是，當前條件下，難以找到一個恰當的預載位置，使得塊材在此位置預載后，懸浮力不隨橫向運動的進行而發生變化。造成這一現象的主要原因可能是，圓柱形塊材的性能不如方形塊材，磁通釘扎能力較弱，在橫向運動中塊材內部的磁通變化比較劇烈，而懸浮力的變化是內部磁通運動的宏觀顯現，因此在這種情況下很難找到理想的預載位置區間。當然，如果實際應用中使用到這種類型的塊材，從降低橫向運動對懸浮力的影響而言，可以考慮的預載位置應在10mm到12mm之間。
為研究外磁場結構對預載效果的影響，進一步變換軌道為Rail_B，其它條件與圖.3相同，測試了不同預載情況下懸浮力隨橫向運動的變化關系，結果如圖.7所示。該圖表明：在14mm預載高度下，雖然經過橫向運動后懸浮力仍會衰減，但衰減的幅度要小于無預載的情況；當預載高度降為12mm時，懸浮力經過初始些許的增加后開始出現一定程度的衰減，但衰減的幅度很小，在測試完成時基本達到了穩態；進一步降低預載位置到10mm和8mm，懸浮力隨橫向運動的變化趨勢與前述相同預載高度的情況一致，不再贅述。在這種工作條件下，由于12mm預載高度下的懸浮力隨橫向運動表現出先增大后衰減的變化趨勢，因此這種工況下也難以找到理想的預載位置區間。當然，基于實用的考慮，可以在10mm～12mm范圍內選擇預載位置。
4結論
本文以Halbach永磁軌道和三籽晶方形YBCO塊材為重點研究對象，同時兼顧單疇圓柱形塊材，通過改變塊材的場冷條件、測試高度以及外磁場結構，研究了不同預載條件下橫向運動引起的懸浮力變化情況。實驗結果表明：不論測試條件如何，預載位置較高時，雖然預載后系統的懸浮性能有所增強，但未能抑制橫向運動引起的懸浮力衰減，但預載位置過低時，雖然預載徹底消除了橫向運動引起的懸浮力衰減，但穩態的懸浮力較低，對系統的懸浮能力影響較大。因此，在實際應用中需要確定一個最佳的預載位置范圍，使得在能夠抑制懸浮力衰減的同時也具有較大的穩態懸浮力。
參考文獻
1 Wang J, Wang S, Zeng Y, et al. Physica C, 378381(2002), 809
2 Yang W, Zhou L, Feng Y, et al., Supercond. Sci. Technol. 19(2006),S537(3pp)
3 Song H, Haas O, Beyer C, et al. Appl. Phys. Lett., 86(2005), 195206(3pp)
4 宋宏海, 王家素, 王素玉等,低溫物理學報,27(2005), 963
5 Valle N, Sanchez A, Navau C, et al., Appl. Phys. Lett. 92(2008), 042505(3pp)
6 Ma G, Lin Q, Wang J, et al., Supercond. Sci. Technol. 21(2008),065020(5pp)
7 Wang S, Wang J, Deng, C, et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 17(2007), 2067
8 Jing H, Wang J, Wang S, et al. Physica C, 463465(2007), 426
9 Liu W, Wang J, Liao X, et al. J. Supercond. Nov. Magn. 2011, in press, DOI 10.1007/s10948-010-1058-4
論文關鍵詞：塊材,懸浮力,橫向運動,預載,永磁軌道
西南交通大學大學生科研訓練計劃（項目編號:100320）、西南交通大學博士研究生創新基金和國家自然科學基金(項目編號:51007076)資助的課題
引言
高溫超導磁懸浮車是通過車載高溫超導塊材（多采用YBCO塊材）與地面永磁軌道系統的電磁互作用提供車體穩定懸浮所需的懸浮力和導向力，其理想的工作狀況是車體在運動過程中一直懸浮于永磁軌道的正上方，但實際情況下由于軌距偏差、外界干擾等因素的存在，車體前行時將不可避免地伴隨有不同程度的橫向運動。針對這一問題，Song等首先進行了實驗模擬研究，結果表明隨著橫向運動次數的增加，懸浮力不斷衰減，并且橫向運動發生的偏移越大，對應的衰減越明顯。Valle等相關的理論計算結果也顯示，隨著橫向運動次數的增加，懸浮力不斷衰減，并且懸浮的位置越低，衰減得越快。為抑制這種橫向運動引起的懸浮力衰減，提高系統的懸浮穩定性，我們在前期的研究中提出了預載法，并通過比較有、無預載兩種情況下橫向運動引起的懸浮力變化情況，證實了這種方法的有效性。但相關的研究還只是停留在方法的提出，未對不同情況下的預載效果進行深入的研究。
這里需要指出的一點是，所謂預載就是指首先給高溫超導塊材施加一個較強的外磁場，然后降低外磁場，回到正常工作時的外磁場中。在高溫超導磁懸浮車系統中，可通過讓高溫超導塊材先運動到低于其懸浮高度處的某一位置（外場強），然后再上升到懸浮高度處來實現對高溫超導塊材的預載。就這種情形而言，對塊材施加的冷卻條件、塊材懸浮的位置、預載的位置、外磁場的結構、塊材的性能等因素都會對預載的效果產生影響，本文從這些因素出發，對不同工作條件下預載抑制橫向運動引起的懸浮力衰減效果進行深入的研究，以為高溫超導磁懸浮車系統的實際應用提供一定的設計依據。
2實驗裝置和實驗測試
2.1實驗器材
本文的實驗測試是在高溫超導磁懸浮測試系統SCML-02上進行的，SCML-02是一套高精度多功能的高溫超導塊材磁懸浮性能專用測試設備。這套設備可以同時測試高溫超導塊材在外磁場中受到的懸浮力和導向力。在本文的實驗中主要關心的是橫向運動中懸浮力的變化情況，因此利用這套設備我們可以用于研究橫向運動對塊材懸浮力的影響。
圖.1給出了實驗中所用的兩種永磁軌道，其中Rail_A寬為130mm高為30mm，是由Halbach結構演變而來的軌道，這種軌道可以將大部分磁力線聚集到其上部空間，磁場利用率高。Rail_B寬為128mm高為36mm，同樣可認為是由Halbach結構演變而來，只是為保證軌道磁場沿縱向的均勻性，中間用聚磁鐵板置換了永磁體，這種結構的軌道同樣可以將磁場聚集到軌道正上方，因此也有較高的磁場利用率，不同的是Rail_A軌道上方磁場以水平分量為主，Rail_B軌道上方磁場以豎直分量為主。
圖.2所示為實驗中用到的兩種塊材。其中左圖為長方體YBCO塊材，是德國ATZ公司于2007年左右制備的，含有三個籽晶，其幾何尺寸為68mm×33mm×13mm，在實驗中，塊材的長度方向與軌道的長度方向一致；右圖為單籽晶圓柱體YBCO塊材，是北京有色金屬研究院在2000年左右制備的，其直徑為30mm，高為18mm。
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圖. 1 兩種永磁軌道的截面尺寸圖 |
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圖. 2 實驗中兩種超導塊材的實物圖 |
2.2測試過程
首先向盛有超導塊材的容器中注入液氮，冷卻大約十分鐘，使塊材完全進入超導態，然后以0.5mm/s的速度將塊材下降到給定的預載位置，預載大約五分鐘，再上升到預定的測試高度，使塊材在一定的位移范圍內（6mm至-6mm）沿橫向做往返運動14次，記錄塊材運動到軌道正上方時受到的懸浮力。
首先選用軌道Rail_A和長方體塊材，在軌道正上方30mm高度處場冷，設定工作位置為軌道正上方15mm，測試無預載、預載高度為8mm、10mm、12mm、14mm五種情況下橫向往返運動過程中塊材受到的懸浮力。依次分別改變冷卻方式（采用零場冷）、工作位置（設定為20mm）、永磁軌道（采用軌道Rail_B）、超導塊材（采用圓柱體），保持其它條件不變，重復上述實驗。
3實驗結果與分析
圖.3是長方體三籽晶YBCO塊材在Rail_A磁場中，場冷高度為30mm，測試高度為15mm時，預載高度分別為8mm、10mm、12mm和14mm以及無預載等五種情況下，塊材橫向運動至軌道Rail_A正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。
由圖.3可見，工作高度為15mm時，對于無預載情況，懸浮力最大值出現在起始時刻，即塊材由處于軌道正上方的場冷位置豎直運動到測試位置，經過約五分鐘的弛豫后開始測試時系統采集到的懸浮力。隨著塊材開始做橫向運動，達到最大橫向位移處（6mm），然后返回至軌道正上方，繼續橫向運動至最小橫向位移處（-6mm），接著再反向繼續橫向運動這一運動過程的重復進行，發現塊材運動到軌道正上方時的懸浮力不斷衰減，雖然隨著橫向運動次數的增加，懸浮力衰減的幅度逐漸降低，但在總的測試范圍內，衰減還在繼續，懸浮力還
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圖. 3. 不同預載條件下方形塊材在軌道Rail_A上方橫向運動至軌道正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。塊材的場冷高度為30 mm，測試高度為15 mm |
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圖. 4. 不同預載條件下方形塊材在軌道Rail_A上方橫向運動至軌道正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。塊材的場冷高度為30 mm，測試高度為20 mm |
未達到穩態。 對于預載高度為14mm的情況，雖然起始時的懸浮力低于無預載下的懸浮力，但隨著橫向運動的開始和運動次數的不斷增加，這種情況下的懸浮力快速接近并最終超過無預載下的懸浮力，但在這種預載高度下懸浮力隨橫向運動次數的增加仍然呈現逐漸衰減的態勢，并未抑制懸浮力衰減。降低預載位置到12mm，隨著橫向運動次數的增加，懸浮力在出現些許的衰減后，逐步進入了穩態，即不再隨著橫向運動的發生而變化，并且與無預載和14mm預載高度兩種情況相比，懸浮力雖然有所下降，但下降的幅度并不大。進一步降低預載位置到10mm和8mm，對于這兩種情況，隨著橫向運動的進行，懸浮力衰減的現象完全消失，取而代之的是先出現明顯的增加，并且增加的幅度隨預載位置的降低而增大，隨后很快進入了穩態。雖然這兩種預載情況下，懸浮力隨橫向運動衰減的現象被完全抑制了，但相比于無預載和預載高度較高的情況，懸浮力明顯偏低，系統對應的懸浮能力也就偏弱。
在實際應用中，理想的狀態是各種無法避免的因素導致的車體橫向運動不會引起懸浮力的變化，進而不會對高溫超導磁懸浮車系統的懸浮能力和懸浮氣隙帶來影響，使得車體在發生橫向運動后仍能穩定運行?；谶@樣的考慮，最佳的預載高度應是經過在該位置預載后，懸浮力隨橫向運動次數的增加表現出的是一條直線。然而，在實驗中這種最佳狀態是
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圖. 5. 不同預載條件下方形塊材在軌道Rail_A上方橫向運動至軌道正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。塊材為零場冷，測試高度為15 mm |
難以精確估測的。針對圖.3設定的工作條件，根據上面的分析，最佳的預載高度應出現在區間10mm～12mm內。
改變測試高度為20mm，其它條件與圖.3相同，進一步研究了測試高度對預載效果的影響，結果如圖.4所示。由此圖可見，雖然14mm預載高度的初始懸浮力低于無預載情況的，但經過橫向運動后，這種情況下的懸浮力是逐漸高于無預載情況的。與15mm測試高度情況不同的是，在預載高度為12mm時，懸浮力已表現出與10mm和8mm預載高度相同的變化趨勢，即隨著橫向運動次數的增加，懸浮力先是快速增大，隨后很快進入了穩態。顯然，在20mm測試高度下，最佳預載高度所在的區間變為了12mm～14mm。由此可見，在實際應用中，同一場冷高度下，隨著懸浮高度的增加，最佳的預載位置是逐漸增高的，但增高的幅度應低于懸浮高度的增加量。
變換塊材的冷卻方式為零場冷，測試高度仍選擇為15mm，不同預載情況的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系如圖.5所示。由該圖可見，在預載高度為14mm和12mm時，隨著橫向運動的進行，懸浮力仍表現出與無預載相同的變化趨勢，預載并未達到抑制懸浮力衰減的目的。當預載高度降到10mm時，懸浮力隨橫向運動才呈現先增加然后達到穩定的態勢。繼續降低預載位置到8mm，懸浮力隨橫向運動表現出的變化態勢與10mm預載高度的情況相同，只是初始懸浮力的增長幅度變大了，穩定值變小了。很明顯，當前工況下，最佳的預載位置在軌道上方10mm至12mm之間。因此，相比于同一測試高度下的場冷情況，零場冷條件下的最佳預載位置有所下降。
隨后采用單籽晶的圓柱形塊材，進一步研究塊材性能對預載效果的影響，測試結果如圖.6所示。由該圖可見，雖然在14mm處預載后，橫向運動仍會引起懸浮力的衰減，但相比于無預載，預載后的懸浮力大并且衰減較弱。12mm預載的結果顯示，懸浮力在起始出現增長后，隨著橫向運動的繼續進行，又出現了一定程度的衰減，不過在預定的橫向運動完成時，12mm預載表現出的懸浮力高于14mm預載和無預載下的懸浮力。繼續降低預載高度至10mm和8mm，懸浮力表現出先增大后漸趨于穩定的態勢。與上述三種情況不同的是，當前條件下，難以找到一個恰當的預載位置，使得塊材在此位置預載后，懸浮力不隨橫向運動的進行而發生變化。造成這一現象的主要原因可能是，圓柱形塊材的性能不如方形塊材，磁通釘扎能力較弱，在橫向運動中塊材內部的磁通變化比較劇烈，而懸浮力的變化是內部磁通運動的宏觀顯現，因此在這種情況下很難找到理想的預載位置區間。當然，如果實際應用中使用到這種類型的塊材，從降低橫向運動對懸浮力的影響而言，可以考慮的預載位置應在10mm到12mm之間。
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圖. 6. 不同預載條件下單疇圓柱形塊材在軌道Rail_A上方橫向運動至軌道正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。塊材的場冷高度為30 mm，測試高度為15 mm |
為研究外磁場結構對預載效果的影響，進一步變換軌道為Rail_B，其它條件與圖.3相同，測試了不同預載情況下懸浮力隨橫向運動的變化關系，結果如圖.7所示。該圖表明：在14mm預載高度下，雖然經過橫向運動后懸浮力仍會衰減，但衰減的幅度要小于無預載的情況；當預載高度降為12mm時，懸浮力經過初始些許的增加后開始出現一定程度的衰減，但衰減的幅度很小，在測試完成時基本達到了穩態；進一步降低預載位置到10mm和8mm，懸浮力隨橫向運動的變化趨勢與前述相同預載高度的情況一致，不再贅述。在這種工作條件下，由于12mm預載高度下的懸浮力隨橫向運動表現出先增大后衰減的變化趨勢，因此這種工況下也難以找到理想的預載位置區間。當然，基于實用的考慮，可以在10mm～12mm范圍內選擇預載位置。
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圖. 7. 不同預載條件下方形塊材在軌道Rail_B上方橫向運動至軌道正上方時受到的懸浮力隨橫向運動次數的變化關系。塊材的場冷高度為30 mm，測試高度為15 mm |
4結論
本文以Halbach永磁軌道和三籽晶方形YBCO塊材為重點研究對象，同時兼顧單疇圓柱形塊材，通過改變塊材的場冷條件、測試高度以及外磁場結構，研究了不同預載條件下橫向運動引起的懸浮力變化情況。實驗結果表明：不論測試條件如何，預載位置較高時，雖然預載后系統的懸浮性能有所增強，但未能抑制橫向運動引起的懸浮力衰減，但預載位置過低時，雖然預載徹底消除了橫向運動引起的懸浮力衰減，但穩態的懸浮力較低，對系統的懸浮能力影響較大。因此，在實際應用中需要確定一個最佳的預載位置范圍，使得在能夠抑制懸浮力衰減的同時也具有較大的穩態懸浮力。
參考文獻
1 Wang J, Wang S, Zeng Y, et al. Physica C, 378381(2002), 809
2 Yang W, Zhou L, Feng Y, et al., Supercond. Sci. Technol. 19(2006),S537(3pp)
3 Song H, Haas O, Beyer C, et al. Appl. Phys. Lett., 86(2005), 195206(3pp)
4 宋宏海, 王家素, 王素玉等,低溫物理學報,27(2005), 963
5 Valle N, Sanchez A, Navau C, et al., Appl. Phys. Lett. 92(2008), 042505(3pp)
6 Ma G, Lin Q, Wang J, et al., Supercond. Sci. Technol. 21(2008),065020(5pp)
7 Wang S, Wang J, Deng, C, et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 17(2007), 2067
8 Jing H, Wang J, Wang S, et al. Physica C, 463465(2007), 426
9 Liu W, Wang J, Liao X, et al. J. Supercond. Nov. Magn. 2011, in press, DOI 10.1007/s10948-010-1058-4
關鍵字：交通,北京
