磁悬浮列车让你"飞"起来

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，时速可达到500公里以上。     

磁刚度与电磁悬浮的稳定性分析

电磁悬浮，也称为引力悬浮，简称EML，即利用铁磁体和电磁体之间的吸引力来悬浮物体，电流恒定系统本身具有不稳定性，需要反馈力来稳定EML装置。要实现稳定性设计，EML中主要有两种控制方法，一种是直接的，位置反馈控制方法，另一种是ac调制或间接的反馈方法。为了实现稳定悬浮，磁力应具备恢复力的特征。在此先分析了两种悬浮系统的磁力，提出直接利用磁刚度（类似于弹簧刚度）的概念进行两种电磁悬浮的稳定性设计。在直接位置控制中，要实现的条件是控制刚度要比负的磁刚度大；在间接控制中，需要满足的条件是磁刚度大于零。     

基于Kalman滤波的弹性轨道上磁悬浮车辆控制方法

为研究弹性轨道上磁悬浮列车的车轨耦合振动问题,以单磁铁-弹性轨道梁系统为对象,搭建单磁铁悬浮系统的车轨耦合振动数学模型,利用Kalman滤波器的状态估计功能,设计出2种状态反馈控制器,对比分析2种控制策略下悬浮系统的稳定特性。基于MATLAB/RTW及dSPACE系统搭建弹性梁磁悬浮实时控制试验台,验证考虑轨道弹性的控制策略的有效性。研究结果表明:若不计轨道梁的阻尼作用,不考虑轨道弹性的控制策略无法实现对磁悬浮系统的稳定控制,但在给定轨道梁阻尼的前提下,提高轨道梁刚度也可以使得系统稳定;考虑轨道弹性的控制方法,即使不计轨道梁的阻尼,也能够使系统在较低刚度的轨道梁上稳定悬浮。     

基于V型轨道的电磁悬浮列车的悬浮导向技术

提出一种基于V型轨道的电磁悬浮(electro-magneticsuspension,EMS)型磁浮列车结构,该结构采用一套车载磁体及地面长定子线圈实现悬浮导向和牵引功能.首先,建立该结构列车平面运动的动力学模型,分析得出其含悬浮、导向和滚动运动在内的开环系统是不稳定的,但均可控.其次,根据其悬浮运动独立,而导向和滚动运动相互耦合的特性,提出独立设计悬浮控制器、导向和滚动控制器的控制策略.最后,针对某设计例构造反馈控制器.仿真结果表明,悬浮、导向及滚动运动都可实现稳定控制,同时验证了基于V型轨道由一套磁体同时实现悬浮导向和牵引的可行性.     

无轴承异步电机转子电阻自适应在线辨识

针对无轴承异步电机悬浮性能受转子电阻变化影响的问题,提出了一种基于悬浮力指令观测的无轴承异步电机转子电阻自适应在线辨识方法。分析了转子电阻变化对转矩绕组气隙磁链辨识影响的机理,并利用悬浮控制系统中悬浮力指令对转矩绕组气隙磁链敏感的特性,通过对悬浮力指令的实时观测实现转子电阻自适应在线辨识。搭建了无轴承异步电机实验平台。实验结果表明:采用转子电阻自适应在线辨识方法后,无轴承异步电机转子径向位移峰峰值降低了60%。     

基于向量式有限元法的磁浮列车磁力耦合系统建模与数值分析

针对中低速磁浮列车悬浮系统,基于向量式有限元法建立可变刚度的高架轨道梁模型,同时基于牛顿力学方程建立车辆系统模型,并通过可控悬浮电磁力将2个模型耦合。以轨道梁的跨中位移、梁端转角、振动加速度以及悬浮间隙偏差值为重要指标,从所提出的车?桥磁力耦合模型出发,通过数值仿真得到磁浮列车及轨道线路相应结构构件的振动响应及位移变形响应规律。最后,通过全尺寸磁浮列车现场试验初步验证所提出的磁力耦合模型的有效性。     

磁共振强磁场中保持稳定悬浮及超顺磁性的微粒粒度研究

用超顺磁性氧化铁制备磁共振造影剂的多篇报道中,Fe3O4磁粒的尺寸大致在15～50nm之间.根据超顺磁性理论推导出显示超顺磁现象的临界尺寸理论值为25nm,在1.5 T磁共振磁场中的临界值为7.1 nm.分析了在强磁场中包覆有表面活性剂的Fe3O4磁粒的粒径在大干理论计算的临界尺寸时,仍有可能保持超顺磁状态.根据磁学理论,分析了磁共振造影剂稳定的机理;推导出在磁共振磁场中,Fe3O4磁粒在造影剂中稳定悬浮的极限尺寸为13.3 nm.指出造影剂中的Fe3O4磁粒既能稳定悬浮又具有超顺磁性的合适尺寸为10 nm左右.     

高温超导悬浮系统的磁刚度研究

基于Ampère环路定律和Bean临界态模型,通过分析超导体内部屏蔽电流穿透深度的变化,考虑高温超导悬浮系统的强磁滞特性和磁化历史,讨论了系统的磁刚度.针对实验和计算方法中与磁刚度密切相关的小滞回距离选取标准展开讨论,给出了合理的小滞回距离范围;指出磁刚度曲线具有明显的滞回性质,这主要源于超导悬浮系统的磁滞特性;详细讨论系统物理与几何参数(如临界电流密度、超导体厚度和半径等)对磁刚度的影响.计算结果可以为高温超导悬浮系统的稳定性设计提供有效可行的方法和参考依据.     

磁流体重力悬浮的研究

从磁流体的伯努利方程出发,对磁流体在磁场作用下所具有的悬浮能力进行了理论推算;结合超顺磁理论分析了磁流体重力悬浮过程中磁场梯度,磁场强度以及磁流体本身性质等因素的作用,并对磁流体重力悬浮过程作了描述;采用自制磁流体进行实验,实验结果同所作的分析及计算基本相符;成功地把Pt,Pb等致密物质悬浮起来。     

抗磁质的磁化机理

本文从讨论抗磁质分子磁矩的构成出发,重点分析外磁场使电子轨道角速度发生变化,因而改变轨道磁矩,使激发的抗磁质分子磁矩方向与外磁场方向相反。最后对超导体抗磁效应的特点作了简要的说明。这篇文章是作者在教学中处理教材的一点体会。     

由初始状态分析超导球表面的磁化电流和磁场

根据超导体的迈纳斯效应和磁场边值条件的唯一性,从初始状态出发用叠加法计算出了均匀外磁场中超导球表面的超导电流和磁场分布.     

层状超导体中单个磁通线的磁场分布

本文从Ｌａｗｒｅｎｃｅ－Ｄｏｎｉａｃｈ方程出发，计算了层状超导体在外加垂直磁场下单个磁通线的磁场分布及下临界场，结果表明在此条件下相对均匀情形的偏离不大．     

磁性液体的场致透光特性

研究了磁性液体在平行于激光照射方向具有不同梯度的外磁场作用下,其光透射率随时间的变化情况,并从理论上定性分析导致出现这种现象的内在因素,以及磁性微粒在外加梯度磁场的作用下在磁性液体内部的微观运动情况.     

高温超导电缆的磁场计算

以螺旋电流导体磁场分析为基础，推导了超导输电电缆各层导体自感和层间互感，以及各层导体所承受的不同方向的磁场强度计算公式，并给出算例，这些计算方法是优化超导电缆层间分流均匀性，分析超导电缆交流损耗的基础．     

磁浮轴承转子系统的稳定性研究

针对非线性磁浮轴承转子系统的具体特点，用数值积分和庞加莱映射方法对刚性磁浮轴承转子系统进行稳定性研究，得到了系统在某些参数域中的时域波形、频谱图、相图、轴心轨迹以及庞加莱映射图，并给出了系统产生混沌运动诱发失稳的参数域。为更好控制磁浮轴承转子系统运行状态提供理论参考。     

Measurement of Magnetization Curve and Magnetic Relaxation for 2H-NbSe2 Crystals

The characteristics of electronic transport properties: behaviors of magnetization curve and magnetic relaxation of a typical normal superconductor 2H-NbSe2 are investigated. The results show that Tc and △Tc of the samples are 7. 2,0. 18 K, indicating that superconducting energy gap at zero temperature is 1. 1 meV. No fish tail shape is found in the magnetization curves at several temperatures. The relationship between remnant magnetic moment and time reveals that the magnetic flux creep of the sample agrees with the Kim-Anderson thermal activation model with the relaxation rate S=0.000 36 at T=6 K.     

瓦尔特·迈斯纳和超导物理学初期发展

回顾了瓦尔特·迈斯纳的生平,讲述了1911～1933年人们对超导体认识上的偏见及影响人们认识超导磁性质的实验因素,介绍了迈斯纳对超导物理学发展的贡献和迈斯纳效应现象的发现.     

稳恒电流磁场与库仑电场的关系研究

用电磁学方法证明了电流元产生元磁场的3个方程的等价性;由稳恒电流元的磁场表达式导出了元磁场与载流电荷元产生的库仑电场的关系。讨论了该表达式的物理意义,指出,该表达式明确指出稳恒磁场是由电荷的定向运动产生的;稳恒磁场是以光速传播的,为否定＂超距作用＂的观点提供了新的依据。认为v×dE/c2表示了库仑电场力的无功功率,由此可知,稳恒电流的磁场可以由载流电荷库仑力的无功功率表示。这样的结果有利于初学电磁学的人正确理解磁场的产生、来源和传播。讨论了运用新的表达式求解磁场的方法,指出,运用电荷密度与载流子定向运动速度的乘积等于电流密度和点电荷的库仑场表达式的方法求解磁场甚为方便,如此做法可以省去传统的求解磁场必须掌握的复杂计算方法。并由此推断超导载流子的平均定向运动速度远远大于正常导体内载流子的定向运动速度,否则,超导电流不可能产生几十个特斯拉的磁场。     

磁场中带电粒子运动规律的代数方法

分析带电粒子在磁场中的运动,常规方法是直接利用初始条件,求解运动微分方程.本文在泊松括号的基础上,使用一种代数方法,便可得到磁场中带电粒子的运动规律.而且,在这种处理过程中,运动常数的出现显得很自然。     

金属磁性材料磁场研磨机理研究

金属磁性材料磁场研磨机理主要包括2方面:一是在磁场作用下,工件表面上的粗糙凸峰与磁性磨粒的相对运动和相互作用,产生磨料磨损,研除工作表面上的粗糙凸峰;二是工件表面凸峰受磁粒链交变力的作用,产生根部疲劳破坏,从而磨除工件表面上的凸峰。文中分析了影响材料磨除率及工件表面粗糙度的因素,给出了合适的研磨参数。