邵阳学院;南京智捷和创超导科技有限公司谢义元获国家专利权
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龙图腾网获悉邵阳学院;南京智捷和创超导科技有限公司申请的专利一种高温超导磁通泵本征能耗的测试装置及方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN112098911B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-25发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202011076233.1,技术领域涉及:G01R33/12;该发明授权一种高温超导磁通泵本征能耗的测试装置及方法是由谢义元;邹长春;彭志华;王晓芳设计研发完成,并于2020-10-10向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种高温超导磁通泵本征能耗的测试装置及方法在说明书摘要公布了:本发明公开一种高温超导磁通泵本征能耗的测试装置及方法,包括冷却箱、超导组件和永磁组件,所述超导组件位于所述冷却箱的内部,所述永磁组件包括转轴和永磁体飞轮,所述转轴上设有永磁体飞轮;本发明利用永磁组件和超导组件相配合,利用永磁体飞轮旋转产生行进的磁场波,作用于定子短带,在闭环回路中产生直流电流,对超导线圈进行无刷励磁,实验方法中,通过测量机械‑电磁转换能,减去励磁能、接头电阻能耗、HTS带材动态电阻能耗,来获得本征能耗的数值,配合相应的理论计算方法计算本征能耗这一客观存在的物理量,分析和确定本征能耗的内在物理机制,确定了行进磁场波的作用正是定子短带中产生本征能耗的根本原因。
本发明授权一种高温超导磁通泵本征能耗的测试装置及方法在权利要求书中公布了:1.一种高温超导磁通泵本征能耗的测试方法,提供以下装置,包括冷却箱1、超导组件和永磁组件,其特征在于:所述超导组件位于所述冷却箱1的内部,所述永磁组件包括转轴2和永磁体飞轮3,所述转轴2上设有永磁体飞轮3,所述超导组件包括超导线圈4、HTS接头5和定子短带6,所述超导线圈4设在冷却箱1的内部,且超导线圈4由HTS带材绕制而成,所述超导线圈4的两端为HTS接头5,两端的所述HTS接头5处连接有定子短带6,所述永磁体飞轮3临近所述定子短带6; 所述冷却箱1的内部装有液氮冷媒; 所述超导线圈4上设有支架7,且支架7固定在冷却箱1内部的底部; 所述超导组件和永磁组件之间存在间隙并互不接触; 所述超导线圈4、HTS接头5和定子短带6构成闭环通电回路; 其方法包括以下步骤: 步骤一:将超导组件和永磁组件置于液氮冷媒的低温环境中,转动转轴2,带动永磁体飞轮3旋转,产生行进的磁场波,行进的磁场波对超导线圈4进行无刷励磁,产生临界电流; 步骤二:由于HTS带材的BC2高,定子短带6中不能生成正常态区域,而是随着永磁体飞轮3的转动,受到一个在幅值介于BC1和BC2之间的行进磁场波的作用,穿过其中的磁通量经历由增加到下降的周而复始的过程,产生一个直流电压净值Vdc和动态电阻Rd,从而在每一个周期生成一个直流感生电流增量,直至超导组件构成的闭环回路中的电流IL达到一个接近临界电流IC的饱和值IL0; 步骤三:设定L为超导线圈4的电感,R为超导组件构成的闭环回路的电阻,该电阻包括回路中的HTS接头5的电阻RJ和绕制超导线圈4的HTS带材的动态电阻Rd’,那么,回路中的电流IL和超导线圈4中的磁感应强度B,遵循下面的指数衰减规律: ILt=IL0·exp[-RL·t],Bt=B0·exp[-RL·t]1 其中,t表示时间s,将上式运用到超导组件和永磁组件时,不同功率的超导组件的闭环回路具有不同的衰减特性,而永磁组件在回路中实时泵入一个电流、磁通增量,弥补这一衰减,维持超导线圈4中的磁感应强度B强度不变,这个磁通增量所需能耗,即励磁能,标为“ΔEB”,得到: ΔEB=12·[IL02-IL0-ΔIL2]·L=IL0*ΔIL-ΔIL 22·L2 当HTS接头5电阻小,磁感应强度衰减很慢时,ΔIL<<IL0,那么: ΔEB=2·ΔILIL0·EB03 这一励磁能以W为单位时,则表达为: ΔEB=2·ΔILIL0·EB0·f4 HTS接头5电阻RJ和绕制超导线圈4的HTS带材动态电阻Rd’分别导致的焦耳热QJ和Qd’是闭环回路中的另外两项能耗,即: QJ=IL0 2·RJ5 Qd’=IL0 2·Rd’6 Rd’利用指数定律进行计算: Rd’=V0·[IL0ICBr]nIL07 其中V0=1μVcm,而ICBr是在磁场作用下HTS带材的临界电流,受Br的垂直分量Br ⊥的比较直接,用下列方程表达: ICBr=Ic01+|Br ⊥|B08 上述三项能耗之和相应与该闭环回路中从永磁组件输出的能量相等,将其标注为“PFP”,表达如下: PFP=ΔEB+QJ+Qd’9; 步骤四:永磁组件在工作时,定子短带6受到行进磁场波的作用,在其中产生磁通运动和动态电阻Rd,这是在闭环回路中产生直流电压净值Vdc的基础,由于交变磁场的存在所导致的动态电阻Rd和磁通运动在定子短带6中产生能耗,包括交流动态电阻损耗Qd和磁滞损耗QB,这两部分能耗为本征能耗,其总值标为“QFP”,即: QFP=Qd+QB10 所以,超导组件通过永磁体飞轮3旋转机械能获得的总电能为EM,在超导组件构成的闭环回路中分配为两个部分:本征能耗“QFP”和净输出能“PFP”,即: EM=PFP+QFP=ΔEB+QJ+Qd’+QFP11; 步骤五:根据实际测量的行进磁场波波形、定子短带6上的直流电压净值Vdc、饱和励磁电流IL0、HTS接头5的电阻RJ和由永磁体飞轮3旋转机械能获得的总电能EM、维持超导组件的磁感应强度不变所需的励磁能ΔEB,其中,EM通过测得的永磁组件工作时的驱动电机总能耗减去永磁组件不工作时的电机能耗来获得数据,进而按下面的公式获得本证能耗的数值: QFP=EM-ΔEB-QJ-Qd’12。
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