CAT-1超导磁悬浮系统的平衡分析与永磁实验装置设计

来源：电子测量技术杂志2024年第16期北京时间：

作者：王亚林，杨庆喜，张国书，王召，刘云辉

单位：1.东华理工大学机械与电子工程学院 南昌 330013; 2.中科院合肥等离子体所 合肥 230088; 3.东华理工大学核科学与工程学院 南昌 330013

摘要：天环一号（CAT-1）是国内首个采用磁悬浮偶极场磁体设计的磁约束等离子体装置。本文根据CAT-1装置总体目标和参数设计要求，采用线电流简化模型，基于矢量磁场、力学平衡及动力学等方法，完成了超导磁悬浮系统的平衡稳定分析，给出了参数设计结果；初步设计出简化的永磁悬浮实验装置，用于检验超导磁悬浮系统稳定性及参数可靠性。结果表明：对于CAT-1装置的悬浮磁体1 200 kg、电流5 MA、悬浮距离2.0 m设计目标，托举线圈半径最优值为1.7 m，相应的电流为 3.49 kA，为实现对悬浮磁体偏移运动的有效阻减及控制，平衡点附近工作区域应限制在垂直位移|Δz|< 0.1 m、水平位移|Δer| < 0.05 m、倾斜角位移|Δα|<π/24；分析了TSR线圈对悬浮线圈的影响，计算显示TSR与悬浮线圈产生对向漂移，漂移幅度与径向位置有关，同时TSR线圈侧原本闭合磁力线被破坏，造成输运粒子损失；采用1.5 kg永磁完成了悬浮实验装置概念设计，分析表明永磁体与托举线圈间距0.1 m，铜导托举线圈电流895 A，满足控制对响应速度的要求。

关键词：CAT-1装置;悬浮偶极场;悬浮超导环;平衡与稳定控制;永磁体悬浮测试平台

基金资助：江西省JMRH重点建设项目（G20230002）、江西省“双千计划”项目（DHSQT22021001）、江西省重点研发计划重点项目（20192ACB80006）、江西省科学技术研究项目（GJJ200714）、国家青年自然科学基金项目（12105042）、安徽省教育厅高校科学研究重点项目（KJ2018A0716）资助