翟雨佳， 劉欣怡， 汪 沨， 劉建華， 王秋良

(1. 湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院， 湖南 長沙 410082； 2. 中國科學(xué)院電工研究所， 北京 100190)

1 引言

近年來，隨著第二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體性能及性價(jià)比的不斷提升[1,2]，高溫超導(dǎo)技術(shù)在物理、材料、電力、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。與低溫超導(dǎo)材料相比，實(shí)用化的第二代高溫超導(dǎo)帶材在高場下具有更高的電流傳輸能力和更優(yōu)異的機(jī)械性能，且在低溫環(huán)境下具有交流損耗小和軸向抗拉應(yīng)力高等優(yōu)點(diǎn)[3]，極大地推動了高溫超導(dǎo)磁體技術(shù)的發(fā)展。基于高溫超導(dǎo)帶材繞制而成的高溫超導(dǎo)磁體為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場提供了技術(shù)支持[4,5]，對航空航天、國防軍事、軌道交通、生物醫(yī)療、高能物理等工程應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)革新具有重要意義[6]。

高溫超導(dǎo)磁體工作時(shí)由于存在磁通蠕動、接頭電阻以及交流損耗，將導(dǎo)致電流衰減。然而采用傳統(tǒng)勵磁方法補(bǔ)償電流熱損耗功率較大、易誘發(fā)磁體失超，且制冷負(fù)擔(dān)大、設(shè)備體積大、運(yùn)維費(fèi)用高，極大地阻礙了高溫超導(dǎo)磁體的應(yīng)用與發(fā)展[7,8]。例如，傳統(tǒng)的電源直接驅(qū)動法需要使用電流引線，其跨接在室溫環(huán)境和低溫環(huán)境之間，會形成漏熱源，對超導(dǎo)磁體低溫維持極為不利，通常需要使用大型制冷機(jī)進(jìn)行制冷，進(jìn)一步增加了運(yùn)行成本且不適宜遠(yuǎn)距離運(yùn)輸使用?；诖磐ū玫男滦蜔o接觸式直流電源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)磁體在閉環(huán)恒流模式下高效穩(wěn)定運(yùn)行的理想方案。高溫超導(dǎo)磁通泵技術(shù)利用變化的磁場把外部離散磁通逐步向高溫超導(dǎo)帶材累積，在帶材內(nèi)部感應(yīng)出直流電流，從而實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)磁體充磁，是一種在沒有電接觸的情況下將直流電流注入超導(dǎo)閉環(huán)線圈的無接觸式充磁技術(shù)[9-11]，能夠使高溫超導(dǎo)磁體閉環(huán)運(yùn)行在持續(xù)電流模式(Persistent Current Mode, PCM)下。磁通泵技術(shù)和傳統(tǒng)電源直接驅(qū)動法相比有幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：①磁通泵不和負(fù)載磁體直接相連，避免了供電大電流直接進(jìn)入深冷區(qū)，顯著減弱了傳統(tǒng)引線的熱源和熱橋效應(yīng)；②磁通泵運(yùn)行功率較小，不需要復(fù)雜的供電及制冷設(shè)備，磁體適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸；③磁通泵更方便調(diào)節(jié)，可在補(bǔ)償少量電流時(shí)使用；④磁通泵作為磁體電源制造成本低，且不需要24 h不間斷工作，能夠大幅降低磁體的運(yùn)維成本。因此，高溫超導(dǎo)磁通泵具有充磁效率高、釋放能量快、易于控制、穩(wěn)定性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，方便實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)磁體裝置的輕量化、小型化和實(shí)用化，特別是對國防特種武器裝備中的高場磁體從低溫超導(dǎo)磁體走向高溫超導(dǎo)磁體具有重要實(shí)際意義。

超導(dǎo)無接觸式充磁技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，意味著一種全新的磁體充磁方式成為可能[12,13]。高溫超導(dǎo)磁通泵技術(shù)的成熟將推動高溫超導(dǎo)磁體在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)[14]、核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)、極端條件科學(xué)裝備、超導(dǎo)風(fēng)機(jī)[15,16]、粒子加速器、磁懸浮列車等眾多領(lǐng)域中的無限發(fā)展和應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的不斷發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)研究出了多種不同類型的超導(dǎo)磁通泵，基于超導(dǎo)磁體運(yùn)行溫區(qū)可分為低溫超導(dǎo)磁通泵和高溫超導(dǎo)磁通泵，現(xiàn)有研究下低溫超導(dǎo)磁通泵的基本物理機(jī)制清晰且技術(shù)成熟，但高溫超導(dǎo)磁通泵的工作機(jī)理仍然不十分明確，尚待進(jìn)一步細(xì)化研究，本文主要探討高溫超導(dǎo)磁通泵的最新研究進(jìn)展及未來發(fā)展趨勢。

2 高溫超導(dǎo)磁通泵機(jī)理

近年來，利用高溫超導(dǎo)磁通泵產(chǎn)生直流電壓的技術(shù)可行性已得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[17,18]。然而，其物理機(jī)理引起了廣泛的討論，交變行波磁場如何在超導(dǎo)閉環(huán)線圈中注入凈磁通量并產(chǎn)生直流偏置電壓，這一現(xiàn)象無法用經(jīng)典電磁學(xué)理論來完美解釋。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理和經(jīng)典第二類超導(dǎo)體電磁場Bean模型，交變磁場應(yīng)產(chǎn)生交變感應(yīng)電壓，而非直流感應(yīng)電壓。針對高溫超導(dǎo)磁通泵運(yùn)行機(jī)理，目前國際上討論較多的主要有動態(tài)電阻理論[19]和宏觀磁通量子耦合理論[20]，下面分別做簡要介紹。

2.1 動態(tài)電阻理論

惠靈頓維多利亞大學(xué)Geng提出動態(tài)電阻理論，即II型超導(dǎo)體中的非線性電阻率是磁通泵開路電壓直流分量的起源。II型超導(dǎo)體的電阻率受外加場和電流的大小及頻率影響，當(dāng)外加交變磁場Ba應(yīng)用于承載傳輸電流i的超導(dǎo)回路時(shí)，回路中電阻率會產(chǎn)生變化，如圖1所示，分支上能夠測量到遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磁體接頭電阻值的動態(tài)電阻和開路電壓，其中，v1(t)與v2(t)即為每個(gè)分支的感應(yīng)電動勢[21,22]。

圖1 電壓產(chǎn)生示意圖[19]

感應(yīng)電壓v(t)中的直流電壓為：

(1)

式中，T為周期；R1(t)、R2(t)為分支的電阻；Φ為施加到回路的總磁通量。

2.2 磁通量子耦合理論

劍橋大學(xué) Archie Campbell 指出動態(tài)電阻與E-JPower Law曲線中的電阻無關(guān)，當(dāng)超過臨界電流時(shí)，動態(tài)電阻取決于標(biāo)準(zhǔn)的通量流阻，這并不能合理解釋磁通泵中直流電壓的產(chǎn)生原理[23]。如圖2所示，四川大學(xué)王為提出了宏觀磁通量子耦合效應(yīng)以解釋高溫超導(dǎo)磁通泵的物理起源——短波行波磁場下，磁極耦合超導(dǎo)磁通量子形成磁通量子簇并拖動磁通量子簇在高溫超導(dǎo)體內(nèi)部移動，最終進(jìn)入超導(dǎo)閉合回路內(nèi)部形成超導(dǎo)磁體的捕獲磁場。在此過程中，超導(dǎo)體內(nèi)部存在感應(yīng)直流電壓且其大小與行波磁場梯度呈正相關(guān)[20]。

圖2 耦合特征示意圖[20]

行進(jìn)的磁通渦流在高溫超導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電場：

E=S×B

(2)

式中，E為沿縱向方向的感應(yīng)電場；S為內(nèi)部磁通流動的速度；B為超導(dǎo)定子內(nèi)部耦合磁通的密度。

3 高溫超導(dǎo)磁通泵類型

高溫超導(dǎo)磁通泵按其運(yùn)行方式不同可分為行波磁場型磁通泵和開關(guān)型磁通泵，均能夠很好地利用超導(dǎo)體的載流能力且具有實(shí)現(xiàn)高傳輸電流的潛力。下面對不同類型高溫超導(dǎo)磁通泵的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)特點(diǎn)以及最新研究進(jìn)展做簡要介紹。

3.1 開關(guān)型高溫超導(dǎo)磁通泵

開關(guān)型磁通泵可在簡單的結(jié)構(gòu)修改和較小的損耗增幅下實(shí)現(xiàn)輸出電流的大幅度提升,是現(xiàn)今研究較多的磁通泵類型[24,25]。其技術(shù)路線清晰，即通過給變壓器一次繞組供電，在二次繞組中感應(yīng)交流電流，利用開關(guān)對交流電進(jìn)行整流從而產(chǎn)生超導(dǎo)負(fù)載所需的直流電[26]。開關(guān)類型主要分為電子開關(guān)、熱開關(guān)、磁場開關(guān)和自開關(guān)[27]。電子開關(guān)可在高達(dá)500 Hz頻率下工作，但存在導(dǎo)通電阻，若負(fù)載在準(zhǔn)持續(xù)電流模式下工作會帶來恒定的損耗，難以保持穩(wěn)定的磁場。熱開關(guān)通過將超導(dǎo)體加熱至超過其臨界溫度來斷開開關(guān)，可用于全波模式，但由于運(yùn)行緩慢，只適用于低頻環(huán)境。基于存在的問題，研究者們提出了更簡單高效的開關(guān)控制電路[28]，因此本文主要介紹磁場開關(guān)及自開關(guān)型高溫超導(dǎo)磁通泵。

3.1.1 基于交流磁場開關(guān)

交流磁場開關(guān)型磁通泵基于動態(tài)電阻理論實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。其中，N1為一次側(cè)匝數(shù)，N2為二次側(cè)匝數(shù)，φm為鐵心磁通量，φ1為一次側(cè)磁通量，φ2為二次側(cè)磁通量，RL為負(fù)載回路電阻等效值，R2為接觸電阻，RS為動態(tài)電阻，V2為負(fù)載電壓，L為負(fù)載電感，i1為一次側(cè)電流，iL為負(fù)載電流。釔鋇銅氧(Yttrium Barium Copper Oxide,YBCO)帶材回路在交流電場中感應(yīng)低頻交流電，電橋短路超導(dǎo)線圈，間歇性垂直于橋施加高頻交流磁場，橋兩端產(chǎn)生直流電壓，觸發(fā)凈磁通量流動，向負(fù)載磁體充電[29,30]。

圖3 交流磁場開關(guān)磁通泵原理圖

研究結(jié)果表明，該類型磁通泵能夠精確控制每個(gè)磁場周期的磁通量，穩(wěn)定性高、超導(dǎo)損耗小，但由于裝置運(yùn)行需要高頻磁場，更適用于負(fù)載電感較小的場景。基于動態(tài)電阻理論設(shè)計(jì)的磁通泵具有為恒流模式下的高場超導(dǎo)磁體供電的潛力。Gawith發(fā)現(xiàn)使用雙交流磁場開關(guān)半橋配置優(yōu)于僅使用單個(gè)開關(guān)元件的磁通泵[31]；Geng已成功設(shè)計(jì)出1 kA輸出電流的交流磁場開關(guān)型磁通泵[32]。

3.1.2 自開關(guān)

如圖4所示，Geng優(yōu)化了自開關(guān)式磁通泵，其具有結(jié)構(gòu)簡單、能量損耗小的優(yōu)點(diǎn)。裝置舍去外設(shè)條件作為開關(guān)，電橋完全由超導(dǎo)體組成，通過向一次繞組提供不對稱的電流波形i1控制電橋。如圖5所示，二次繞組感應(yīng)電流i2小于臨界電流IC,S時(shí)，電橋處于超導(dǎo)態(tài)，磁通泵不工作；感應(yīng)電流大于臨界電流時(shí)，電橋處于正常態(tài)，感應(yīng)直流電壓V2，iL向負(fù)載磁體L充電。自開關(guān)式磁通泵很大程度上降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，理論上可實(shí)現(xiàn)2 kA輸出電流，并且在變壓器鐵心中加入氣隙后也能有效運(yùn)行。但由于電橋控制方式的限制，不適用于需在全波模式下運(yùn)行的場景[33]。

圖4 自開關(guān)磁通泵結(jié)構(gòu)圖[33]

圖5 自開關(guān)磁通泵電路原理圖與二次側(cè)波形圖[33]

3.2 行波磁場型高溫超導(dǎo)磁通泵

基于行波磁場的高溫超導(dǎo)磁通泵最先由劍橋大學(xué)Coombs提出。該類型磁通泵不依賴超導(dǎo)體正常態(tài)與超導(dǎo)態(tài)的切換來達(dá)到勵磁的目的，而是通過在超導(dǎo)體上方產(chǎn)生行進(jìn)的磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)原理在超導(dǎo)體中感應(yīng)出直流電壓，并實(shí)現(xiàn)有效的磁通泵浦。根據(jù)產(chǎn)生行波磁場的方式主要分為以下幾種：

3.2.1 熱激勵高溫超導(dǎo)磁通泵

Coombs提出使用熱磁材料產(chǎn)生行波磁場磁化超導(dǎo)體，這是最原始的基于行波磁場的磁通泵。如圖6所示，利用稀土材料釓磁導(dǎo)率隨溫度變化的特性，產(chǎn)生相應(yīng)隨時(shí)間和空間變化的行波，通過加熱與冷卻熱磁材料逐步實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體磁化。熱激勵磁通泵的泵浦效果與加熱器的功率以及開關(guān)時(shí)間密切相關(guān)，控制較慢，通常超過幾秒鐘，嚴(yán)重限制了磁通泵的工作頻率。Zhou使用涂有超導(dǎo)體的圓柱體熱磁材料進(jìn)行優(yōu)化，但存在工作效率低、消耗大的缺點(diǎn)；Zhai使用了具有更好熱磁轉(zhuǎn)換效率的鐵氧體進(jìn)行升級[34]，使勵磁速率得到提升。但熱激勵磁通泵由于裝置復(fù)雜、控制繁瑣及損耗大，其應(yīng)用領(lǐng)域受到較大限制。

圖6 熱激勵磁通泵結(jié)構(gòu)圖[34]

3.2.2 旋轉(zhuǎn)式磁通泵

Hoffmann提出了基于旋轉(zhuǎn)磁體的磁通泵，裝置結(jié)構(gòu)如圖7所示。由電機(jī)軸驅(qū)動的圓盤上均勻地安裝永磁體[35]，超導(dǎo)帶放置于圓盤下方，與負(fù)載磁體焊接形成閉環(huán)電路。磁體在超導(dǎo)帶上方旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生行波磁場，由于場在空間上是不均勻的，可以拖動凈通量。磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)與帶材的相對位置發(fā)生變化，改變了屏蔽電流的前向路徑和后向路徑，達(dá)到整流效果，帶材兩端即感應(yīng)出直流電壓，從而使負(fù)載側(cè)超導(dǎo)磁體中電流逐漸升高至最高值，達(dá)到勵磁的目的。

圖7 旋轉(zhuǎn)式磁通泵裝置圖[35]

由于行波由旋轉(zhuǎn)永磁體產(chǎn)生，更適合應(yīng)用于自身旋轉(zhuǎn)且不需要穩(wěn)定磁場的動力轉(zhuǎn)子，例如在電動機(jī)或發(fā)電機(jī)中[36-41]，鼠籠架構(gòu)的發(fā)電機(jī)式高溫超導(dǎo)磁通泵最大輸出電流能夠達(dá)到1.3 kA[42]。Sung完成了基于高溫超導(dǎo)磁通泵的12 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊的熱損耗分析[15]，研究人員也一直致力于將旋轉(zhuǎn)式磁通泵應(yīng)用于超導(dǎo)風(fēng)力渦旋機(jī)中[43,44]，已成功將磁通泵放置于低溫裝置外運(yùn)行[45]。

3.2.3 線性磁通泵

Matsude及Fu設(shè)計(jì)了線性磁通泵，其具有工作時(shí)振動和電噪聲小、無需開關(guān)和泵浦速度快的優(yōu)點(diǎn)，最大泵浦電流可達(dá)超導(dǎo)臨界電流的92%，適用于需快速勵磁的設(shè)備。如圖8所示[46]，由多組驅(qū)動電路為上下平行排列的線性電磁鐵供電，通過按順序切換含鐵心線圈產(chǎn)生行波磁場，用于感應(yīng)的超導(dǎo)體放置于兩組線圈之間以獲取更高的磁場強(qiáng)度，施加電流的幅值和頻率乘積恒定即可在小磁場、大頻率下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)電流泵浦，但運(yùn)行狀態(tài)無法完全預(yù)測，因此其優(yōu)化必須基于反復(fù)試驗(yàn)。此外，回路中YBCO帶材的焊接工藝也是一個(gè)問題，盡管不斷研究相關(guān)技術(shù)，但在連接到傳輸帶材上時(shí)不可避免會增加電阻值。線性磁通泵現(xiàn)已經(jīng)成功地將電流注入了超導(dǎo)負(fù)載線圈，泵浦電流高達(dá)線圈臨界電流的90%，實(shí)現(xiàn)了1.5 T的合成磁場。

圖8 線性磁通泵示意圖[46]

3.2.4 環(huán)形磁通泵

王為研究了用于磁化高溫超導(dǎo)薄膜的循環(huán)式磁通泵[20]，將多匝繞組集中放置以產(chǎn)生圓形行波磁場，通過改變繞組之間的相位差改變磁場波的方向，研究超導(dǎo)薄膜內(nèi)的微觀效應(yīng)。提出了超導(dǎo)薄膜中磁耦合現(xiàn)象，微觀上解釋了超導(dǎo)磁通泵的物理機(jī)理，如圖9所示，其運(yùn)行原理為：局部磁場的場不均勻性產(chǎn)生了耦合能量，由磁極產(chǎn)生渦旋及包含數(shù)百萬個(gè)渦旋的渦旋團(tuán)簇，渦旋團(tuán)簇與外加磁極耦合，并一起運(yùn)動。此外，只有施加的行波波長足夠短并且場的幅值較大才能夠有效地耦合。

圖9 磁通量子耦合原理圖[20]

3.2.5 直線電機(jī)型磁通泵

在最近的研究報(bào)告中，王為對直線電機(jī)型磁通泵進(jìn)行了優(yōu)化提升[47-49]，結(jié)構(gòu)如圖10所示，其原理是利用三相逆變器連接三相繞組，在氣隙中產(chǎn)生交流行波磁場，使用直流電源為直流繞組供電，提供直流偏置磁場，直流偏置的交流行波磁場將直流電流泵入超導(dǎo)磁體閉環(huán)系統(tǒng)[50]。直線電機(jī)型磁通泵通過改進(jìn)磁設(shè)計(jì)使磁通泵更加穩(wěn)定和靈活，減小了尺寸和噪音，結(jié)構(gòu)簡單，是目前體積最小的磁通泵，可應(yīng)用于超導(dǎo)電動機(jī)無刷勵磁及超導(dǎo)儲能設(shè)備等。

圖10 直線電機(jī)型磁通泵示意圖[47]

這項(xiàng)研究初步驗(yàn)證了宏觀磁耦合效應(yīng)理論，即超導(dǎo)定子內(nèi)部的磁通流是一種引導(dǎo)磁通流，外加磁極與超導(dǎo)渦旋之間建立了磁耦合的關(guān)系，耦合強(qiáng)度則來源于場的不均勻性。也就是說，通過縮短磁場波長，可以增加場的不均勻性，從而增加耦合強(qiáng)度。

4 不同類型磁通泵對比

行波磁場型和開關(guān)型磁通泵對比見表1，兩者均可在整流和逆變模式下運(yùn)行，但在工作機(jī)理方面存在根本差異。行波磁場型磁通泵是所有類型中最簡單的、不需要變壓器且使用超導(dǎo)體最少的磁通泵，具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適用于發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、醫(yī)療器械等小型設(shè)備。但負(fù)載被處于行波磁場中的超導(dǎo)體短路，電流泵浦通過單一回路實(shí)現(xiàn)，感應(yīng)電流即流入負(fù)載的電流，回路上電流產(chǎn)生的損耗無法減小，對工作電流的限制較大。開關(guān)型磁通泵可以通過減小流經(jīng)橋部分的電流來使損耗最小化，能夠更好地利用超導(dǎo)體的載流能力，適用于高場超導(dǎo)磁體等需要較大泵浦電流的設(shè)備。

表1 不同類型磁通泵優(yōu)缺點(diǎn)對比

5 應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢

高溫超導(dǎo)磁體在持續(xù)電流模式下工作時(shí)，由于存在磁通蠕動效應(yīng)和接頭電阻，閉合超導(dǎo)回路中的電流不可避免地會產(chǎn)生衰減。對于具有高磁場強(qiáng)度的超導(dǎo)磁體而言，電阻性使其需要高功率的電源來補(bǔ)充電流衰減，電源與冷卻成本巨大?；诟邷爻瑢?dǎo)磁通泵的無接觸式直流電源技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體在閉環(huán)恒流模式下高效穩(wěn)定運(yùn)行的理想方案，能夠在提升效率的同時(shí)顯著降低成本。高溫超導(dǎo)磁通泵的發(fā)展?jié)摿薮筮€在于其未來能夠極大地推動高溫超導(dǎo)磁體在航空航天及國防軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

對于一些較小的超導(dǎo)磁體而言，磁通泵給予了廣泛的應(yīng)用可能性，由于省去了大體積的供電電源，超導(dǎo)磁體可用于一些體積較小或便攜式的設(shè)備，如小型發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)是電機(jī)領(lǐng)域的一種新型電機(jī)，具有功率密度大、同步電抗小、效率高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。磁通泵給超導(dǎo)電機(jī)提供了新的勵磁思路，使用磁通泵則無需使用電刷，能夠大幅度降低超導(dǎo)電機(jī)的制造成本、制冷負(fù)擔(dān)與故障率，提升電機(jī)能效與可靠性。

高場核磁共振技術(shù)，例如MRI和NMR，是高溫超導(dǎo)磁通泵技術(shù)最具潛力的應(yīng)用場景之一，也對磁通泵的研發(fā)提出了新挑戰(zhàn)。目前，高溫超導(dǎo)磁通泵能否廣泛投入實(shí)際應(yīng)用主要存在以下幾點(diǎn)問題：①磁通泵自身的熱損耗需控制在較低水平，不能影響負(fù)載磁體的正常工作；②磁通泵能否在無接觸條件下實(shí)現(xiàn)kA級的輸出電流，低成本、高效率地快速滿足負(fù)載的充電需求；③磁通泵能否對充電電流實(shí)現(xiàn)高精度控制，根據(jù)負(fù)載需求響應(yīng)合理的泵浦電流；④傳輸距離也是磁通泵能否投入應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)，研究表明，將磁通泵放置在低溫系統(tǒng)外可降低磁體的運(yùn)行溫度，若放置在低溫系統(tǒng)內(nèi)，則磁通泵必須使用非磁性材料；⑤磁通泵作為超導(dǎo)磁體的供電電源，其穩(wěn)定性是最重要的指標(biāo)，為了超導(dǎo)磁體能夠長時(shí)間的有效工作，其磁場穩(wěn)定度需控制在10-6的范圍內(nèi)。

下一步工作中將建立基于無液氮磁通泵勵磁的高溫超導(dǎo)磁體閉環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，驗(yàn)證制冷機(jī)制冷條件下30～50 K溫區(qū)磁通泵勵磁的可行性。磁通泵選用旋轉(zhuǎn)電機(jī)型與直線電機(jī)型，在勵磁功率、勵磁電流、勵磁速率、磁場穩(wěn)定度和磁通泵功耗等指標(biāo)上做測試，旨在為未來高溫超導(dǎo)磁體在國防軍事、航空航天、軌道交通、生物醫(yī)療、大科學(xué)工程儀器等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

6 結(jié)論

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場被廣泛應(yīng)用于物理、材料、醫(yī)療、交通、電力等諸多領(lǐng)域，使得能夠承載強(qiáng)磁場的高溫超導(dǎo)磁體成為工程應(yīng)用領(lǐng)域的焦點(diǎn)，保證高穩(wěn)定性和低運(yùn)行成本是充分發(fā)揮其應(yīng)用潛力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將推動國家重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。高溫超導(dǎo)磁通泵是一種基于電磁感應(yīng)定律的無接觸式充電設(shè)備，可以在很大程度上降低高溫超導(dǎo)磁體的運(yùn)行成本和損耗，解決閉環(huán)模式下電流衰減問題，促進(jìn)高溫超導(dǎo)磁體的發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用。

本文對高溫超導(dǎo)磁通泵進(jìn)行了較為全面的介紹與總結(jié)，并提出了該技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，有助于科研人員深入理解磁通泵技術(shù)中存在的基礎(chǔ)科學(xué)問題，有針對性地促進(jìn)高溫超導(dǎo)磁體無線直流電源設(shè)備的研發(fā)。