本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，特別涉及一種永磁導(dǎo)軌。

背景技術(shù)：
與以電磁吸力和電磁斥力為基礎(chǔ)的電磁懸浮(EMS)和電動(dòng)懸浮(EDS)技術(shù)相比，高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)依靠高溫超導(dǎo)體塊材與外部磁場(chǎng)之間的磁通釘扎作用實(shí)現(xiàn)無(wú)源自穩(wěn)定懸浮。該技術(shù)無(wú)需主動(dòng)控制，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此已經(jīng)成為實(shí)用磁懸浮技術(shù)的理想選擇之一。受限于高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的特殊要求，永磁體所提供的外部磁場(chǎng)激勵(lì)需要滿足在導(dǎo)軌橫截面內(nèi)具有高磁通密度和磁場(chǎng)梯度，而沿行車方向則需要滿足無(wú)磁場(chǎng)梯度以及具備高磁場(chǎng)均勻度的特殊要求，因而不能僅依靠單塊永磁體提供該磁場(chǎng)激勵(lì)，而需要引入特殊的永磁組合結(jié)構(gòu)，將多塊永磁體拼接組裝起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的永磁機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于超導(dǎo)磁懸浮列車時(shí)，通常稱之為永磁導(dǎo)軌。自2000年世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車問(wèn)世以來(lái)已有15個(gè)年頭，雖然各項(xiàng)基礎(chǔ)研究已全面開展并成果卓著，但現(xiàn)有技術(shù)中的永磁導(dǎo)軌還存在一些問(wèn)題和缺陷。目前，現(xiàn)有技術(shù)中的永磁導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)主要有三種：第一種結(jié)構(gòu)：運(yùn)行方向磁場(chǎng)均勻的世紀(jì)號(hào)單峰型導(dǎo)軌(如圖1所示)。第二種結(jié)構(gòu)：中國(guó)專利CN03234867.3中所提供的聚磁效果好且造價(jià)低的Halbach型永磁導(dǎo)軌(如圖2所示)。第三種結(jié)構(gòu)：中國(guó)專利CN201310073869.4中所提供的復(fù)合型的永磁導(dǎo)軌(如圖3所示)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的世紀(jì)號(hào)永磁導(dǎo)軌的橫截面示意圖。如圖1所示，世紀(jì)號(hào)永磁導(dǎo)軌由永磁體材料12和碳鋼11構(gòu)成，永磁體的磁場(chǎng)在碳鋼中得到聚集，在永磁導(dǎo)軌上下兩側(cè)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，導(dǎo)軌中心處表面磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)1.2T。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的世紀(jì)號(hào)永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。如圖2所示，此結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌上下兩側(cè)的磁場(chǎng)分布完全對(duì)稱，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)只利用到了導(dǎo)軌上方的磁場(chǎng)，這不僅浪費(fèi)資源、增大成本，而且導(dǎo)軌下方完全未被利用的強(qiáng)磁場(chǎng)也給導(dǎo)軌的安裝和運(yùn)輸帶來(lái)了極大的不便，為保證安全，需要在底部增加一層較厚的不導(dǎo)磁材料。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的第二種永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。如圖3所示，第二種永磁導(dǎo)軌由若干塊水平磁化磁體31和豎直磁化磁體32組成，該永磁體組的磁化方向按照海爾巴赫陣列(HalbachArray)的方式排列，從而可以使用較少量的磁體產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的第二種永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。如圖4所示，從磁力線分布角度來(lái)看，利用Halbach結(jié)構(gòu)可以將大部分磁力線轉(zhuǎn)移到導(dǎo)軌上方的工作區(qū)域，大幅度提高了永磁材料中磁能量的利用率，降低了導(dǎo)軌下表面及下側(cè)空間內(nèi)的磁通密度，降低了整段導(dǎo)軌的安裝難度和運(yùn)輸?shù)碾y度。但是，從磁力線分布圖中可以看出，由于Halbach陣列內(nèi)相鄰磁體的磁化方向不同，受到相鄰磁體的磁壓作用，相鄰磁體間斥力較大，安裝難度高，需要特別設(shè)計(jì)的配套夾具和高強(qiáng)度的機(jī)械臂才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的安裝。而且，當(dāng)高溫超導(dǎo)塊材懸浮于永磁導(dǎo)軌上方并沿行車方向快速運(yùn)行時(shí)，行車方向磁場(chǎng)梯度會(huì)引發(fā)高溫超導(dǎo)塊材內(nèi)部的磁通運(yùn)動(dòng)并造成損耗，降低超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的性能。運(yùn)行速度越快，懸浮性能的衰減越顯著，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成高溫超導(dǎo)塊材內(nèi)部的局部失超，直接威脅到系統(tǒng)的安全性能。然而，對(duì)于永磁導(dǎo)軌，大部分是永磁材料。一種具有強(qiáng)磁場(chǎng)的功能性材料，其延展性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都較差。因此，無(wú)論導(dǎo)軌截面內(nèi)磁化方向的方式如何，在實(shí)際使用中，由于生產(chǎn)出來(lái)的永磁體為塊狀材料，并受材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、充磁空間等因素影響，自身幾何尺寸有一定長(zhǎng)度限制，因此沿行車方向是由分段導(dǎo)軌段拼裝的。沿行車方向，碳鋼的長(zhǎng)度永磁材料長(zhǎng)的多，發(fā)揮碳鋼材料磁導(dǎo)率較高的特性，可以緩和碳鋼兩側(cè)永磁體因安裝誤差或充磁不均等原因引起的磁場(chǎng)畸變。圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的第三種永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。如圖5所示，復(fù)合型永磁導(dǎo)軌由兩塊水平磁化磁體51和聚磁碳鋼52構(gòu)成永磁對(duì)置組合，形成主磁路，聚集磁能并向空間發(fā)散，其中磁導(dǎo)率較高的碳鋼，可有效抑制行車方向的磁場(chǎng)不平順；在永磁對(duì)置組合兩邊增加兩塊磁化方向?yàn)樨Q直向下的磁體53形成輔磁路，用于輔助聚磁和磁路引導(dǎo)，利用磁體自身具備的磁化性將永磁導(dǎo)軌的磁能引導(dǎo)到導(dǎo)軌上方的工作區(qū)域中。圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的第三種永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。如圖6所示，從磁通密度分布角度看來(lái)，該結(jié)構(gòu)尚不能構(gòu)成完整的Halbach型閉合磁回路。軌道擴(kuò)展性角度(擴(kuò)展后的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)截面圖如圖5中虛線所示)，軌道結(jié)構(gòu)擴(kuò)展后相當(dāng)于將Halbach結(jié)構(gòu)中磁化方向?yàn)樨Q直向上的永磁體替換成聚磁碳鋼，聚磁結(jié)構(gòu)不完整，聚磁效果不及結(jié)構(gòu)完整的Halbach陣列。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供一種永磁導(dǎo)軌，可以提高永磁導(dǎo)軌的聚磁效果，使得大部分磁力線聚集到導(dǎo)軌上方的工作區(qū)域的同時(shí)，有效地提高永磁導(dǎo)軌沿行車方向的平順性和車輛運(yùn)行的可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種永磁導(dǎo)軌，該永磁導(dǎo)軌包括：水平磁化磁體、豎直磁化磁體和碳鋼；所述水平磁化磁體和豎直磁化磁體相互間隔并緊密排列；每塊豎直磁化磁體的上方都設(shè)置有一塊碳鋼，且所述豎直磁化磁體的厚度與所述碳鋼的厚度之和與所述水平磁化磁體的厚度相等；各塊水平磁化磁體和豎直磁化磁體的磁化方向均按照使永磁導(dǎo)軌上方的磁通密度最大、導(dǎo)軌下方的磁通密度最小的方式排列。較佳的，所述永磁導(dǎo)軌中的任意兩塊距離最近的水平磁化磁體的磁化方向相反，且任意兩塊距離最近的豎直磁化磁體的磁化方向也相反；任意一塊磁化方向?yàn)樽蟮乃酱呕朋w的左、右兩邊的豎直磁化磁體的磁化方向分別為上、下；任意一塊磁化方向?yàn)橛业乃酱呕朋w的左、右兩邊的豎直磁化磁體的磁化方向分別為下、上。較佳的，所述永磁導(dǎo)軌中的各塊磁化磁體的磁化方向均按照海爾巴赫陣列的方式排列。較佳的，所述水平磁化磁體和豎直磁化磁體的數(shù)量總和為N，所述N為大于或等于5的自然數(shù)。較佳的，所述水平磁化磁體和豎直磁化磁體的數(shù)量總和為5塊；所述永磁導(dǎo)軌中5塊磁化磁體的磁化方向從左至右分別為：左、下、右、上、左；或者，所述5塊磁化磁體的磁化方向均旋轉(zhuǎn)180度。較佳的，所述水平磁化磁體和豎直磁化磁體的數(shù)量總和為5塊；所述永磁導(dǎo)軌中5塊磁化磁體的磁化方向從左至右分別為：下、右、上、左、下；或者，所述5塊磁化磁體的磁化方向均旋轉(zhuǎn)180度。如上可見，在本發(fā)明的上述永磁導(dǎo)軌中，將上述水平磁化磁體、豎直磁化磁體和碳鋼按照上述的排列方式進(jìn)行排列之后，可以大幅度地提高永磁導(dǎo)軌的聚磁效果，使得大部分磁力線聚集到導(dǎo)軌上方的工作區(qū)域，從而在使用較少的永磁材料的情況下即可實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的磁通密度，供高溫超導(dǎo)塊材使用；同時(shí)，由于本發(fā)明中還將磁導(dǎo)率較高的順磁性材料—碳鋼放置于豎直磁化磁體的上方，形成半磁體半碳鋼的結(jié)構(gòu)，因此不僅可以將永磁材料的磁儲(chǔ)能有效地發(fā)散到特定空間區(qū)域，以利于高溫超導(dǎo)塊材實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定懸浮，同時(shí)還能夠平抑沿超導(dǎo)塊材縱向運(yùn)行方向的磁場(chǎng)梯度，從而可以有效地抑制由于分段永磁塊誤差引起的車體運(yùn)行方向的磁場(chǎng)不平順，降低高速運(yùn)行下超導(dǎo)塊材內(nèi)部的相關(guān)損耗，保證磁浮系統(tǒng)高速運(yùn)行性能穩(wěn)定，提高了永磁導(dǎo)軌沿行車方向的平順性和車輛運(yùn)行的可靠性。附圖說(shuō)明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的世紀(jì)號(hào)永磁導(dǎo)軌的橫截面示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的世紀(jì)號(hào)永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的第二種永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的第二種永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的第三種永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的第三種永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。圖7為本發(fā)明的具體實(shí)施例一中的永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。圖8為本發(fā)明的具體實(shí)施例一中的永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。圖9為本發(fā)明的具體實(shí)施例二中的永磁導(dǎo)軌的截面示意圖。圖10為本發(fā)明的具體實(shí)施例二中的永磁導(dǎo)軌的磁力線分布圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，為了兼顧永磁導(dǎo)軌中永磁材料的利用率和車體運(yùn)行方向磁場(chǎng)的平順度，提供了一種永磁導(dǎo)軌，該永磁導(dǎo)軌是一種適用于高速超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的復(fù)合聚磁型永磁導(dǎo)軌，可以用于高溫超導(dǎo)磁浮車，也適用于其他需要由永磁體提供單側(cè)強(qiáng)磁場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景。圖7和9均為本發(fā)明各個(gè)具體實(shí)施例中的永磁導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7和9所示，本發(fā)明實(shí)施例中的永磁導(dǎo)軌主要包括：水平磁化磁體、豎直磁化磁體和碳鋼；所述水平磁化磁體和豎直磁化磁體相互間隔并緊密排列；每塊豎直磁化磁體的上方都設(shè)置有一塊碳鋼，且所述豎直磁化磁體的厚度與所述碳鋼的厚度之和與所述水平磁化磁體的厚度相等；各塊水平磁化磁體和豎直磁化磁體的磁化方向均按照使永磁導(dǎo)軌上方的磁通密度最大、導(dǎo)軌下方的磁通密度最小的方式排列。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以使用多種排列方式來(lái)使得永磁導(dǎo)軌上方的磁通密度最大、導(dǎo)軌下方的磁通密度最小。以下將以其中...