專利名稱：磁場加強型高溫超導磁懸浮系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高溫超導技術的應用領域，特別是一種高溫超導磁懸浮運載工具，如磁懸浮列車。
背景技術：
基于高溫超導體一永磁體磁懸浮模式的高溫超導磁懸浮系統，一般由敷于地面的永磁軌道和高溫超導塊材組成，高溫超導塊材一般采用基于永磁軌道磁場場冷的方式冷卻。這種方式的高溫超導磁懸浮系統的優(yōu)點是操作簡單，缺點是永磁軌道產生的磁場不夠高，場冷過程中高溫超導塊材的俘獲場不夠強，難于得到足夠大的懸浮力和導向力。在現有技術中，是通過優(yōu)化一條永磁軌道的內部結構來增強軌道磁場，這樣雖能獲得一定的改進， 但仍不能明顯改善高溫超導磁懸浮系統的懸浮/導向性能。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，通過高溫超導塊材表面輔助充磁系統，使高溫超導塊材的俘獲磁場大大增強，并通過采用上、下側磁懸浮軌道結構，使永磁軌道的磁場也明顯增強，還能同時為高溫超導塊材提供懸浮力和向上的吸引力， 從而極大提高懸浮性能和導向性能。另外通過調節(jié)高溫超導塊材表面線圈的電流，還可動態(tài)調節(jié)高溫超導磁懸浮系統的懸浮力和導向力。本發(fā)明的主要技術方案是一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，包括磁懸浮軌道，位于磁懸浮軌道上的高溫超導塊材陣列，其特征在于，所述系統還包括高溫超導塊材陣列上表面的高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈，以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材和高溫超導線圈磁體的低溫恒溫器，高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈為一個獨立的采用BSCCO或TOCO高溫超導帶材制備的線圈，安裝于一個可同時用于固定高溫超導塊材的無磁性輔助固定及封裝機構中。系統工作前，將包含高溫超導塊材陣列、高溫超導線圈磁體，及其低溫恒溫器的懸浮動子，固定于永磁軌道中部偏上的位置，讓高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈通直流電，給高溫超導塊材陣列增加一個除永磁軌道自身場之外的附加背景場。然后冷卻高溫超導塊材陣列至超導態(tài)。冷卻結束后，將充磁及磁場調節(jié)線圈所通直流電逐漸減小至零，從而完成高溫超導塊材陣列的充磁，繼而即可實現包含高溫超導塊材陣列的懸浮動子在永磁軌道中的穩(wěn)定懸浮和自由運動。在雙側均設置磁懸浮軌道的方案中，高溫超導塊材陣列在運動過程中，懸浮動子受到永磁軌道對它的懸浮力，同時也受到上側永磁軌道對它的吸引力。另外，在運動過程中，還可以給充磁及磁場調節(jié)線圈通電，產生一個附加場，并可通過調節(jié)附加場的強度來調節(jié)高溫超導磁懸浮的懸浮力和導向力。此外，可通過永磁軌道支撐機構，將上側永磁軌道沿測向滑動，從而方便高溫超導磁懸浮系統的磁懸浮動子的安裝與卸載。本發(fā)明的有益效果是該系統可以有效解決高溫超導塊材在高溫超導磁懸浮系統中應用的永磁軌道場強難以提高，高溫超導塊材俘獲場低，懸浮力導向力受限制等問題。通過高溫超導塊材表面的輔助充磁線圈增加了高溫超導塊材的俘獲磁場，通過采用上下側永磁軌道結構，使永磁軌道的磁場分布也大大加強，從而提高了高溫超導磁懸浮系統的懸浮和導向性能。另外通過調節(jié)高溫超導塊材表面的充磁線圈的電流，可動態(tài)調節(jié)高溫超導磁懸浮系統的懸浮力和導向力，因此可利于應對復雜的工作條件。通過輔助永磁軌道滑軌裝置，可以方便地完成實際應用中高溫超導懸浮動子的安裝和卸載。通過采用并行兩組的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，可在磁懸浮列車等磁懸浮運載工具中得到應用。
本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖1本發(fā)明的具體實施例一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統的示意圖。圖2是圖1中安裝有4個BSCCO或TOCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈的無磁性輔助固定及封裝機構示意圖。圖3本發(fā)明一個實施例中雙5磁體型永磁軌道的示意圖。圖4本發(fā)明一個實施例中雙2磁體3軟鐵永磁軌道的示意圖。圖5本發(fā)明一個實施例中雙3磁體背鐵型永磁軌道的示意圖。圖6本發(fā)明一個實施例中復合永磁軌道和電磁軌道的磁懸浮軌道的示意圖。圖7是一種單邊型永磁軌道的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統的示意圖。附圖標記含義如下1 高溫超導塊材陣列；2 (a) BSCCO或TOCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈；3 用于固定高溫超導塊材、安裝高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈的無磁性輔助固定及封裝機構；4 用于安裝、冷卻高溫超導塊材陣列和高溫超導線圈磁體的低溫恒溫器；5 (al)下側5磁體型永磁軌道；5 (a2)上側5磁體型永磁軌道；6 永磁軌道支撐機構-J 永磁軌道支撐機構側向滑軌裝置；8 基座；2 (b) 4個小型BSCCO或TOCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈；9 永磁軌道中永磁體；10 永磁軌道中軟鐵；11 無磁性永磁軌道保護層；5 (bl)下側2磁體3軟鐵型永磁軌道；5 (b2)上側2磁體3軟鐵型永磁軌道；5 (cl)下側3磁體背鐵型永磁軌道，5 (c2)上側3磁體背鐵型永磁軌道；5 (d2)電磁軌道；12 電磁軌道中磁場調節(jié)用BSCCO或TOCO高溫超導線圈；13 用于電磁軌道磁場調節(jié)用 BSCCO或TOCO高溫超導線圈制冷的低溫恒溫器。
具體實施例方式本發(fā)明的具體實施例一，如圖1、3所示，一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，由兩個相對的上、下側磁懸浮軌道5 (al)，5(a2)，高溫超導塊材陣列1及其上表面的BSCCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a),以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材陣列和高溫超導線圈磁體的低溫恒溫器4組成。高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a)為一個獨立的雙餅跑道型線圈，安裝于一個可同時用于固定高溫超導塊材陣列的無磁性輔助固定及封裝機構3中。 上、下側磁懸浮軌道5 (al)，5 (a2)為可構成磁場加強回路的雙5磁體型永磁軌道，上、下側 5磁體型永磁軌道中對應的極性沿水平方向的永磁體的磁極方向相反。在上、下側永磁軌道 5 (al)，5 (a2)的表面覆一層無磁性永磁軌道保護層11。上側永磁軌道5 (a2)通過永磁軌道支撐機構6固定，并可通過永磁軌道支撐機構側向滑軌裝置7，控制上側永磁軌道5(a2)
4沿側向滑動，從而可方便實際應用中高溫超導磁懸浮系統的磁懸浮動子的安裝與卸載。系統工作前，將用于安裝、冷卻高溫超導塊材陣列和高溫超導線圈磁體的低溫恒溫器4固定于上、下側永磁軌道5 (al)，5 (a2)中部偏上的位置，給高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a)通直流電，給高溫超導塊材陣列1增加一個外加背景場。然后冷卻高溫超導塊材陣列1至超導態(tài)。冷卻結束后，將充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a)所通直流電逐漸減小至零， 從而完成高溫超導塊材陣列的充磁，繼而實現高溫超導塊材陣列在上、下側永磁軌道中的 5(al)，5(a2)自由運動。實施例二
本發(fā)明實施例二的總體結構與實施例1基本相同，如圖1、2、3所示，不同的僅是高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈是由4個TOCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈2(b)組成。冷卻高溫超導塊材陣列1至超導態(tài)后，充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a)所通直流電維持不變，而后在系統開始運動工作時，可根據系統需求，調節(jié)充磁及磁場調節(jié)線圈2 (a)所通直流電的大小， 從而來調節(jié)高溫超導磁懸浮系統的懸浮力和導向力。實施例三
本發(fā)明實施例三的總體結構與實施例1或2基本相同，如圖1、2、4所示，不同的僅是 上、下側磁懸浮軌道為雙2磁體3軟鐵型永磁軌道5 (bl)，5 (b2)。每側2磁體3軟鐵型永磁軌道由兩側和中間的軟鐵，以及它們之間的永磁鐵組成， 永磁鐵磁極方向沿水平方向相向或相對，上、下側永磁軌道中對應永磁鐵的磁極方向相反。實施例四
本發(fā)明實施例四的總體結構與實施例1、2、3基本相同，如圖1、2、5所示，不同的僅是: 上、下側磁懸浮軌道為雙3磁體背鐵型永磁軌道5 (cl),5(c2)，由極性沿豎直方向的、且沿橫截面方向極性交替的磁體及其背鐵組成，沿橫截面方向可以為任意大于等于3的磁體數量，上、下側永磁軌道5 (cl),5(c2)相對應的永磁體充磁方向相同。實施例五
本發(fā)明實施例五的總體結構與實施例1或2基本相同，如圖1、2、6所示，不同的僅是 上側磁懸浮軌道采用由多組BSCCO或TOCO高溫超導磁場調節(jié)線圈組成的電磁軌道5(d2)， 其產生的磁場與下側永磁軌道5 (al)產生的磁場形成回路。在工作過程中，還可以通過調節(jié)電磁軌道中線圈的電流，來調節(jié)軌道氣隙中的磁場，從而來調節(jié)磁懸浮系統的懸浮力和法向力。實施例六
本發(fā)明實施例六的總體結構與上述實施例基本相同，不同的僅是所述磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，由兩個相對的上、下側磁懸浮軌道，高溫超導塊材陣列1，以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材陣列的低溫恒溫器4組成。在高溫超導塊材陣列上沒有設置高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈。實施例七
本發(fā)明實施例七的總體結構與實施例1-5基本相同，如圖7所示。不同的僅是所述磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，由基座8上的磁懸浮軌道5 (al)，高溫超導塊材陣列1及其上表面的BSCCO或TOCO高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈，以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材陣列的低溫恒溫器4組成。
實施例八
本實施例八的總體結構為上述實施例所述磁場加強型高溫超導磁懸浮系統的復合結構，采用任意兩組磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，通過中間的連接機構，將兩者的懸浮動子連為一體，從而實現雙邊穩(wěn)定懸浮，可用于磁懸浮列車等磁懸浮運載工具。本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
1.一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，包括磁懸浮軌道，位于磁懸浮軌道上的高溫超導塊材陣列，其特征在于，所述系統還包括高溫超導塊材陣列上表面的高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈，以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材和高溫超導線圈磁體的低溫恒溫器，高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈為一個獨立的采用BSCCO或TOCO高溫超導帶材制備的線圈，安裝于一個可同時用于固定高溫超導塊材的無磁性輔助固定及封裝機構中。
2.根據權利要求1所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述系統還包括一個與所述磁懸浮軌道相對的磁懸浮軌道，兩個磁懸浮軌道構成上、下側磁懸浮軌道， 高溫超導塊材陣列位于上、下側磁懸浮軌道之間，上、下側磁懸浮軌道為構成磁場加強回路的磁懸浮軌道。
3.根據權利要求1或2所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈為兩個或多個BSCCO或TOCO雙餅跑道型線圈。
4.根據權利要求2所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于上、下側磁懸浮軌道為構成磁場加強回路的雙5磁體型永磁軌道。
5.根據權利要求4所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述的5磁體型永磁軌道，為磁極方向按右、上、左、下、右的規(guī)律排列的永磁體陣列，上、下側永磁軌道磁體陣列中對應的磁極沿水平方向的永磁體的磁極方向相反。
6.根據權利要求2所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于上、下側磁懸浮軌道為可構成磁場加強回路的雙2磁體3軟鐵型永磁軌道。
7.根據權利要求6所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述的2磁體3軟鐵型永磁軌道，由兩側和中間的軟鐵，以及軟鐵之間的永磁體組成，永磁體磁極方向沿水平方向相向或相對，上、下側永磁軌道中對應永磁體磁極方向相反。
8.根據權利要求2所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于上、下側磁懸浮軌道為可構成磁場加強回路的雙3磁體背鐵型永磁軌道。
9.根據權利要求8所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述的3磁體背鐵型永磁軌道，由極性沿豎直方向的、且沿橫截面方向極性交替的磁體及其背鐵組成， 上、下兩側相對應的永磁體磁極方向相同。
10.根據權利要求2所述的磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，其特征在于下側磁懸浮軌道為永磁軌道，上側磁懸浮軌道為多組BSCCO或TOCO高溫超導磁場調節(jié)線圈組成的電磁軌道，其產生的磁場與下側永磁軌道產生的磁場形成回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁場加強型高溫超導磁懸浮系統，包括磁懸浮軌道，位于磁懸浮軌道上的高溫超導塊材陣列，高溫超導塊材陣列上表面的高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈，以及用于安裝、冷卻高溫超導塊材和高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈的低溫恒溫器，其中高溫超導充磁及磁場調節(jié)線圈采用BSCCO或YBCO高溫超導帶材制備。本發(fā)明顯著增大了磁懸浮軌道磁場的場強，增加了高溫超導塊材的俘獲磁場，進而提高了高溫超導磁懸浮系統的懸浮力和導向力，同時可實現高溫超導磁懸浮系統懸浮力和導向力的動態(tài)調節(jié)，利于增強高溫超導磁懸浮系統性能及應對復雜工作條件的能力。
文檔編號H02N15/00GK102343832SQ201110199689
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權日2011年7月18日
發(fā)明者鄭陸海, 金建勛 申請人:電子科技大學