專利名稱：一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及高溫超導磁懸浮技術領域，尤其是一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統。
背景技術：
高溫超導磁懸浮技術，由于高溫超導體獨特的磁通釘扎特性，具有無源自穩定的懸浮優勢，在無摩擦軸承、飛輪儲能、軌道交通等領域展現出良好的應用前景。其中，2000年我國世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車的誕生展示了高溫超導磁懸浮技術在未來新型(高速、環保、舒適等特點)軌道交通工具的巨大吸引力，引起了國際社會的廣泛關注。目前，德國、俄羅斯、巴西、日本等國均研制出高溫超導磁懸浮車實驗室樣機，各國都在努力推進高溫超導磁懸浮車的實用化進程。如何進一步提高現有高溫超導磁懸浮車系統的承載能力和穩定性能從而減少其成本造價，成為一個技術重點。 在高溫超導磁懸浮車系統中，針對永磁軌道設計，人們通常采用鐵磁性材料作為軌道的聚磁極來增強其表面的磁場強度及其梯度，例如世界首輛載人高溫超導磁懸浮實驗車“世紀號”采用此種設計思想，在載5人整車懸浮重量635kg情況下，懸浮高度仍大于20mm。而對于車載高溫超導體塊材而言，可借鑒類似的設計思想，利用高導磁率的鐵磁材料，如鐵板等，引導磁力線的分布，努力提高車載高溫超導體工作位置處的磁場，進而達到提高其磁懸浮性能的目的。然而在目前的高溫超導磁懸浮車系統中，車載懸浮部分僅為高溫超導塊材，未引入其它輔助材料，系統的懸浮能力和導向力能力取決于車載超導塊材和永磁軌道的相互作用。
發明內容
本發明的目的在于彌補現有技術的不足，在此提供一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，與原超導磁懸浮系統相比，可提高其導向穩定性。本發明是這樣實現的，構造一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于包括由永磁體及聚磁材料等構成的軌道、固定于車體架子中的低溫容器，低溫容器內固定有由超導塊材構成的高溫超導塊材層，在高溫超導塊材層中對應于水平磁場主導區域的超導塊材上設置鐵磁性物質。根據本發明所述的一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述鐵磁性物質為高導磁率材料。根據本發明所述的一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于高溫超導塊材層由多塊超導塊材構成。根據本發明所述的鐵磁性物質為高導磁率材料，其特征在于所述高導磁率材料可選為鐵板。由于超導塊材獲得的洛侖茲力(懸浮力或導向力)與其所在位置處的磁場密切相關，若有辦法提高其所處位置的磁場，則有可能帶來塊材磁懸浮性能的提高。本發明通過在車載高溫超導體中引入鐵磁材料來提高現有高溫超導磁懸浮系統的性能。其基本原理為利用高導磁率的鐵磁材料，如鐵板等，引導磁力線的分布，努力提高車載高溫超導體工作位置處的磁場，進而達到提高其磁懸浮性能的目的。在此處，將高導磁率的鐵磁材料引入到車載高溫超導體中，引導永磁軌道磁場到超導塊材工作位置處。本發明的優點在于通過提供一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，與原磁懸浮系統相比，可顯著提高導向穩定性，結構簡單，制備加工容易，是一種便于推廣的高溫超導磁懸浮車系統。
圖I為本發明結構示意圖，其中軌道中的粗箭頭表示永磁體的磁化方向。圖2a為車載高溫超導體上方未引入鐵磁材料時的永磁軌道磁場分布示意圖。圖2b為車載高溫超導體上方引入鐵磁材料后的永磁軌道磁場分布示意圖。 圖3a為永磁軌道中間位置處引入鐵磁材料后對永磁軌道磁場分布的影響。圖3b為永磁軌道中間位置處處引入鐵磁材料后軌道表面15 mm處法向和切向磁場分量分布。圖4a為永磁軌道中間位置處引入和未引入鐵磁材料下單塊超導塊材的懸浮力曲線。圖4b為永磁軌道中間位置處引入和未引入鐵磁材料下單塊超導塊材的導向力曲線。圖中101、軌道，102、低溫容器，103、高溫超導塊材層，104、鐵磁性物質。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做出詳細說明本發明對所實施的鐵磁性物質的尺寸、形狀及材質不做限制，可實施于使用任何材質的超導塊材。本發明在此提供一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，包括由永磁體及聚磁材料等構成的軌道101、固定于車體架子中的低溫容器102，低溫容器內固定有由超導塊材構成的高溫超導塊材層103。永磁軌道101要求為多級永磁軌道，存在明顯的垂直磁場和水平磁場峰值。在高溫超導塊材層103中對應于水平磁場主導區域的超導塊材上添加高導磁率的鐵磁性物質104。所述鐵磁性物質104為鐵板。高溫超導塊材層103由多塊超導塊材構成。由于超導塊材獲得的洛侖茲力(懸浮力或導向力)與其所在位置處的磁場密切相關，若能提高其所處位置的磁場，則可能帶來塊材磁懸浮性能的提高。本發明通過在車載高溫超導體中引入鐵磁材料來提高現有高溫超導磁懸浮系統的性能。其基本原理為利用高導磁率的鐵磁材料，如所述鐵板等，引導磁力線的分布，努力提高車載高溫超導體工作位置處的磁場，進而達到提高其磁懸浮性能的目的。圖2a為車載高溫超導體上方未引入鐵磁材料時的永磁軌道磁場分布情況，圖2b為車載高溫超導體上方引入鐵磁材料后的永磁軌道磁場分布情況。實施中選用一普通鐵板作為鐵磁材料，為達到提高塊材位置處磁場的目的，將添加的鐵板直接固定在塊材的上表面。同時考慮到引入的鐵板將會和永磁軌道產生明顯的吸引力，對懸浮不利，鐵板的厚度不宜太厚，經過仿真計算后，選擇了 Imm厚的鐵板。
實施結果發現，在車載超導塊材懸浮單元(多塊組合)上方引入鐵板后，由于塊材上方的鐵板和永磁軌道產生較大的吸引力所致，系統懸浮力將會下降，且鐵板尺寸越大，懸浮下降越多；同時導向力有一定提高。經過優化后，得到本專利所述的優化添加位置，即在軌道水平磁場分量磁場主導區域添加鐵板可以獲得穩定的導向力，將對實際應用有幫助。圖3a和圖3b分別給出了永磁軌道中間位置處弓I入鐵磁材料后對永磁軌道磁場分布的影響及其表面15mm法向和切向磁場分量的分布,對應場冷高度30mm情況下塊材的懸浮力和測試高度15mm的導向力曲線如圖4a和圖4b所示。從圖4a中可以看出，鐵磁材料的引入帶來了懸浮力一定程度的減小。在最低測試距離IOmm處，引入鐵磁材料后，最大懸浮力從92. IN下降到78. 7N，下降了 14%。而在圖4b的導向力曲線中，鐵磁材料的引入帶來了導向性能的大幅提高，在最大橫向偏移5mm處,最大導向力從-20. 3N增大到-30. 4N,提高了 50%。由此可見，鐵磁材料的引入對導向力帶來的正面影響比對懸浮力帶來的負面影響更加顯著。這種引入方法對需要提高導向力的特定應用場合具有一定的優勢。故本發明所述引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統具有提高導向力性能的顯著效果。
本專利除實施例所示案例外，還包括對各類高溫超導磁懸浮車系統等應用場合。
權利要求
1.一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于包括由永磁體及聚磁材料等構成的軌道(101)、固定于車體架子中的低溫容器(102)，低溫容器內固定有由超導塊材構成的高溫超導塊材層(103)，在高溫超導塊材層(103)中對應于水平磁場主導區域的超導塊材上設置鐵磁性物質(104)。
2.根據權利要求I所述的一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于所述鐵磁性物質(104)為高導磁率材料。
3.根據權利要求I所述的一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于高溫超導塊材層(103)由多塊超導塊材構成。
4.根據權利要求2所述的鐵磁性物質(104)為高導磁率材料，其特征在于所述高導磁率材料選為鐵板。
全文摘要
本發明公開了一種引入鐵磁性物質的高溫超導磁懸浮系統，其特征在于包括由永磁體及聚磁材料等構成的軌道、固定于車體架子中的低溫容器，低溫容器內固定有由超導塊材構成的高溫超導塊材層，在高溫超導塊材層中對應于水平磁場主導區域的超導塊材上設置鐵磁性物質。本發明在車載高溫超導體上方引入鐵磁性物質，可顯著提高原有高溫超導磁懸浮系統的穩定懸浮性能，具有結構簡單、加工容易、便于推廣等優點，可滿足實際應用中對高溫超導磁懸浮車導向性能要求比較高的地方，如在曲線運行的場合等。
文檔編號B60L13/04GK102717725SQ20121020889
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者王家素, 王素玉, 鄧自剛, 鄭珺 申請人:西南交通大學