[發明專利]一種提高高溫超導磁懸浮系統穩定性的方法

無效

• 申請號: 200810045563.7
• 申請日: 2008-07-15
• 公開（公告）號: CN101314329A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發明（設計）人: 鄭珺;鄧自剛;王家素;王素玉;張劍;馬光同;林群煦;張婭
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04
• 代理公司: 成都博通專利事務所
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種高溫超導磁懸浮系統性能的改進，尤其涉及一種高溫超導磁懸浮系統穩定性的改進方法。

背景技術

高溫超導磁懸浮系統主要分為兩大應用方向：倘若軸對稱式的旋轉運動，將應用于軸承或飛輪等領域；倘若平移對稱式的線形運動，則將作為并進運動的磁懸浮(磁浮)裝置，如線性電機傳送裝置和磁懸浮車。目前，這兩大方面的技術研究已經處于大規模實際應用的前夜，各式各樣的高溫超導磁懸浮樣機紛紛研制并試運行成功，2000年以來中國、德國、俄國等已研制出載人型高溫超導磁懸浮實驗車。

由于高溫超導塊材具備的磁通釘扎效應，例如常用的是釔鋇銅氧超導體(YBaCuO)或釓系氧化物超導體(GdBaCuO)等稀土類REBaCuO超導體，所以高溫超導磁懸浮系統是非控制非接觸的自穩定懸浮功能。高溫超導磁懸浮系統在工作時，首先通過外力的作用將高溫超導塊材在一定的位置上固定，然后高溫超導塊材在應用外磁場中冷卻并達到超導態，此時高溫超導塊材被固定冷卻的位置稱為場冷位置，這一過程稱為場冷。隨后釋放高溫超導塊材的固定位置后，由于超導體是在應用外磁場中冷卻，超導體俘獲了來自應用磁場的磁通而被釘扎，因此在超導塊材的作用下，高溫超導磁懸浮系統將穩定在某一懸浮點上，相應的懸浮位置稱為釘扎位置，這一過程稱為釋放。當系統因某種因素偏離了穩定點時，超導體內俘獲的磁通將可能被迫偏離原來釘扎位置。這時，一方面由于超導體中產生的感應電流的作用，另一方面由于超導體的釘扎中心的阻力，都將抑制磁通的偏離，表現為整個超導系統的回復力，這樣的回復能力在一定范圍內為彈性系統，使得系統在偏移量不大時，可以回到初始工作位置，達到新的平衡點，即高溫超導磁懸浮系統具有一定的穩定自調節能力。在此過程中，不需要外部能量的支持或控制，稱為被動式的穩定懸浮系統。在現有的高溫磁懸浮系統中通常只需要完成了上述的場冷→釋放過程后，形成的穩定懸浮點就被直接用作系統的運行點或工作點。

但是，在實際工作過程中，盡管大多數情況下高溫超導磁懸浮系統偏離工作位置后仍可以在新的平衡點繼續工作，然而卻不能回復到初始的工作位置，而這一工作位置是設計時預定的磁懸浮系統的最佳工作位置。由于系統的穩定性有限，在極端情況下，系統運行受到外界干擾而遠離平衡位置，甚至發生崩塌，使得整個系統無法工作。如何避免這一情況的發生，在最大程度上提高系統穩定性和承載能力，是高溫超導磁懸浮系統工程化商業化過程中的重要課題。

現有提高高溫超導磁懸浮系統穩定性的方法有三種：一、勵磁方式的改進，即場冷方式的選擇及場冷位置的選擇。二、高溫超導塊材俘獲磁場能力的提高，即超導材料性能的提高。三、應用外磁場強度和梯度的提高，即優化應用外磁場。

然而，受到當前高溫超導塊材制備技術和磁性材料工藝的限制，方法二、三中高溫超導磁懸浮系統穩定性提升的空間不大；同時由于受到成本、空間及能耗的限制，方法三對穩定性的提升空間也有限。并且，以上方法在實施過程中，通常需要改變高溫超導磁懸浮系統的組成構件，其實施過程較復雜，耗資較大，且效果不理想。

發明內容

本發明的目的就是提供一種提高高溫超導磁懸浮系統穩定性的方法，該方法不需要改變高溫超導磁懸浮系統的組成、結構，操作簡單，節約成本，可以明顯提高高溫超導磁懸浮系統的穩定性，并且適用于任何高溫超導塊材式磁懸浮原理的高溫超導磁懸浮系統。

本發明實現其發明目的，所采用的技術方案為：一種提高高溫超導磁懸浮系統穩定性的方法，其具體作法為：

A、場冷：通過支撐系統，將高溫超導磁懸浮系統的懸浮體支撐在設定位置，其后啟動制冷設備，使超導塊材進入超導狀態。

B、釋放支撐：支撐系統釋放對懸浮體的支撐，使懸浮體處于空載下的穩定懸浮狀態。

C、加載：對懸浮體施加外力，使其處于外力負載下的穩定狀態。

D、釋放負載：釋放所加外力，懸浮體再次使處于穩定懸浮狀態，并以此狀態作為高溫超導磁懸浮系統運行的初始狀態。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

通過場冷后增加的加載和釋放負載，使高溫超導磁懸浮系統中超導塊材和應用外磁場相互位置被迫改變。加載使高溫超導塊材的空間位置更接近于應用外磁場源，有利于超導塊材俘獲更多磁通，使超導塊材“磁性”增強，與應用外磁場作用力增強，承載能力將增強；同時，由于俘獲了更多的磁通，將導致超導體內部釘扎作用增強，釋放負載后，俘獲的磁通也更多地得到保持，使整個系統在運行或工作時，回復能力變強，穩定性增強，動態性能更好。