[發明專利]鋼球上下磁懸浮及運動控制實驗裝置

有效

• 申請號: 200910022709.0
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101561975A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 楊萬民;王明梓;鈔曦旭
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司
• 代理人: 申忠才

技術領域

本發明屬于磁懸浮技術領域，具體涉及到鋼球的排斥上懸浮和鋼球的吸引磁懸浮運動實驗裝置。

背景技術

磁懸浮列車是利用車體與軌道之間的磁力抵消地球引力，通過直線電機的驅動，實現列車在軌道上的懸浮運行。它與普通輪軌列車相比，具有低噪音、無污染、安全舒適和高速高效的特點，是一種具有廣闊前景的新型交通工具，磁懸浮列車分為常導型和超導型兩大類。常導型也稱常導磁吸型，利用電磁鐵與軌道之間的電磁吸力將列車懸起，懸浮的氣隙較小，一般為10毫米左右，其速度可達每小時400～500公里。超導型磁懸浮列車也稱超導磁斥型，利用超導磁體產生的強磁場，在列車運行時與安裝在地面上的線圈相互作用，產生電磁斥力將列車懸起，懸浮高度一般為100～150毫米左右，運行速度可達每小時500公里以上。常導磁懸浮系統是以電磁力實現懸浮、導向和驅動功能的，其控制系統相當復雜。超導磁斥型磁懸浮列車需要復雜的低溫冷卻系統，操作不便，運行成本也很高。

然而，利用高溫超導磁懸浮原理制作的磁懸浮列車模型已有報道，其中我國西南交通大學研制的列車是世界上第一輛載人高溫超導磁懸浮實驗車系統。此高溫超導磁懸浮實驗車采用高溫超導塊材與軌道之間的電磁吸力將列車懸起，在液氮溫度條件下(77K)，可以連續工作超過6小時，懸浮總重量530公斤，可載5人，懸浮凈高度23毫米，穩定性較好，懸浮剛度較高。該“車”的永磁導軌到長15.5米，用直線電機推進，加速度1米/秒²，它是迄今為止世界上懸浮重量最大的載人“高溫超導磁懸浮實驗車”。但是這輛高溫超導磁懸浮實驗車制造工藝復雜，耗資大，而且形體巨大，不能普及到一般的高校實驗室和展覽館，因此很多人無法親眼看到列車運行的演示。

形體較小的超導磁懸浮列車演示裝置目前國內已有報道，例如申請人所在的課題組，北京同方辰源科技發展中心的THP-1型超導磁懸浮演示裝置，北京英納超導技術有限公司的高溫超導磁懸浮演示裝置，北京特運科技有限公司的超導磁懸浮車演示模型等。這些模型裝置都是利用超導體的抗磁性使高溫超導體懸浮在永磁軌道上。THP-1型超導磁懸浮演示裝置是一臺高臨界溫度超導體磁懸浮列車物理課堂演示裝置，該裝置為一個盛放高溫度超導體的列車模型，在具有磁束縛的封閉磁軌道上方懸浮，或在磁軌道下方倒掛“懸掛”，并可在旋轉磁場加速裝置作用下，沿著長度約為1.7米的封閉磁軌道，以懸浮或倒掛狀態無摩擦地連續運轉。高溫超導磁懸浮演示裝置是一種適用于大、中、小學的物理學課堂演示，科技館以及少年宮等單位的展示、教學用超導教學儀器。申請人所在的課題組研制的超導磁懸浮車演示模型，綜合了超導、儀表、電子、低溫、磁路設計、直線電機原理、自動控制等方面的知識，可以加強學生對現代科技的認識并激發其對高新技術的興趣。超導磁懸浮車演示模型由環形軌道和超導小車模型組成，軌道由鐵環和吸附在其上的釹鐵硼(NdFeB)永久磁鐵材料構成，當釔鋇銅氧(YBCO)超導材料被冷卻到液氮溫度時，車體就可以穩定地懸浮在軌道上方。此時只要沿軌道方向給車體一個很小的推動力，懸浮車就將沿軌道延伸方向運動。如果軌道磁場非常均勻(沒有磁阻尼的理想狀態)，且車體在封閉的真空環境中運動，車的運動速度將不會衰減。目前，已有的小型高溫超導磁懸浮實驗車模型能夠讓人們在感知此類現象的同時，讓老師、學生和廣大群眾了解與超導磁懸浮列車系統相關的各種技術。這種小型高溫超導磁懸浮實驗車模型也需要用液氮，由于液氮并不是在任何地方都有，即就是有，每次做實驗還得去買，因此對該類實驗裝置的普及尚有難度，特別是在偏遠地區。

在大專院校物理課的教學中，當前迫切需要解決的一個技術問題是提供一種結構簡單、體積小、實驗條件容易實現、成本低、演示直觀的磁懸浮教學實驗演示儀器。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述電磁懸浮和超導磁懸浮裝置的缺點，提供一種結構簡單、體積小、演示直觀、演示效果好、常溫下進行實驗的鋼球上下磁懸浮及運動控制實驗裝置。