[發明專利]高溫超導磁懸浮列車實驗裝置

有效

• 申請號: 200910023445.0
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101620799A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 楊萬民;李國政;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

本發明屬于磁場與磁力演示裝置技術領域，具體涉及到高溫超導磁懸浮列車軌道的磁場分布對磁懸浮力、導向力影響的實驗和演示裝置。

背景技術

傳統的鐵路列車都是依靠蒸汽、燃油、電力等各類機車作為牽引動力，車輪和鋼軌之間的相互作用作為運行導向，由鐵路線路承受壓力，借助于車輪沿著鋼軌滾動前進。磁懸浮列車則是一種依靠電磁場特有的“同性相斥、異性相吸”的特性將車輛托起，使整個列車懸浮在軌道上，利用電磁力進行導向，并利用直線電機將電能直接轉換成推進力來推動列車前進的交通運輸工具。磁懸浮列車的突出優點是速度快、噪聲污染輕、能源消耗小以及安靜舒適等。世界許多工業發達國家為占領技術制高點，爭奪未來的國際市場，在這一技術領域投入很多人力和經費進行研究和開發，并取得了重大發展。

磁懸浮列車可分為以下兩種。一種是常導電磁吸引式磁懸浮列車，它是利用裝在車身下的電磁鐵和軌道上的電磁鐵產生的異性磁極相互吸引力的原理將列車懸起，懸空運行，懸浮的氣隙較小，一般在10毫米左右，再由直線電動機驅動前進，這種結構又稱電磁式懸浮。其技術特點是常導電磁鐵比較容易控制，通常由蓄電池或發電設備給電磁鐵和直線電機提供電力，實現列車的懸浮和驅動。但由于這種常導系統的電磁吸引力相對較小，列車懸浮的高度約10毫米，故控制精度要求很高，這種列車以德國的TR型磁懸浮列車為代表。另一種是超導推斥型磁懸浮列車，超導磁懸浮列車由車上的超導磁體產生極強的磁場，列車運行時與布置在地面上的線圈相互作用，產生電動斥力將列車懸起，將列車懸浮在空中，懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達每小時580公里以上。但超導技術相當復雜，并需屏蔽發散的強磁場。這種車以日本山梨線的MLU型車為代表。

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，在液氮溫度條件下(77K)，底部3毫米厚的車載薄底液氮低溫容器可以連續工作超過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，因此無法讓更多的人親眼看到列車運行和演示。目前，已有的小型高溫超導磁懸浮實驗車模型只能讓人們有一個感性的認識，遠不能滿足高等學校、重點中學老師和同學對該系統的詳細了解，特別是超導磁懸浮小車1與永磁軌道磁體的排列組合形式之間的相互作用規律，所以非常需要有一套技術含量高的多功能高溫超導磁懸浮列車實驗和演示裝置，讓老師、學生和廣大群眾能夠了解軌道的磁場分布對超導磁懸浮列車的磁懸浮力和導向力的影響等關鍵技術。

形體較小的超導磁懸浮列車演示裝置目前國內也有報道，發明人所在的課題組已授權的專利號為ZL200610104563.0、發明名稱為《高溫超導磁懸浮列車實驗和演示裝置》，北京同方辰源科技發展中心研制的THP-1型超導磁懸浮演示裝置，北京英納研制的超導磁懸浮車演示模型等。這些實驗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模型列車，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1.7m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、科技館、少年宮等單位的展示和教學等用超導教學儀器。

專利號為ZL200610104563.0、發明名稱為《高溫超導磁懸浮列車實驗和演示裝置》，采用直線電機為動力裝置，并采用控制器控制直線電機以及磁懸浮小車的運轉，能較好地演示磁懸浮列車磁懸浮原理以及直線電機驅動磁懸浮列車的運行狀態。實驗和演示裝置的主要缺點是結構復雜，只能演示磁懸浮列車的沿軌道勻速或加速運動，不能演示傾斜、跳躍、顛簸、減速或停止等運動情況。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服上述超導磁懸浮車試驗和演示裝置的缺點，提供一種設計合理、結構簡單、體積小、演示直觀、演示效果好的的高溫超導磁懸浮列車實驗裝置。