[發明專利]一種用于高速運行高溫超導磁懸浮系統的無磁低溫容器及其制造方法

有效

• 申請號: 201310077641.2
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103129843A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 劉偉;王家素;王素玉;馬光同
• 申請（專利權）人: 北京宇航世紀超導技術有限公司
• 主分類號: B65D81/38
• 分類號: B65D81/38
• 代理公司: 北京國帆知識產權代理事務所(普通合伙) 11334
• 代理人: 龍濤

技術領域

本發明屬于高溫超導磁懸浮技術，涉及一種適用于高速運行條件下高溫超導磁懸浮系統的無磁低溫容器及其制造方法。

背景技術

高溫超導磁懸浮技術以其自身所特有的磁通釘扎能力，無需外部控制即可實現穩定的懸浮，具備被動懸浮的明顯特征，從而避免了主動控制技術和設備的研發與投入，具有結構簡單、原理可靠、性能優越等諸多特點，是一種理想的實用磁懸浮技術。

高溫超導磁懸浮技術在高速磁懸浮交通、電磁發射、飛輪儲能、磁懸浮軸承等領域具有廣闊的應用前景，其所具備的低能耗、高可靠性、無污染等諸多優勢也使其成為發展綠色能源產業的理想選擇之一。2000年底，載人高溫超導磁懸浮（HTS-Maglev）實驗車“世紀號”在中國成都實驗成功，標志著高溫超導磁懸浮技術在交通領域應用的重大突破。

與利用電磁吸力實現懸浮的電磁懸浮（EMS）列車和利用電磁感應排斥力的電動懸浮（EDS）列車相比，高溫超導磁懸浮（HTS-Maglev）列車無需外部能源供給，依靠高溫超導塊材與永磁軌道之間的電磁感應作用產生的永久電流實現穩定的自懸浮。高溫超導塊材工作于臨界溫度以下是維持永久電流所需要的基本條件之一，因此高溫超導磁懸浮列車系統需要引入低溫容器以保證高溫超導塊材工作于臨界溫度以下。

以較常用的高溫超導材料釔鋇銅氧（YBaCuO）為例，其臨界溫度為92K，而液氮的溫度為77K，可以滿足其工作要求，因而需要設計一種可以盛裝液氮的車載低溫容器以滿足高溫超導磁懸浮列車運行要求。相比于低溫超導材料（LTS）需要使用4.2K液氦以及相關容器，77K液氮低溫容器的設計與使用要簡單得多，且造價低，維護簡便，這也是高溫超導磁懸浮技術的優勢之一。

在準靜態測試（測試速度低于1m/s）或低速運行(運行速度低于30km/h)時，可以使用金屬材料制作的液氮低溫容器，但必須保證此金屬材料為順磁性材料或相對磁導率≈1，以避免對永磁軌道的磁路結構造成影響。針對準靜態或低速運行使用的金屬低溫容器的性能要求還包括保溫時間長、結構強度高、底部厚度小等，通過合理的設計，可以滿足這些指標。

在高速或超高速運行(運行速度高于100km/h)時，由于永磁軌道沿列車前進方向的磁場存在一定程度上的不均勻性，會在金屬低溫容器底部感應產生電渦流，并會對磁懸浮列車運行帶來諸多不利影響。首先此電渦流會對高溫超導塊材和永磁軌道的耦合磁場產生影響，削弱高溫超導塊材的懸浮效能；其次此電渦流會產生熱量，加速低溫容器內液氮的揮發，縮短低溫容器的工作時間；同時此電渦流還會與軌道的不均勻磁場發生耦合作用，產生拖拽電磁力，抵消部分磁懸浮列車的驅動力，降低驅動效能。

由于此電渦流與運行速度成平方的正比關系，運行速度越高，則感應產生的電渦流越強，對磁懸浮列車造成的影響越大，因此需要對金屬低溫容器進行改進或替換，以找到一種適合于高速運行高溫超導磁懸浮系統的低溫容器制作方法。

發明內容

本發明的目的：提供一種適用于高速運行高溫超導磁懸浮系統的低溫容器及其制作方法，使該低溫容器不僅滿足保溫時間長、結構強度高、底部厚度小等基本技術特征，同時最大程度地阻礙或削弱高速運行時在低溫容器底部產生感應電渦流現象，從而提高高溫超導磁懸浮系統的高速工作效能。

技術方案：一種用于高速運行高溫超導磁懸浮系統的無磁低溫容器，包括非導磁金屬材料骨架1，高溫超導塊材緊固裝置2，低溫容器固定法蘭3，超級絕熱材料4，低溫容器蓋7，通氣孔8，其特征在于，超級絕熱材料4覆裹于非導磁金屬材料骨架1外部；低溫容器蓋7通過低溫容器固定法蘭3與非導磁金屬材料骨架1及超級絕熱材料4連接,形成一個空腔；高溫超導塊材5位于該空腔內部；通氣孔8開設于低溫容器蓋7上；低溫容器固定法蘭3通過螺栓固定的方式與磁懸浮列車車體固定在一起；非導磁金屬材料骨架1底部厚度不超過3mm；

所述非導磁金屬骨架1采用順磁性金屬材料，如紫銅，鋁合金或不銹鋼，要求其相對磁導率≈1；

所述非導磁金屬材料骨架1的底部經采取鏤空、刻蝕或者編織工藝等特殊工藝處理，將非導磁金屬材料骨架1的底部的導電層分割成小區域，以縮小感應電渦流的流動空間，阻礙或盡可能減小感應電渦流的產生，以消除該電渦流在高速下對整個磁懸浮系統造成的不利影響；

所述超級絕熱材料4一般采用二氧化硅納米孔材料，起到隔熱保溫的作用；在覆裹過程中，可采用不同的覆裹工藝，如直接纏繞、分層換向纏繞或者纖維編織工藝；