[實用新型]一種適用于高溫超導磁懸浮系統的高效永磁聚磁型導軌機構

有效

• 申請號: 201320106697.1
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN203228775U
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 劉偉;王家素;王素玉;馬光同;荊華
• 申請（專利權）人: 北京宇航世紀超導技術有限公司
• 主分類號: B61B13/08
• 分類號: B61B13/08;B60L13/04
• 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

本實用新型屬于高溫超導磁懸浮技術，涉及一種可有效提高高溫超導磁懸浮系統磁能利用效率的永磁聚磁型導軌機構。?

背景技術

基于具備磁通釘扎能力的高溫超導塊材的高溫超導（HTS）磁懸浮技術因其所特有的被動懸浮特性，無需主動控制即可實現穩定懸浮，既消除了傳統機械結構中的摩擦損耗，也避免了主動懸浮系統中控制技術和設備的研發與投入。高溫超導磁懸浮技術以其結構簡單、原理可靠、性能優越的特性，成為實用磁懸浮技術的理想選擇之一，在高速軌道交通、大規模電磁儲能技術、電磁彈射與發射、磁懸浮軸承等諸多應用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。?

高溫超導磁懸浮列車是高溫超導磁懸浮技術在軌道交通領域應用的代表，由于其克服了輪軌系統的粘滯摩擦力，且無需主動控制或外部能源供給即可實現穩定懸浮與導向，消除了采用主動控制技術的磁懸浮軌道交通系統在高速或超高速運行狀態下可能存在的控制響應時滯問題，因而是高速或超高速軌道交通系統的理想選擇。2000年底，載人高溫超導磁懸浮實驗車“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軌道交通應用領域的重大突破。?

與采用主動控制技術，分別利用電磁吸力和電磁感應排斥力實現懸浮的電磁懸浮（EMS）列車與電動懸浮（EDS）列車相比，高溫超導磁懸浮列車依靠高溫超導塊材與外部磁場激勵之間的電磁感應作用產生的永久電流實現穩定的自懸浮。在高溫超導磁懸浮系統中，除需要該外部磁場激勵感應產生高溫超導塊材內部永久電流外，還需要其能穩定持續存在一定時間，以維持高溫超導磁浮列車的穩定懸浮狀態和高速運行。?

與電磁鐵相比，具有高磁能積和強矯頑力的永磁體是現有技術條件下產生該外部磁場激勵的更優選擇，其不僅具有更高的能量密度，在提供相同外部磁?場激勵能量的前提下所需體積更小，重量更輕，能有效減少系統占用空間和重量，而且無需引入能源供給裝置和通風散熱裝置，節省了大量相關設備投入，降低了系統的復雜性，提高了系統的安全和運行可靠性。?

由于高溫超導磁懸浮系統的特殊要求，永磁體所提供的外部磁場激勵需要滿足在某個特定方向具有高磁場強度和磁場梯度，而在另一特定方向則需要滿足無磁場梯度以及具備高磁場均勻度的特殊要求，因而不能僅依靠單塊永磁體提供該磁場激勵，而需要引入特殊的永磁組合結構，將多塊永磁體拼接組裝起來，構成一個完成的永磁機構，當應用于超導磁懸浮列車時，通常稱之為永磁導軌。?

目前廣泛采用的高溫超導磁懸浮列車用永磁導軌為鐵聚磁型結構，即利用磁化方向相反的永磁體對置組合產生強的磁壓力，以鐵磁性材料聚集磁場并將永磁體對置組合的磁力線引導發散至高溫超導塊材的工作區域，其典型結構和磁場分布如圖1所示。永磁導軌所提供的磁場不僅需要具有高的磁場梯度，以便高溫超導塊材產生較大的豎直懸浮力，同時也需要具有高的磁場強度，以便高溫超導塊材發生側向位移時能夠產生較大的水平恢復力。載人高溫超導磁懸浮實驗車“世紀號”所使用的該永磁機構為導軌形式，且目前在全世界同類系統中得到了廣泛的應用。需要注意的是，圖1所示永磁導軌有三個聚磁鐵，其中中間聚磁鐵為主聚磁極，其所承擔的作用是將磁力線聚集并發散到較高的空間區域，左右兩側聚磁鐵為輔助聚磁極，其主要對主聚磁極所發散的磁力線起到聚集、回收的作用，以便于磁力線更快、更集中的進入圖1所示兩塊水平對置的永磁體磁路中，減小磁能的無效發散空間。在某些非必要的情況下，可以省略左右兩側的輔助聚磁鐵，其并不會對永磁導軌的主磁路造成明顯影響。?

現有鐵聚磁型永磁導軌存在的一個不利因素是其磁場能量可利用率較低。由于使用鐵磁性材料聚集磁場，而永磁體對置組合本身沒有磁路導向功能，因此其磁場分布具有上下對稱的特點，即其上表面和下表面的發散磁場完全一致，如圖1中磁場分布計算值所示。由于永磁導軌不僅要為高溫超導塊材提供外部磁場激勵，同時其也要起到類似傳統輪軌交通中鋼軌的承重功能，即需要承載高溫超導磁懸浮列車和乘客的全部重量，而永磁材料本身是一種功能性材料，其結構強度和機械抗壓能力較小，因而其必須合理放置于承重基礎上，起到力傳導的作用而不是力承載作用。在現有技術條件和永磁材料特性背景下，永磁導軌下表面需要與基礎承載部件連接，因此僅有上表面的磁場能量可供高溫超高塊材利用，整體的磁能利用率低，導致永磁導軌結構冗余，增加了其造價。?