[實(shí)用新型]一種具有磁屏蔽高穩(wěn)定性的高溫超導(dǎo)磁懸浮車(chē)模型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820145612.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208622321U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施智祥;林發(fā);李戰(zhàn)峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東南大學(xué);鹽城科夢(mèng)儀器有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G09B25/02
• 分類(lèi)號(hào): G09B25/02;E01B25/30
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有磁屏蔽高穩(wěn)定性的高溫超導(dǎo)磁懸浮車(chē)模型，屬于高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，包括設(shè)置在永磁軌道上的小車(chē)外殼，在小車(chē)外殼內(nèi)設(shè)有低溫容器，在低溫容器內(nèi)設(shè)有超導(dǎo)體，在超導(dǎo)體的上表面使用低溫膠粘覆軟磁材料，其中，軟磁材料和超導(dǎo)體與永磁軌道整體呈現(xiàn)軟磁材料?超導(dǎo)體?永磁體軌道的三明治結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型主要采用“軟磁材料?超導(dǎo)體?永磁體軌道”三明治結(jié)構(gòu)，軟磁材料對(duì)永磁體軌道產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)具有聚合效果，從而減小了磁感應(yīng)線的發(fā)散程度，這樣超導(dǎo)體表面的磁場(chǎng)梯度將會(huì)顯著增大，從而導(dǎo)致懸浮力的增大，三明治結(jié)構(gòu)中的軟磁材料同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)磁屏蔽的效果，這樣磁場(chǎng)將不能進(jìn)入車(chē)廂，從而避免了磁場(chǎng)對(duì)車(chē)廂內(nèi)人員的傷害。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有磁屏蔽高穩(wěn)定性的高溫超導(dǎo)磁懸浮車(chē)模型。

背景技術(shù)

超導(dǎo)體具有零電阻(ρ＝0)和完全抗磁性(χ＝-1，即邁斯納效應(yīng))的兩個(gè)基本特性。兩者相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系，單純的零電阻并不能保證邁斯納效應(yīng)的存在，但零電阻效應(yīng)又是邁斯納效應(yīng)的必要條件。其中，邁斯納效應(yīng)是由德國(guó)物理學(xué)家W.Meissner和R.Ochsebfekd在1933年對(duì)錫單晶球超導(dǎo)體做磁場(chǎng)分布測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)的。超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且不論對(duì)超導(dǎo)體是先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體就把體內(nèi)的全部磁通量排出體外。

磁懸浮技術(shù)的研究源于德國(guó)，早在1922年，德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請(qǐng)了磁懸浮列車(chē)的專(zhuān)利。鑒于技術(shù)的復(fù)雜性和經(jīng)濟(jì)效益性，磁懸浮列車(chē)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)并沒(méi)有得到實(shí)際的應(yīng)用。目前世界上的磁懸浮列車(chē)技術(shù)主要分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是以德國(guó)為代表的常導(dǎo)磁懸浮，其技術(shù)特點(diǎn)是常導(dǎo)電磁鐵比較容易控制，通常由蓄電池或發(fā)電設(shè)備給電磁鐵和直線電機(jī)提供電力，實(shí)現(xiàn)列車(chē)的懸浮和驅(qū)動(dòng)，所以這種結(jié)構(gòu)又稱(chēng)電磁式懸浮，速度可達(dá)400-500Km/h。但由于這種常導(dǎo)系統(tǒng)的電磁吸引力相對(duì)較小，列車(chē)與軌道之間的縫隙大約10mm,故控制精度要求很高。世界第一輛磁懸浮列車(chē)2003年1月開(kāi)始在上海通車(chē)運(yùn)行，即是采用這種技術(shù)，標(biāo)志著磁懸浮列車(chē)投入商業(yè)應(yīng)用。第二類(lèi)是利用超導(dǎo)體的完全抗磁特性，超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)由車(chē)上的超導(dǎo)磁體產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，列車(chē)運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線圈相互作用，產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車(chē)懸起，將列車(chē)懸浮在空中，懸浮氣隙較大，一般為100mm左右，列車(chē)運(yùn)行速度更快，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)速500Km以上運(yùn)行；缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，產(chǎn)生的磁場(chǎng)較大對(duì)人體有傷害。目前日本正在建設(shè)世界上首條城際超導(dǎo)磁懸浮高速鐵路，從東京至名古屋全程286公里，設(shè)計(jì)運(yùn)行速度每小時(shí)505Km，預(yù)計(jì)2027年正式投入商業(yè)化運(yùn)行。

目前國(guó)內(nèi)高溫超導(dǎo)磁懸浮應(yīng)用的研究有一部分與上述兩種類(lèi)型的磁懸浮技術(shù)路線不同，即采用永磁體作為列車(chē)運(yùn)行的軌道基礎(chǔ)，根據(jù)邁斯納效應(yīng)和磁通釘扎效應(yīng)，高溫超導(dǎo)體“鎖定”并懸浮在永磁體軌道上方運(yùn)行。這種磁懸浮方法，延續(xù)了超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)中大的懸浮氣隙(100mm左右)，較高的運(yùn)行速度，在技術(shù)操作上也更加方便。但是這種方法也存在著懸浮力相對(duì)小，導(dǎo)致不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，以及磁場(chǎng)的傷害。

從相關(guān)文獻(xiàn)中可知，零場(chǎng)冷卻超導(dǎo)體所獲得的懸浮力要大于場(chǎng)冷卻超導(dǎo)體所獲得懸浮力。這是因?yàn)樵趫?chǎng)冷情況下，超導(dǎo)體會(huì)先俘獲一部分磁通，而此磁通與導(dǎo)軌的磁通方向是一致的，可以理解為一塊永磁體。由于磁通釘扎效應(yīng)，當(dāng)超導(dǎo)體靠近磁軌道時(shí)，磁通釘扎阻止更多磁通進(jìn)入超導(dǎo)體，從而產(chǎn)生懸浮排斥力；而當(dāng)超導(dǎo)體遠(yuǎn)離磁軌道時(shí)，磁通釘扎阻止磁通流出超導(dǎo)體，從而產(chǎn)生吸引力；因此，在場(chǎng)冷情況下所測(cè)得懸浮力，實(shí)際為這兩個(gè)力的合力，形成了穩(wěn)定的、自鎖定的磁懸浮。由于俘獲的磁通多少與導(dǎo)軌之間的作用力成正比，當(dāng)超導(dǎo)體偏離導(dǎo)軌中心位置時(shí)，吸引力的水平分量表現(xiàn)為側(cè)向回復(fù)力，其作用是阻止超導(dǎo)體偏離中心，使超導(dǎo)體回到導(dǎo)軌中心位置。可見(jiàn)，側(cè)向回復(fù)力的大小直接決定著側(cè)向的穩(wěn)定性，而回復(fù)力又取決于俘獲的磁通量。隨著超導(dǎo)體與永磁體導(dǎo)軌距離的減小，俘獲的磁通量增加，吸引力和懸浮斥力都在增大，只是懸浮力比吸引力增加的更快。但距離太小，會(huì)影響磁懸浮列車(chē)的運(yùn)行。