[發明專利]一種高懸浮性能的高溫超導塊材與帶材堆疊混合磁浮系統

在審

• 申請號: 202110659678.0
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113183768A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 周大進;程翠華;趙勇
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: B60L13/04
• 分類號: B60L13/04;H02N15/00
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開一種高懸浮性能的高溫超導塊材與帶材堆疊混合磁浮系統，其包括冷源、超導體排列和永磁軌道；超導體排列由多個水平超導塊與超導帶材垂直堆疊體組成，所述永磁軌道由垂直磁化磁體與水平磁化磁體組成；冷源和超導體從上至下依次設置在永磁軌道上方，冷源對超導體排列進行冷卻，永磁軌道提供應用外磁場；超導帶材垂直堆疊體設置在水平磁化磁體正上方，水平超導塊設置在垂直磁化磁體正上方，使超導塊籽晶點面向永磁軌道。本發明克服了超導塊材垂直設置使用加工難、效率低及超導帶材水平堆疊體感應渦流等不足。與單一類型的高溫超導磁浮系統相比，在不增加系統自重、成本的條件下，同時使系統實現具有一定導向能力與更高的懸浮性能。

技術領域

本發明涉及高溫超導磁浮技術應用領域，尤其涉及一種高懸浮性能的高溫超導塊材與帶材堆疊混合磁浮系統。

背景技術

高溫超導磁浮系統具有自穩定的懸浮與導向能力，其平移系統理論最高運行速度可達3000 km/h，因此，在地面超高速運輸系統中具有廣闊的應用前景。然而，高溫超導磁浮系統的懸浮承載性能相對較弱，提高其懸浮性能是其實用化的關鍵?，F有技術主要包括：

（1）如圖1所示，相關專利使水平超導塊C軸22與垂直超導塊C軸29平行于正對磁體的磁化方向設置時，系統可以獲得更高的懸浮性能。然而，在實際的應用中，超導塊通常采用水平設置，并使超導塊籽晶點23面向永磁軌道3，當其厚度超過10 mm左右時，其懸浮性能趨于飽和；將超導塊垂直設置使用時，一方面，超導塊需要進行機械加工，由于超導塊常溫下為陶瓷材料，機加工容易受損導致性能下降或損壞，另一方面，當水平磁化磁體區域較寬（超過10 mm）時，會降低超導塊材的使用效率，當采用多塊超導體組合垂直設置時，除需進行機械加工外，增加了超導材料使用量，從而帶來更高的成本；

（2）如圖2所示，據文獻（IEEE Trans. Appl. Supercond., 2018, 28(4):3601605）報道，使超導帶材水平堆疊體C軸27與超導帶材垂直堆疊C軸25平行于正對磁體的磁化方向設置時，系統可以獲得更高的懸浮性能，但這種設置方式使系統導向不穩定。此外，相關專利使超導帶材表面沿正交于永磁軌道外磁場流線走向設置，從而具有比平面堆疊方式更高的懸浮性能，該系統同樣存在導向不穩定性。此外，如圖3、圖4所示，由于永磁軌道沿縱向存在連接處的磁場衰減，當超導帶材水平堆疊體在永磁軌道上方高速運行時，等效于施加了一個交變磁場，從而在帶材表面產生感應渦流i，帶來溫升，進一步降低系統性能；

（3）其它技術還包括：通過固氮冷卻或制冷機降低系統的工作溫度、采用高性能超導材料及增加超導材料用量等方法，提高系統的臨界電流密度及俘獲磁通的能力；通過增加永磁材料用量、剩磁及優化永磁軌道構型等方法，提高永磁軌道的應用外磁場強度。以上方法主要是通過提高材料性能、增加材料用量及系統優化的方式使系統獲得更高的懸浮性能，同時，也會帶來更高的自重與高昂的成本費用。

發明內容

為了克服現有技術中超導塊材垂直設置使用加工難、效率低與超導帶材水平堆疊體感應渦流的不足，本發明提供一種高懸浮性能的高溫超導塊材與帶材堆疊混合磁浮系統，目的在于不增加系統自重、成本的條件下，使系統實現更高的懸浮性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高懸浮性能的高溫超導塊材與帶材堆疊混合磁浮系統，其包括冷源、超導體排列和永磁軌道；所述超導體排列由多個水平超導塊與超導帶材垂直堆疊體組成，所述永磁軌道由垂直磁化磁體與水平磁化磁體組成；所述冷源和超導體從上至下依次設置在永磁軌道上方，冷源對超導體排列進行冷卻，永磁軌道提供應用外磁場；所述超導帶材垂直堆疊體設置在水平磁化磁體正上方，所述水平超導塊設置在垂直磁化磁體正上方，使超導塊籽晶點面向永磁軌道。

本發明采用水平超導塊材替代超導帶材水平堆疊正對垂直磁化方向磁體設置，能夠極大減弱超導帶材堆疊磁浮系統高速運行下表面渦流帶來的溫升，使系統更加穩定、可靠與實用化；