[發(fā)明專利]一種高磁浮性能的高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110679783.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN113199943A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周大進(jìn);程翠華;趙勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B60L13/04
• 分類號(hào): B60L13/04;H02N15/00
• 代理公司: 福州君誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發(fā)明公開一種高磁浮性能的高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)，其包括冷源、超導(dǎo)體排列和永磁軌道；超導(dǎo)體排列和冷源設(shè)置在永磁軌道上方，超導(dǎo)體排列由多個(gè)超導(dǎo)體組成，超導(dǎo)體的籽晶點(diǎn)面向永磁軌道，冷源連接超導(dǎo)體并對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行冷卻，永磁軌道提供應(yīng)用外磁場(chǎng)；超導(dǎo)體沿永磁軌道的中心軸線對(duì)稱偏置排列，且偏置距離為0~5mm。本發(fā)明在單磁極或多磁極永磁軌道中，使超導(dǎo)體沿單磁極軸線或?qū)ΨQ分布的多磁極軸線進(jìn)行對(duì)稱偏置排列，可以抑制系統(tǒng)下壓過(guò)程中的導(dǎo)向不穩(wěn)定性，當(dāng)選擇合適的偏置距離時(shí)，可以抑制偏置對(duì)懸浮力衰減的影響，從而使系統(tǒng)兼顧導(dǎo)向穩(wěn)定性的同時(shí)，具有更高的懸浮性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種高磁浮性能的高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)具有自穩(wěn)定的懸浮與導(dǎo)向能力，其平移系統(tǒng)理論最高運(yùn)行速度可達(dá)3000km/h，因此，在地面超高速運(yùn)輸系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)的懸浮承載性能與導(dǎo)向性能相對(duì)較弱，提高其懸浮與導(dǎo)向性能是其實(shí)用化的關(guān)鍵。現(xiàn)有技術(shù)主要包括：

(1)如圖1所示，使超導(dǎo)體軸線22(C軸)垂直于正對(duì)磁體的磁化方向設(shè)置時(shí)，系統(tǒng)可以獲得更高的導(dǎo)向性能。然而，系統(tǒng)的懸浮性能將極大衰減，如圖3所示，使超導(dǎo)體21偏離磁極軸線33距離t進(jìn)行場(chǎng)冷，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后超導(dǎo)體21以速度v向下移動(dòng)，其懸浮力曲線如圖4所示，懸浮力隨偏離距離t的增加急劇減少，當(dāng)超導(dǎo)體軸線垂直于正對(duì)磁體的磁化方向時(shí)，使系統(tǒng)幾乎喪失懸浮性能；

(2)如圖2所示，使超導(dǎo)體軸線22(C軸)平行于正對(duì)磁體的磁化方向設(shè)置時(shí)，系統(tǒng)可以獲得更高的懸浮性能。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，由于超導(dǎo)體性能不均勻、永磁軌道應(yīng)用外磁場(chǎng)不是理想的對(duì)稱分布等原因，下壓過(guò)程中存在導(dǎo)向不穩(wěn)定性，導(dǎo)致系統(tǒng)橫向漂移，進(jìn)一步使系統(tǒng)的懸浮力衰減，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生脫軌的危險(xiǎn)；

(3)通過(guò)設(shè)置不同的場(chǎng)冷高度，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)懸浮性能與導(dǎo)向性能的分配。提高系統(tǒng)的場(chǎng)冷高度，系統(tǒng)將獲得更高的懸浮性能，但是其導(dǎo)向性能變?nèi)酰唤档拖到y(tǒng)的場(chǎng)冷高度，系統(tǒng)將獲得更高的導(dǎo)向性能，但是其懸浮性能變?nèi)酰医档土讼到y(tǒng)的安全工作高度；

(4)其它技術(shù)還包括：通過(guò)固氮冷卻或制冷機(jī)降低系統(tǒng)的工作溫度、采用高性能超導(dǎo)材料及增加超導(dǎo)材料用量等方法，提高系統(tǒng)的臨界電流密度及俘獲磁通的能力；通過(guò)增加永磁材料用量、剩磁及優(yōu)化永磁軌道構(gòu)型等方法，提高永磁軌道的應(yīng)用外磁場(chǎng)強(qiáng)度。以上方法主要是通過(guò)提高材料性能、增加材料用量及系統(tǒng)優(yōu)化的方式使系統(tǒng)獲得更高的懸浮與導(dǎo)向性能，同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)更高的自重與高昂的成本費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)導(dǎo)向性能與懸浮性能不能同時(shí)兼顧，系統(tǒng)自重、成本高等不足，提供一種高磁浮性能的高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)，在不增加系統(tǒng)自重、成本的條件下，實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)導(dǎo)向穩(wěn)定下的高懸浮性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高磁浮性能的高溫超導(dǎo)磁浮系統(tǒng)，其包括冷源、超導(dǎo)體排列和永磁軌道；超導(dǎo)體排列和冷源設(shè)置在永磁軌道上方，超導(dǎo)體排列由多個(gè)超導(dǎo)體組成，超導(dǎo)體的籽晶點(diǎn)面向永磁軌道，冷源連接超導(dǎo)體并對(duì)超導(dǎo)體進(jìn)行冷卻，永磁軌道提供應(yīng)用外磁場(chǎng)；超導(dǎo)體沿永磁軌道的中心軸線對(duì)稱偏置排列，且偏置距離為0～5mm。

進(jìn)一步地，當(dāng)選擇合適的偏置距離時(shí)，可以抑制導(dǎo)向力的變化，忽略懸浮力的衰減。偏置距離為0mm至3mm可以有效抑制偏置帶來(lái)的系統(tǒng)懸浮力衰減。

進(jìn)一步地，在單磁極永磁軌道中，使超導(dǎo)體沿軌道運(yùn)行方向在單磁極兩側(cè)交替對(duì)稱外偏置排列；當(dāng)不考慮偏置距離對(duì)懸浮力衰減的影響時(shí)，可以設(shè)置較大的對(duì)稱偏置距離，使系統(tǒng)在外部干擾下具備更高的導(dǎo)向穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，在奇數(shù)個(gè)多磁極永磁軌道中，在橫向上使至少一對(duì)超導(dǎo)體沿軌道中心對(duì)稱分布的磁極軸線進(jìn)行對(duì)稱內(nèi)偏置排列或?qū)ΨQ外偏置排列或內(nèi)外對(duì)稱偏置的組合排列，其它軌道中心兩側(cè)剩余超導(dǎo)體與中心超導(dǎo)體正對(duì)磁極設(shè)置。