CN1288018C - 一种超导磁悬浮列车系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超导磁悬浮列车系统，属于超导电工技术领域。悬浮系统由两条平行的永磁导轨和高温超导磁悬浮装置组成一个高温超导转向架，两个高温超导转向架组成高温超导磁浮系统。高温超导磁浮装置由液氮低温容器、高温超导体块材、液氮和一些附属装置组成，高温超导体块材被固定在薄底液氮低温容器的底部。多个长方型液氮低温容器平行地排列在转向架的两边，并与两条平行的永磁导轨的磁场最佳组合。用浓缩磁场的永磁导轨来提高磁场梯度，永磁导轨中的永久磁体用钕铁硼、铁氧体或电磁体。用高温超导体对永磁导轨磁通钉扎力实现列车水平横向稳定。主要用于磁悬浮车。
Description
技术领域
本发明涉及超导电工技术领域。
背景技术
磁浮列车是21世纪速度最高、安全舒适、噪声低的地面交通工具，发展前景很好。磁浮列车的核心技术是磁悬浮系统。德国的电磁悬浮(EML)式常导(非超导)磁浮列车正在上海修建运营线，设计速度500km/h。这种常导磁浮列车的优点是能静止悬浮，缺点是悬浮高度较低(8mm)，对轨道平整度要求高，控制系统复杂，耗能高；日本的电动悬浮(EDL)式低温超导磁浮列车在18.4km的示范线上速度已达552km/h。这种电动悬浮式低温超导磁浮列车悬浮高度较高(100mm)，速度高。缺点是不能静止悬浮，工作在液氦温度(4.2K)，制造和运行成本高，所需磁场高(5T)，磁场对乘客的影响较难克服；还有一种高温超导磁悬浮系统是用高温超导线绕制的超导磁体代替常导磁悬浮列车中的磁体，磁场更高，悬浮高度更高，但要求与常导磁悬浮列车类似的复杂控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导磁悬浮列车系统，它是直接悬浮式的，它既能有效地实现静止悬浮，又能达到较高悬浮高度，即地面用常规永久磁体做成永磁导轨，以这个地面永磁导轨与高温超导体块材直接相互作用实现悬浮和导向。
本发明可以由下列技术方案来实现：高温超导体是第二类超导体，利用第二类超导体对磁场的排斥来实现悬浮。高温超导体悬浮力的特性是悬浮高度越低悬浮力越大，这种特性可以大大减轻对悬浮高度控制的要求，或者基本上不需要对悬浮高度实施控制。高温超导材料的物性决定其对于通过其中的磁力线有钉扎作用。利用该原理，可使决定磁悬浮列车在永磁导轨横向稳定的导向力来自高温超导体对永磁导轨的磁通钉扎力。本发明使得这个钉扎力足以使高温超导磁悬浮列车不左右偏移和摇摆，所以，不需要控制系统。
采用工作在液氮温区(77K)的直接悬浮式高温超导磁悬浮系统，悬浮系统由永磁导轨和高温超导磁悬浮装置组成。悬浮系统中有两条平行永磁导轨，其导轨托架及基座沿路径纵向成对排列。两组高温超导磁悬浮装置在正对永磁导轨的上面，并刚性连接成一个转向架。永磁导轨之间设有直线电机定子，感应板设在磁悬浮转向架的底部并置于定子上方。
高温超导磁浮装置由长方形液氮低温容器、高温超导体块材、液氮和一些附属装置组成，高温超导体块材放在薄底液氮低温容器的底部并被压紧。液氮低温容器安放在磁悬浮转向架的两侧。液氮低温容器用零铬18镍9钛做为内胆和外壳，以满足无磁要求。在内胆与外壳的底盘之间用约1mm厚的绝热材料，以此实现液氮温区与室温之间的绝热。为保持底部的刚度和平整度，整个底部总厚度等于或小于3.5mm。内、外胆底盘用压力加工制作，底盘四周壁高10mm。这种不在内胆、外壳最底部的焊接缝，可以避免有导磁性的焊缝对高温超导磁悬浮系统的影响。焊接时将底部绝热材料适当压紧，以保证小的底壁厚度且能有抽空通路。内胆、外壳的夹层之间设有支架，封口处用法兰焊接，与普通液氮低温容器制作工艺一样的密封和抽空。
高温超导体块材的悬浮力与磁场梯度成正比，为了获得大的悬浮力，用浓缩磁场的方法来提高磁场和磁场梯度。利用本发明中的导轨装置，即在两块常规永磁体之间加一块导磁性好的铁磁物质，且相间隔的永磁体同极性一端相对由此获得高磁场和大磁场梯度。常规永磁体采用钕铁硼或铁氧体。当需要时，增加铁磁物质及永磁体的组合数量可增加承载力。大的悬浮力也通过高温超导体块材在永磁导轨上的优化排列来实现。永磁导轨也可以用电磁体来实现。
本发明中的导轨装置使得沿永磁导轨纵向无磁场梯度，不产生力，所以纵向阻力为零。磁悬浮列车的向前驱动只需要很小的力，用常规直线电机(直线同步电机或直线感应电机)实现推进。在沿整个永磁导轨用全透明或部分透明的磁隔离罩，防止任何铁磁物质偶然性的附着在永磁导轨上，以至产生对系统运行的可能破坏。磁隔离罩的横截面尺寸大于永磁导轨和高温超导磁悬浮列车的横截面尺寸。这种磁隔离罩用非导磁或弱导磁材料。磁隔离罩只是为了防止任何铁磁物质偶然性的附着在永磁导轨上，并不是与大气的隔离，即来自任何方向的铁磁物质都进不去，但可以让高温超导磁悬浮列车系统中蒸发的液氮与大气环境相通。其方法是在远离永磁导轨的磁隔离罩上部开一系列开口朝下的百叶窗，这些百叶窗无铁磁物质的直接通路。磁隔离罩的两端安装在离永磁导轨起点和终点一定距离(磁场已经很弱)处。在设车站的地方留有通道。
附图说明
图1为本发明的超导磁悬浮列车系统主视图
图2为本发明的超导磁悬浮列车系统侧视图
图3为本发明的液氮低温容器结构正视图
图4为本发明的液氮低温容器结构侧视图
图5为本发明液氮容器与永磁导轨的相对位置正视图
图6为本发明液氮容器与永磁导轨的相对位置横截面视图
图7为本发明液氮容器与永磁导轨的相对位置横截面视图(负荷增加时)
图8为本发明的超导磁悬浮列车磁隔离罩截面图
图9为本发明的超导磁悬浮列车系统磁隔离罩示意图
具体实施方式
高温超导体是第二类超导体，利用第二类超导体对磁场的排斥来实现悬浮。高温超导体悬浮力的特性是悬浮高度越低悬浮力越大，这种特性可以大大减轻对悬浮高度控制的要求，或者基本上不需要对悬浮高度实施控制。高温超导材料的物性决定其对于通过其中的磁力线有钉扎作用。利用该原理，可使决定磁悬浮列车在永磁导轨横向稳定的导向力来自高温超导体对永磁导轨的磁通钉扎力。本发明使得这个钉扎力足以使高温超导磁悬浮列车不左右偏移和摇摆，所以，不需要控制系统。
采用工作在液氮温区(77K)的直接悬浮式高温超导磁悬浮系统，悬浮系统由永磁导轨3和液氮低温容器1组成高温超导磁悬浮装置。悬浮系统中有两条平行永磁导轨3，其导轨托架5及基座6沿路径纵向成对排列。两组高温超导磁悬浮装置在正对永磁导轨3的上面，并刚性连接成一个转向架2。永磁导轨3之间设有直线电机4定子，感应板设在磁悬浮转向架2的底部并置于定子上方。
高温超导磁浮装置由长方形液氮低温容器1、高温超导体块材12、液氮和一些附属装置组成，高温超导体块材12放在薄底液氮低温容器1的底部并被压紧。液氮低温容器1安放在磁悬浮转向架2的两侧。液氮低温容器1用零铬18镍9钛做为内胆11和外壳8，以满足无磁要求。在内胆11与外壳8的底盘之间用约1mm厚的绝热材料9，以此实现液氮温区与室温之间的绝热。为保持底部的刚度和平整度，整个底部总厚度等于或小于3.5mm。内胆11和外壳8的底盘用压力加工制作，底盘四周壁高10mm。这种不在内胆11、外壳8最底部的焊接缝，可以避免有导磁性的焊缝对高温超导磁悬浮系统的影响。焊接时将底部绝热材料适当压紧，以保证小的底壁厚度且能有抽空通路。内胆11、外壳8的夹层之间设有支架10，封口处用法兰7焊接，容器盖13上设有输液孔14，在一侧壁上还有一个抽真空用的气嘴15，与普通液氮低温容器制作工艺一样的密封和抽空。
高温超导体块材12的悬浮力与磁场梯度成正比，为了获得大的悬浮力，用浓缩磁场的方法来提高磁场和磁场梯度。即在两块常规永磁体17之间加一块导磁性好的铁磁物质18，且相间隔的永磁体17同极性一端相对，由此获得高磁场和大磁场梯度。常规永磁体17采用钕铁硼或铁氧体。当需要时，增加铁磁物质及永磁体的组合数量可增加承载力。大的悬浮力也通过高温超导体块材12在永磁导轨3上的优化排列来实现。永磁导轨3也可以用电磁体来实现。
本发明中的导轨3设计，使得沿永磁导轨纵向无磁场梯度，不产生力，所以纵向阻力为零。磁悬浮列车的向前驱动只需要很小的力，用常规直线电机4(直线同步电机或直线感应电机)实现推进。在沿整个永磁导轨3用全透明或部分透明的磁隔离罩19，防止任何铁磁物质偶然性的附着在永磁导轨3上，以至产生对系统运行的可能破坏。磁隔离罩19的横截面尺寸大于永磁导轨3和高温超导磁悬浮列车车箱21的横截面尺寸。这种磁隔离罩19用非导磁或弱导磁材料。磁隔离罩19只是为了防止任何铁磁物质偶然性的附着在永磁导轨3上，并不是与大气的隔离，即来自任何方向的铁磁物质都进不去，但可以让高温超导磁悬浮列车系统中蒸发的液氮与大气环境相通。其方法是在远离永磁导轨3的磁隔离罩19上部开一系列开口朝下的百叶窗20，这些百叶窗20无铁磁物质的直接通路。磁隔离罩19的两端安装在离永磁导轨3起点和终点一定距离(磁场已经很弱)处。在设车站的地方留有通道22。
Claims (6)
1.一种超导磁悬浮列车系统，包括基座、永磁导轨、磁悬浮转向架、直线电机和磁隔离罩，基座沿路径纵向成对排列，上方设有导轨托架，其特征在于导轨托架的两侧均设有永磁导轨，两侧永磁导轨之间设有直线电机的定子，感应板在磁悬浮转向架的底部并置于定子上方。
2.根据权利要求1所述的超导磁悬浮列车系统，其特征在于磁悬浮转向架的两侧设有液氮低温容器。
3.根据权利要求2所述的超导磁悬浮列车系统，其特征在于所述液氮低温容器为长方形真空保温容器，保温层内、外底部为整体压力加工成形的凹形体。
4.根据权利要求3所述的超导磁悬浮列车系统，其特征在于所述液氮低温容器的底部设有高温超导体块材。
5.根据权利要求1所述的超导磁悬浮列车系统，其特征在于所述永磁导轨的永磁体之间有铁磁物，且相间隔的永磁体同极性一端相对。
6.根据权利要求1所述的超导磁悬浮列车系统，其特征在于所述永磁导轨可以是一条或两条永磁导轨。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061206 Termination date: 20091019 |