CN101670790A - 一种高温超导磁悬浮运输系统轨道 - Google Patents
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Abstract
一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，轨道在基准线(L)两侧对称分布有永磁体(1)和聚磁极(2)。轨道的弯道部分在基准线(L)的外侧横向增加1－5列辅助永磁体(1’)。该轨道在磁悬浮运输系统转弯时，能对磁悬浮运输系统产生足够的指向内侧的导向回复力，避免其偏心、脱轨，保证磁悬浮运输系统的安全可靠运行。且其投资少，成本低，与现有的平移对称式轨道兼容性好，方便对现有轨道的改造升级。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温超导磁悬运输系统，尤其涉及一种高温超导磁悬浮运输系统轨道。
背景技术
常用的高温超导材料是钇钡铜氧超导体(YBaCuO)或钆系氧化物超导体(GdBaCuO)等稀土类REBaCuO超导块材。利用这些超导块材处于超导混合态时产生独特的磁通钉扎能力，从而实现自稳定、无输入能量、并连续稳定区间的悬浮状态。这种独特新颖的自稳悬浮系统，实现条件相对简单，非常适合大尺寸工程应用。因此高温超导材料被发现至今20余年，高温超导磁悬浮运输系统的实验演示样机纷纷研制出来。
随着高温超导磁悬浮在运输领域应用的研究深入，更多实际应用问题蜂拥而至。其中一个重要的问题就是高温超导磁悬浮运输系统在弯道的运行问题。
现有的高温超导磁悬浮运输系统轨道为平移对称式。它有两种结构：其一为单轨式，它只有单根永磁轨道，它主要由轨道基准线两侧对称分布的永磁体组成。其二为双轨式，它有二根永磁轨道，每根永磁轨道的结构与单轨相同。二种轨道均沿运行方向(纵向)无限延长，因此这两种结构称为平移对称式轨道。这种平移对称式轨道的永磁体磁场在轨道基准线横向两侧对称分布。
当磁悬浮运输系统在直道运行时，由于种种因素的干扰和影响，车体将会随机产生相对于轨道的基准线向左或向右侧的偏移。此时车载高温超导块材与永磁轨道处的磁场将产生导向回复力的作用，从而减小直至消除偏移，保证磁悬浮运输系统的横向偏移在规定的范围之内，能够始终沿永磁轨道前进。现有永磁轨道的对称性，使其对抑制车体向左或向右偏移的回复力相同。由于直道运行时，左右偏移的概率是基本相等的，因此现有的轨道能够有效地保证磁悬浮运输系统在直道运行时不偏移或在规定范围内偏移，同时也不会造成磁场的浪费。
而当现有的高温超导磁悬浮运输系统过弯道时，车体始终受到指向弯道外侧的离心力作用，从而使车体在弯道时始终产生较大的向外侧的偏移，而偏离基准线运行；如果车速偏高或弯道过急或其它偶然因素也产生向外侧偏移的作用，则磁悬浮轨道的回复力将不足以抵消外侧偏移，导致脱轨等严重事故发生。
车体在弯道处产生的外侧偏移将一直延续到下一段的直线线路上，若磁场强度不够，则无法回复到基准线上运行，也使磁悬浮运输系统容易出现偏心、脱轨等危险。
若增加轨道的整体磁场强度，虽能保证列车在弯道处不发生大偏移量的外侧偏移，但由于内侧磁场强度也相应大幅增强，形成浪费，增大了成本。
发明内容
本发明的目的就是提供一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，该轨道在磁悬浮运输系统转弯时，能对磁悬浮运输系统产生足够的指向内侧的导向回复力，避免其偏心、脱轨，保证磁悬浮运输系统的安全可靠运行；且其投资少，成本低，与现有的平移对称式轨道兼容性好，方便对现有轨道的改造升级。
本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，轨道在基准线两侧对称分布有永磁体和聚磁极，其结构特点是：轨道的弯道部分在基准线的外侧横向增加1-5列辅助永磁体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、在永磁轨道弯道外侧增设1-5列辅助永磁体，从而使弯道处形成非对称式的磁场强度分布结构，弯道处轨道基准线的水平磁场强度大于零。当磁悬浮运输系统行驶至弯道时，处于弯道的轨道基准线上的车载高温超导块材俘获磁通，在超导体内部产生钉扎作用形成指向内侧的导向回复力，如车体以额定速度运行，则导向回复力与离心力相等，可使车体可以运行在弯道基准线的正上方而未产生外侧偏移，其运行更加稳定可靠。当弯道结束时，车体将无偏移地直接进入直道，而在直道的基准线正上方运行。
二、辅助永磁体横向增设于弯道外侧，使在弯道基准线外侧的水平强磁场向外侧拓宽。磁悬浮运输系统由于速度增加等各种因素，在弯道运行时产生向基准线外侧的偏移，车载高温超导体所获得的导向回复力更大，能在弯道外侧提供足够的导向回复力，有效地抵消离心力等因素的作用，使系统在弯道处的外侧向位移在规定的范围内，避免偏心、脱轨等问题，保证高温超导磁悬浮运输系统的运行平稳、安全。
三、在永磁轨道弯道外侧增加的辅助永磁体，还将在弯道上方的外侧新增的一个磁力线凸峰和原有磁场靠近弯道的两个凸峰共三个凸峰之间形成较强的磁势阱结构，该磁势阱的位置在上述三个凸峰中的第二个凸峰处，此处也是部分车载高温超导块材的正下方。当高温超导磁悬浮车系统运行到弯道时，部分车载高温超导块材将处于该磁势阱中，在导向回复力之外，磁势阱的两侧会产生磁势垒作用，也会限制磁悬浮运输系统车体的偏移，从而有效地避免偏心、脱轨等危险现象的出现。
四、本发明的磁悬浮轨道，仅在弯道的外侧增设辅助永磁体，而不在弯道内侧增设永磁体，即保证了弯道运行的安全性，又降低了永磁体的用量，其投资省，成本低。且与现有的平移对称式轨道兼容性好，方便对现有轨道的改造升级，也不需要改变现有的高温超导磁悬浮运输系统的结构和构成，兼容性强、适用面广。
上述轨道弯道部分增加的1-5列辅助永磁体的上表面与轨道基准线两侧对称分布的永磁体的上表面齐平。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1a是本发明实施例一、二中的一根轨道的直道部分的剖视结构示意图。
图1b是图1a的轨道的磁场分布图。
图2a是本发明实施例一的轨道的弯道处的剖视结构示意图。
图2b是图2a的轨道的磁场分布图。
图3a是本发明实施例二的弯道处的剖视结构示意图。
图3b是图3a的轨道的磁场分布图。
图4a是本发明实施例三、四的轨道的直道部分的剖视结构示意图。
图4b是图4a的轨道的磁场分布图。
图5a是本发明实施例三的轨道的弯道处的剖视结构示意图。
图5b是图5a的轨道的磁场分布图。
图6a是本发明实施例四的轨道的弯道处的剖视结构示意图。
图6b是图6a的轨道的磁场分布图。
图7是本发明实施例一的两根轨道的缩小俯视结构示意图。
图1a、图2a、图3a、图4a、图5a、图6a中的箭头，表示永磁体的磁化方向。
具体实施方式
实施例一
图1a、1b、2a、2b和图7示出，本发明的一种具体实施方式为：一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，轨道在基准线L两侧对称分布有永磁体1和聚磁极2，轨道的弯道部分在基准线L的外侧横向增加1列辅助永磁体1’。
图1a可见本例的直道部分与现在使用的一种平移对称式磁悬浮轨道的结构相同，其永磁体对称地分布在轨道的基准线L的两侧。图1b可见轨道直道部分的磁场分布对称地分布于基准线两侧。
图1a和图2a还示出，本例中各列永磁体的磁化方向为：从内(左)侧起第一列向右，第二列向左，第三列为弯道处增加的辅助永磁体1’，其磁化方向向下。图2b示出，本例增加的第三列磁化方向向下的永磁体1后，扩展了基准线L外侧的水平强磁场区域，使磁场对基准线L呈不对称分布，与内(左)侧相比，基准线L外(右)外侧的磁场增强。
本例中轨道弯道部分增加的1列辅助永磁体(1’)的上表面与轨道基准线两侧对称分布的永磁体(1)的上表面齐平。
实验证明，在场冷高度为30mm、工作高度为15mm的工作条件下，高温超导磁悬浮运输系统在本例轨道的弯道部分，向基准线弯道外侧偏移10mm，与向内侧偏移10mm相比，导向回复力增加了6.5％。
实施例二
图1a、1b、3a、3b示出，本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是：轨道的弯道部分在基准线的外侧横向增加两列辅助永磁体1’，增加的辅助永磁体1’为第三、第四列，其磁化方向依次向下、向右。
从图3b可见，本例增加两列辅助永磁体1’后，扩展了基准线L外侧的水平强磁场区域，使磁场对基准线L呈不对称分布，与内(左)侧相比，基准线L外(右)侧的磁场增强。并且，从图3b还可以看出：本例轨道的上方形成了由三个磁力线凸峰构成的磁势阱，在第二个磁力线凸峰的两侧为磁势垒，当高温超导磁悬浮车系统运行到弯道时，部分车载高温超导块材将处于该磁势阱中(第二个磁力线凸峰处)，除导向回复力之外，磁势阱的两侧会产生磁势垒作用，限制磁悬浮运输系统车体的偏移，从而有效地避免偏心、脱轨等危险现象的出现。进而增强了整个磁悬浮运输系统在通过弯道时的导向回复性能，有效的避免偏心脱轨等危险现象的出现。
测试表明，在场冷高度为30mm、工作高度为15mm的工作条件下，高温超导磁悬浮运输系统在本例轨道的弯道部分，向基准线弯道外侧偏移10mm，与向内侧偏移10mm相比，导向力增加了22.4％。
实施例三
图4a、4b、5a、5b示出，本发明的第三种具体实施方式为：一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，轨道在基准线L两侧对称分布有永磁体1和聚磁极2。轨道的弯道部分在基准线的外侧横向增加一列辅助永磁体1’。
本例中各列永磁体的磁化方向为：从内(左)侧起第一列右，第二列向上，第三列向左，第四列为弯道处增加的辅助永磁体1’，其方向向下。
图4a可见本例的直道部分的永磁体对称地分布在轨道的基准线L的两侧。图4b可见轨道直道部分的磁场分布对称地分布于基准线两侧。本例的直道部分与实施例一相比，直道部分在中间增加了一列，磁场方向向上的永磁体，这也是现有技术使用的一种平移对称式磁悬浮轨道。
本例中轨道弯道部分增加的1列辅助永磁体1’的上表面与轨道基准线两侧对称分布的永磁体1的上表面齐平。
从图5b可见，本例增加的辅助永磁体1’(第四列)，扩展了基准线L外侧的水平强磁场区域，使磁场对基准线L呈不对称分布，与内(左)侧相比，基准线L外(右)侧的磁场增强。
测试表明，在场冷高度为30mm、工作高度为15mm的工作条件下，高温超导磁悬浮运输系统在本例轨道的弯道部分，向基准线弯道外侧偏移10mm，与向内侧偏移10mm相比，导向力增加了10.1％。
实施例四
图4a、4b、6a、6b示出，本例与实施例三基本相同，所不同的仅仅是：在弯道处的轨道外侧增加的辅助永磁体由1列改为2列，新增的辅助永磁体1’(第五列)的磁化方向水平向右。(第四列的磁化方向与实施例三一样，也为垂直向下)。
从图6b还可看出，本例增加的辅助永磁体1’(第四列和第五列)，扩展了基准线L外侧的水平强磁场区域，使磁场对基准线L呈不对称分布，与内(左)侧相比，基准线L外(右)侧的磁场增强。并且在轨道上方形成了由三个磁力线凸峰构成的磁势阱，第二个磁力线凸峰的两侧为磁势垒，当高温超导磁悬浮车系统运行到弯道时，部分车载高温超导块材将处于该磁势阱(第二个磁力线凸峰处)中，除导向回复力之外，磁势阱的两侧会产生磁势垒作用，会限制磁悬浮运输系统体的偏移，从而有效地避免偏心、脱轨等危险现象的出现。
实验证明，在场冷高度为30mm、工作高度为15mm的工作条件下，高温超导磁悬浮运输系统在本例轨道的弯道部分，向基准线弯道外侧偏移10mm，与向内侧偏移10mm相比，弯道处在轨道工作基准线外侧的导向力比车体内侧增加了12.9％。
实施例五
本例与实施例三基本相同，所不同的仅仅是，在轨道弯道处的外侧增加的辅助永磁体1’为5列，增加的第四至八列辅助永磁体1’的磁化方向依次为：向下、向右、向上、向左和向下。
本发明在弯道外侧增加的辅助永磁体1’的磁化方向的排列方式为现有技术，即与现有的高温超导磁悬浮运输系统轨道直道部分的排列方式相同。
由于双轨式轨道和单轨式轨道的区别仅仅是，一个是双根轨道，一个是单根轨道，每根轨道的结构相同，因此本发明对双轨式轨道和单轨式轨道均适用。
Claims (2)
1、一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，轨道在基准线(L)两侧对称分布有永磁体(1)和聚磁极(2)，其特征在于：所述轨道的弯道部分在基准线(L)的外侧横向增加1-5列辅助永磁体(1’)。
2、根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮运输系统轨道，其特征在于：所述轨道弯道部分增加的1-5列辅助永磁体(1’)的上表面与轨道基准线(L)两侧对称分布的永磁体(1)的上表面齐平。
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