CN107776434A - 永磁导轨、超导磁悬浮系统以及单侧强磁场产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁导轨，其包括导轨槽以及排列在所述导轨槽内的永磁体，所述永磁体的数量N为大于或等于5的奇数，且各永磁体的磁化方向按照使所述永磁体上方的磁场强度最大，使所述永磁体下方磁场强度最小的方式进行排列，每一所述永磁体的宽度与高度的比例均为R，且0.5≤R≤2.5。其将永磁导轨的绝大多数磁力线聚集到永磁轨道上方，以获得更大磁场，使其更有利于悬浮。

Description

永磁导轨、超导磁悬浮系统以及单侧强磁场产生装置

技术领域

本发明涉及永磁导轨领域，特别涉及一种永磁导轨、超导磁悬浮系统以及单侧强磁场产生装置。

背景技术

申请号为03234867.3(“一种高温超导磁悬浮车用永磁轨道”)的专利申请中，其分别采用5块、7块、9块永磁体，各永磁体的磁化方向按照可以使轨道磁场上方最强，轨道下方磁场最小的原则排布，从而能以较少的永磁体可以在永磁轨道上方产生较强的磁场。但是其没有阐述永磁体组合设计时究竟是水平磁化的永磁体数量多达到的聚磁效果优，还是竖直方向磁化的永磁体数量多聚磁效果更优。

申请号为201521112650.1(“一种永磁导轨”)的专利申请中，轨道两侧为不导磁钢板，其间为紧密排列的钕铁硼永磁体组和钡锶铁氧体组，钕铁硼永磁体组设置在所述钡锶铁氧体组的上表面；钕铁硼永磁体组和钡锶铁氧体组由N块钡锶铁氧体永磁体组成，N为大于或等于5的自然数。但是其磁场强度提升能力一般，并且分层安装增加了永磁轨道安装难度。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种新的永磁导轨，其将永磁导轨的绝大多数磁力线聚集到永磁轨道上方，以获得更大磁场，使其更有利于悬浮。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，提供了一种永磁导轨，其包括导轨槽以及排列在所述导轨槽内的永磁体，所述永磁体的数量N为大于或等于5的奇数，且各永磁体的磁化方向按照使所述永磁体上方的磁场强度最大，使所述永磁体下方磁场强度最小的方式进行排列，其特征在于，每一所述永磁体的宽度与高度的比例均为R，且0.5≤R≤2.5。

优选的，所述R＝1。

优选的，每一所述永磁体的高度与宽度均为30-75mm。

优选的，第一个永磁体的磁化方向竖直向下/竖直向上/水平向左/水平向右，下一永磁体的磁化方向均较前一永磁体的磁化方向逆时针旋转90°。

优选的，所述永磁体的数量N使得第N个永磁体的磁化方向与第一个永磁体的磁化方向相同。

优选的，所述永磁体的数量N使得第N-2个永磁体的磁化方向与第一个永磁体的磁化方向相同。

优选的，所述各永磁体的磁化方向使所述永磁体正上方10-15mm处的磁场强分布较优。

另一方面，还提供一种超导磁悬浮系统，其包括上述永磁导轨。

以及还提供一种单侧强磁场产生装置，其包括上述永磁导轨。

本发明的永磁导轨将绝大多数磁力线聚集到永磁导轨上方，以获得更大磁场。永磁体横宽度和高度尺寸一致，在此引出多极轨道的概念，使用更多的磁体获得更大的表面磁场强度。并且使得永磁导轨的组成结构中，竖直方向磁化的永磁体数量较水平磁化的永磁体数量多，使其更有利于悬浮。

附图说明

图1是实施例一中永磁导轨结构示意图(永磁体起始磁化方向为竖直向上)的结构示意图；

图2是实施例一中永磁体的宽度和高度比R与磁场强度分布的关系图；

图3是实施例一中永磁导轨表面磁场分布示意图(永磁体起始磁化方向竖直向上)；

图4是实施例一中磁化方向为竖直方向的永磁体和磁化方向为水平方向的永磁体的磁场强度分布图；

图5是实施例三中永磁导轨结构示意图(永磁体起始磁化方向为水平向右)的结构示意图；

图6是实施例三中永磁导轨表面磁场分布示意图(永磁体起始磁化方向水平向右)。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例一：

如图1所示，本发明中的永磁导轨包括导轨槽1以及紧密排列在所述导轨槽1内的永磁体10，所述永磁体10的数量N为大于或等于5的奇数，且所述永磁体10的数量N还使得第N个永磁体的磁化方向(图1中箭头所述方向)与第一个永磁体的磁化方向相同，如所述永磁体10的数量N为5个、9个....，或，所述永磁体10的数量N使得第N-2个永磁体的磁化方向与第一个永磁体的磁化方向相同，如所述永磁体10的数量N为7个、11个....；且各永磁体10的磁化方向按照使所述永磁体上方的磁场强度最大，使所述永磁体下方磁场强度最小的方式进行排列。所述永磁体10的排列满足Halbach阵列要求。

具体的，第一个永磁体10的磁化方向竖直向上，从第一个永磁体10开始，下一永磁体10的磁化方向均较前一永磁体10的磁化方向逆时针旋转90°。

同时，如图2所述，每一所述永磁体10的宽度W与高度H的比例均为R。

如图3所示，R表示二维模型中单块的永磁体10的宽度和高度比，本实施例中，永磁体10高度统一为30-75mm(如优选为30mm)，宽度则从0增加至75mm，即比例一次从0增加至2.5。图3中选用的永磁体10均为N35。

所计算的磁场均是在各个比例下，处于永磁体10上表面正上方8-12mm处的(优选为10mm)磁场强度，在图3中可以看出，随着宽度与高度的比例R增加，永磁体10上方的磁场强度先增加后减小。当0.5≤R≤2.5时，永磁体10上表面正上方8-12mm处的(优选为10mm)磁场强度较大，为137.5-237.5mT之间，特别的，当所述R＝1时，磁场强度最大，为237.5mT。

因此，对每一所述永磁体10而言，其宽度和高度比例R优选0.5≤R≤2.5的范围，特别优选为R＝1，且在R＝1的基础上，每一所述永磁体的高度与宽度均为30-75mm(优选为30mm)，由此使得永磁导轨表面磁场强度更强。

此外，为避导轨槽1影响系统磁力线的分布情况，导轨槽1应使用不导磁材料制作，比如铝或者不锈钢制成。

更进一步的，本实施例中，所述竖直方向磁化的永磁体10的数量比水平方向磁化的永磁体10的数量多，如图4所示的永磁体阵列上方10mm处的磁场强度分布图中，在所述永磁体10的排列满足Halbach阵列要求的前提下，实线曲线代表初始磁化方向为竖直方向的永磁体10的磁场强度，虚线曲线代表初始磁化方向为水平方向的永磁体10的磁场强度。从中明显看出实线曲线磁场强度数值变化较大、较快，磁场梯度更优，且磁场最大值更大，即表明磁化方向为竖直方向的永磁体10数量较磁化方向为水平方向的永磁体10的数量多时，其更有利于悬浮。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处仅在于，第一个永磁体10的磁化方向竖直向下。其他结构设置以及所产生的磁场强度效果均与实施例一相同。

实施例三：

本实施例与实施例一、二的不同之处仅在于，如图5-6所示，第一个永磁体10的磁化方向水平向右，其他结构设置均与实施例二相同。

实施例四：

本实施例与实施例三的不同之处仅在于，第一个永磁体10的磁化方向水平向左，其他结构设置均与实施例三相同。

实施例五：

本实施例还提供一种超导磁悬浮系统，其包括上述永磁导轨。如，所述永磁导轨可用作超导磁悬浮系统的低成本高磁场聚磁型永磁轨道，为高温超导磁悬浮车提供强磁场。

实施例六：

由于上述永磁轨道的特征在于单边聚磁(永磁体上方磁场最强)，因此，此永磁导轨也适用于需要由永磁体提供单侧强磁场的应用场合。

需要说明的是，且上述实施例一至六中的技术特征可进行任意组合，组合而成的技术方案均属于本发明的保护范围。

综上所述，本发明中的永磁导轨各个永磁体宽度和高度比例合理，使用更多极对数的永磁轨道，且可通过更宽的轨道可以减弱由永磁轨道尺寸所带来的边缘效应，使永磁导轨表面磁场强度更强；使用磁体组合，利用轨道磁体与车载超导体组合排布方式，实现车体悬浮，提高系统载重，提高磁悬浮技术的竞争力；可以大大节约永磁轨道的成本，节约资源，并且导轨磁路简单，安装方便，容易实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种永磁导轨，其包括导轨槽以及排列在所述导轨槽内的永磁体，所述永磁体的数量N为大于或等于5的奇数，且各永磁体的磁化方向按照使所述永磁体上方的磁场强度最大，使所述永磁体下方磁场强度最小的方式进行排列，其特征在于，每一所述永磁体的宽度与高度的比例均为R，且0.5≤R≤2.5。

2.如权利要求1所述的永磁导轨，其特征在于，所述R＝1。

3.如权利要求1所述的永磁导轨，其特征在于，每一所述永磁体的高度与宽度均为30-75mm。

4.如权利要求1所述的永磁导轨，其特征在于，第一个永磁体的磁化方向竖直向下/竖直向上/水平向左/水平向右，下一永磁体的磁化方向均较前一永磁体的磁化方向逆时针旋转90°。

5.如权利要求4所述的永磁导轨，其特征在于，所述永磁体的数量N使得第N个永磁体的磁化方向与第一个永磁体的磁化方向相同。

6.如权利要求4所述的永磁导轨，其特征在于，所述永磁体的数量N使得第N-2个永磁体的磁化方向与第一个永磁体的磁化方向相同。

7.如权利要求1-6任一项所述的永磁导轨，其特征在于，所述各永磁体的磁化方向使得永磁体正上方10-15mm处的磁场分布较优。

8.一种超导磁悬浮系统，其特征在于，包括如权利要求7所述的永磁导轨。

9.一种单侧强磁场产生装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的永磁导轨。