CN112211047B - 新型超导磁悬浮系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型超导磁悬浮系统，其结构特征是：永磁轨道(1)主要由上下两侧的侧极板(4)和中间的双层主磁极板(3)及之间的永磁体(2)组成，主磁极板(3)为导磁性材料，主磁极板(3)的大平面沿水平方向设置，主磁极板(3)的上下两侧都设置永磁体(2)，主磁极板(3)两侧相邻的永磁体(2)的磁极方向相对于主磁极板的方向为同极相对设置，两个主磁极板(3)的端面对外磁极的极性相反，超导线圈(5)外部填充有液氮的低温容器，超导线圈(5)的上下平直段(12)与永磁轨道(1)的上下两个主磁极板(3)的端面平行设置或同心设置。本发明的超导悬浮力能大，可用于高温超导磁悬浮列车和真空管道磁悬浮飞行高铁系统，时速可达千公里以上。

Description

新型超导磁悬浮系统

技术领域

本发明涉及公路交通和轨道交通、风力发电、生产装备、科研教学等技术领域，具体涉及高温超导磁悬浮车辆的磁悬浮系统、微风发电、高速悬浮储能、科研教学演示用具、高速物流，尤其是用于节能公路交通和轨道交通以及真空管道超高速列车的磁悬浮系统。

背景技术

现有技术存在的主要问题有：EMS电磁悬浮系统和电磁导向系统需要复杂的主动控制系统，列车重量大，耗能高，结构复杂。超导电动悬浮列车采用低温超导系统悬浮存在明显的电磁辐射，需要辐射屏蔽设施，结构更复杂，同时在低速下需要橡胶轮子支撑，低温超导由于采用液氦维持极低的温度，制冷和维护成本更高。中低速磁浮列车结构简单，但悬浮能耗高，采用直线异步感应电机驱动效率低下。轮轨列车结构简单，应用历史长，但开放式轮轨结构随时有可能脱轨的安全隐患，另外车轮轴承在高速和重载下磨损严重，需要经常换修维护，使用寿命低，高速下黏着系数低，传动和降速困难，虽然一次性基建成本低，但后期运行维护成本很高，不适合超高速。

目前研发高速列车技术方案之一的是高温超导磁悬浮列车技术，高温超导悬浮采用低廉的液氮维持低温环境，容易实现，维护成本低，高温超导悬浮体主要钇钡铜氧等超导块材完成自动超导悬浮和超导自动导向。受高温超导块材的悬浮能力限制，轨道的磁场必须达到很强才能产生足够的悬浮能力，悬浮能力弱。

发明内容

长期以来人们一直在孜孜不倦地寻找着一种能够同时克服上述技术中存在的不足的新型轨道交通技术。本发明旨在应用现有的成熟技术的基础上提出一种新型结构的磁浮列车技术，公开一种结构简单、悬浮能力大的高温超导磁悬浮列车系统，用于中低速地铁和城市快速轨道交通系统和真空管道超高速列车及轨道系统，既安全又经济节能的高性价比的轨道交通系统，解决高温超导磁悬浮列车的工程化应用中的关键技术问题。也可以用于微风发电、高速悬浮储能、高速物流线、科研教学演示用具等场所。

本发明采用的技术手段如下：

一种永磁轨道1，其特征在于：主要由永磁体2、主磁极板3组成，主磁极板3为导磁性材料，主磁极板3大平面沿水平方向设置，主磁极板3的上下两侧都设置永磁体2，主磁极板3两侧相邻的永磁体2的磁极方向相对于主磁极板的方向为同极相对设置，下部的主磁极板3与上部的主磁极板3的对外磁极极性相反。

所述的永磁轨道1由上下两侧的侧极板4和之间的双层主磁极板3及之间的永磁体2组成，轨道的截面为矩形，沿直线或曲线延伸而成永磁轨道1。

所述的永磁轨道1由上下两侧的侧极板4和之间的双层主磁极板3及之间的永磁体2组成，轨道的截面为矩形，沿竖直轴线旋转而成的圆柱形永磁轨道。

所述的永磁轨道1的侧面设置侧极板4，侧极板4与多种形状的型钢连接成便于连接的永磁轨道1，型钢包括工字钢、T型钢、π型钢、角钢、、C型钢、方钢或矩形钢。

一种新型超导磁悬浮系统，其特征在于：永磁轨道1由上下两侧的侧极板4和中间的双层主磁极板3及之间的永磁体2组成，主磁极板3为导磁性材料，主磁极板3的大平面沿水平方向设置，主磁极板3的上下两侧都设置永磁体2，主磁极板3两侧相邻的永磁体2的磁极方向相对于主磁极板的方向为同极相对设置，两个主磁极板3的端面对外磁极的极性相反，整个轨道的截面为矩形，沿直线或曲线延伸而成的直线或曲线或圆柱形永磁轨道1，两个主磁极板3的端面平行或同心设置，主磁极板3的端面距离一定距离设置闭合的超导体环10或超导悬浮线圈5，超导体环10或超导悬浮线圈5的上下平直段12与上下两个主磁极板3的端面平行设置或同心设置，超导体环10的两个平直段12之间的距离与两个主磁极板3的距离基本相等。所述的超导体环10或超导悬浮线圈5的材料含有超导材料，外部设置低温容器并加以固定，填充入液氮和/或与低温制冷机相连。

整个轨道的截面为矩形，沿竖立的轴线回转而成的圆柱形永磁轨道1，即所述的侧极板4和中间的双层主磁极板3及之间的永磁体2都为圆柱形或圆台形，之间的永磁体2整体也为圆柱形或圆台形，相互同心设置。

所述的闭合超导悬浮线圈5为多层超导带材绕制的超导悬浮线圈5，超导悬浮线圈5的首尾连接成闭合环状的超导悬浮线圈5，超导悬浮线圈5为下列结构之一或其组合：

a.所述的超导悬浮线圈5为跑道形闭合环状的超导悬浮线圈5，超导悬浮线圈5的两个平直段12与两侧半圆环段18相切连接。

b、所述的超导悬浮线圈5为矩形闭合环状的超导悬浮线圈5，超导悬浮线圈5的两个水平直线段12与两侧的直线段通过圆弧与两侧的直线段相接。

c、所述的超导悬浮线圈5为哑铃形闭合环状的超导悬浮线圈5，哑铃形超导悬浮线圈5由圆弧段6、圆弧过渡段15、平直段12组成，位于两端的圆弧段6为圆弧形，与中间的平直段12通过圆弧过渡段15连接。

所述的闭合超导体环10含有超导材料，整体为闭合的环状，中部为空心13，中间为平直段12，该闭合环具有一定宽度并沿直线或曲线延伸而成一定厚度的环，超导体环10为下列结构之一或其组合：

a.所述的超导体环10的整体形状为矩形，即中间为两个平直段12，两端为竖直段14，两个平直段12与两端的竖直段14直接连接成闭合的环；

b.所述的超导体环10的整体形状为圆角矩形，即中间为两个平直段12，两端为竖直段14，两个平直段12与两端的竖直段14之间通过圆弧过渡段15连接成闭合的环；

c.所述的超导体环10的整体形状为跑道形，即中间为两个平直段12，两侧的半圆环段18与中间的平直段12相切，平直段12两端通过半圆环段18连接成闭合的环；

d.所述的超导体环10的整体形状为弯曲的跑道形，即中间为两个弧形平直段16，两侧的半圆环段18与中间的弧形平直段16连接成闭合的弧形环；

e.所述的超导体环10的整体形状为弯曲的矩形，即中间为两个弧形平直段16，两个弧形平直段16与两侧的竖直段14直接连接成闭合的弧形环；

f.所述的超导体环10的整体形状为弯曲的矩形，即中间为两个弧形平直段16，两个平直段与两侧的竖直段14之间通过圆弧过渡段15连接成闭合的弧形环；

g.多个弧形超导体环10沿圆周排布成直径更大的超导体环；

h.所述的超导体环10沿竖直方向设置多层；

i.所述的超导体环10沿水平方向排布多个超导体环10。

所述的永磁轨道1设置在路基或箱梁20的顶部或底部的轨道两侧，左右两条永磁轨道1由紧固件21平行固定设置在轨道的两端；轨道通过绝缘板或绝缘座或直接固定设置直线电机的牵引线圈28；所述牵引线圈28的安装方式包括下列方式之一或其组合：

a、所述牵引线圈28为无铁芯牵引线圈，通过绝缘座固定连接在轨道的中央或两侧；

b、所述牵引线圈28为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组，通过绝缘板或直接固定连接在所述永磁轨道1一侧或两侧；

c、所述牵引线圈28为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组，通过绝缘板或直接固定连接在轨道的中央或两侧。

所述的永磁轨道1设置在路基或箱梁20的顶部或底部的轨道两侧，左右两条永磁轨道1由紧固件21平行固定设置在轨道的两端；所述的超导体环10或超导悬浮线圈5及外部填充有液氮的低温容器固定连接在列车25上，超导体环10或超导悬浮线圈5的上下平直段12与永磁轨道1的上下两个主磁极板3的端面平行设置或同心设置，超导体环10的两个平直段12之间的距离与两个主磁极板3的距离基本相等；轨道通过绝缘板或绝缘座或直接固定设置直线电机的牵引线圈27，所述牵引线圈27的一侧或两侧设置牵引永磁体或牵引超导线圈28，牵引永磁体或牵引超导线圈28设置在列车25上并与轨道上的牵引线圈27保持一定间隙构成永磁直线电机。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、悬浮能力大。闭合超导线圈或超导体环竖直设置在水平的磁场内，超导线圈的水平段超强电流在水平的磁场中的洛伦兹力的方向恰好与竖直向上的悬浮力方向一致，会产生更强的悬浮力，显著提升车辆的悬浮能力。

2、线圈易于自励充磁悬浮。

超导带材进入超导状态后很容易在永磁轨道的水平磁场切割磁力线而感生出强大的感生电流，可以产生很强的超导电流，这使得超导悬浮很容易实现。

3、悬浮刚度大，稳定性强。

超导带材在水平磁场的上下浮动时，磁场变化率更大，更容易维持在一定的悬浮高度使得悬浮载重量即使变化很大，而悬浮高度并不会有明显的变化，使悬浮更加稳定。

4、节省超导材料。单位质量的超导材料产生的悬浮力更大，对于同样的车辆悬浮力要求，超导材料用量会更少，降低贵重材料的成本。

5、重量轻。由于单位悬浮力使用材料少，整车重量更轻巧，便于轻量化设计。

6、安全性高。导向线圈设置在轨道侧面，包绕在轨道外面，即使车辆超过极限悬浮位置也不易脱轨。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍。

图1是本发明的实施例一的对称超导体环及钕铁硼永磁轨道的立体结构示意图。

图2是本发明的钕铁硼永磁轨道的横向磁场内超导体环的侧悬浮原理示意图。

图3是本发明的圆角矩形超导体环的立体结构示意图。

图4是本发明的弧面圆角矩形超导体环的立体结构示意图。

图5是本发明的矩形超导体环的立体结构示意图。

图6是本发明的弧面矩形超导体环的立体结构示意图。

图7是本发明的跑道形超导体环的立体结构示意图。

图8是本发明的弧面跑道形超导体环的立体结构示意图。

图9是本发明的圆角矩形超导体环组合成阵列的立体结构示意图。

图10是本发明的实施例二的铁氧体永磁轨道及跑道形超导线圈的立体结构示意图。

图11是本发明的铁氧体永磁轨道的横向磁场内超导线圈的侧悬浮原理示意图。

图12是本发明的双边磁场的钕铁硼永磁轨道及超导磁悬浮列车的结构示意图。

图13是本发明的双边磁场的铁氧体永磁轨道及超导磁悬浮列车的结构示意图。

图14是本发明的圆台形铁氧体永磁轨道及超导磁悬浮装置的立体结构示意图。

图中：1-永磁轨道，2-永磁体，3-主磁极板，4-侧极板，5-超导悬浮线圈，6-超导悬浮线圈的圆弧段，7-超导悬浮线圈的平直段，8-超导接头，9-防护板，10-超导体环，12-平直段，13-超导体环的空心处，14-超导体环的竖直段，15-超导体环的圆弧过渡段，16-超导体环的弧形平直段，17-超导体环的直角段，18-超导体环的半圆环段，19-工字钢，20-路基，21-紧固件，22-保温容器，23-绝热保温层，24-液氮，25-列车，26-真空管道，27-牵引线圈，28-牵引超导线圈，29-牵引永磁体，31-基础立柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1和图2所示，永磁轨道1主要由永磁体2、主磁极板3和侧极板4组成。永磁体2为永久磁体材料，可以是钕铁硼强磁材料，也可以是铁氧体永磁体，形状为长方体，本实施例为钕铁硼强永磁体。主磁极板3和侧极板4为导磁性好的的纯铁板，主磁极板3为截面为矩形的平板，主磁极板3也可以采用硅钢板，以减小电涡流损耗。主磁极板3大平面沿水平方向设置，主磁极板3的上下两侧都设置永磁体2，永磁体2的磁极方向相对于主磁极板的方向为同极设置，上部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为N极指向主磁极板3，由主磁极板3从左右两侧汇集出更强的N极磁场，下部的主磁极板3与上部的主磁极板3的对外磁极极性相反，下部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为S极指向主磁极板3，下部的主磁极板3的侧面对外发散出更强的S极磁场。上部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，下部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，这样设置的永磁体2是四层，而中间的两层永磁体2由于磁极方向相同，可以为合并为一层永磁体，则永磁轨道整体由3层永磁体构成，相邻近的永磁体2的磁场方向相反，或者说是相邻较近的永磁体2为同极相对，由永磁体2之间的主磁极板3汇集成强磁场。左右两侧的主磁极的磁极方向沿竖直中线左右对称，同一块主磁极板的左右侧的对外磁极是相同的，即一个主磁极板的左右侧的对外磁极都是N极，则另一个主磁极板3的左右侧的对外磁极都是S极。图中上部主磁极板3的左右对外磁极都是N极，下部主磁极板3的左右对外磁极都是S极。

永磁轨道1的上下两侧设置侧极板4，保护两侧的永磁体2。永磁轨道1主要由两侧的侧极板4、中间的双层主磁极板3和之间的三层永磁体2组成，沿直线或曲线延伸而成永磁轨道1。底部的侧极板4可与多种形状的型钢连接成便于连接的永磁轨道1，型钢包括工字钢、T型钢、π型钢、角钢、C型钢、方钢或矩形钢。本实施例中与工字钢19连接，构成工字型永磁轨道。

本实施例中超导悬浮线圈5为超导体环10，超导体环10内部含有超导材料，整体为闭合的环状，中部为空心13，中间为平直段12，平直段12两端通过圆弧过渡段15或半圆环段18与竖直段14连接或直接与竖直段14连接成闭合的环，该闭合环具有一定宽度并沿直线或曲线延伸而成一定厚度的超导体环10。

超导体环10内部的材料为高温超导材料，如钇钡铜氧，铁基超导材料，可以是单晶体超导体，也可以是多晶体超导体。超导体环10外部可以设置绝缘材料。超导体环10的材料也可以为低温超导材料，如NbTi、NbSn、NbAl合金。超导体环10可以由超导材料加工而成。超导体环10的整体厚度可以是片状，也可以是较厚的环，一般为几毫米或几十毫米，以具有一定的支撑连接强度。

图1中的超导体环10是为有一定厚度的整体闭合的超导体环10，中心为空心13，整体形状为跑道形，由平直段12、半圆环段18、竖直段14组成。上下两段平直段12和左右两段半圆环段18连接成一个闭合的环形。

如图2所示，超导体环10设置在永磁轨道1的主磁极板3侧面，超导体环10的上下平直段12与主磁极板3的顶面平行设置并距离一定间隙。超导体环10的平直段12初始位于永磁轨道1的主磁极板3的偏上方，超导体环10向下移动时会切割主磁极板3处的磁场，上下平直段12同时切割磁力线，由于磁场方向相反，会分别产生感生电压，上下平直段12恰好构成串联叠加的回路，由于超导体环10的电阻极低，会感生出强烈的超导电流，此超导电流在磁场中产生的悬浮力的方向向上，与重力方向相反，越往下移动磁场越强，超导电流也越强，悬浮力越大，因此具有自动稳定悬浮的特性，同样道理向左右偏移时会产生回到平衡位置的回复力又具有自动导向的特性。左右两侧的超导体环10与永磁轨道1之间的自动悬浮和导向力，共同保证磁悬浮装置和车辆的稳定性。

前述的超导体环10外部设置低温容器并加以固定，填充入液氮，形成超导悬浮线圈冷却系统，使前述的超导体环10处于超导状态，维持强大的超导电流，超导体环10与永磁轨道1组成超导磁悬浮系统，每个超导体环10的平直段12与永磁轨道1主磁极保持一定距离的悬浮间隙。为表述的清楚方便，图1中省略了液氮冷却及保温系统。

以下列举几种超导体环10说明超导体环的具体结构：

如图3所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心13，整体形状为矩形，由平直段12、圆弧过渡段15、竖直段14组成。四个角处由圆弧过渡段15连接，上下两段平直段12和左右两段竖直段14由圆弧过渡段15连接成一个闭合的环形。

如图4所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心13，整体形状为弯曲的矩形，由弧形平直段16、圆弧过渡段15、竖直段14组成。四个角处由圆弧过渡段15连接，上下两段弧形平直段16和左右两段竖直段14由圆弧过渡段15连接成一个闭合的弧面环形。

如图5所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心13，整体形状为矩形，由平直段12、竖直段14组成。四个角处为直角17，上下两段平直段12和左右两段竖直段14直接连接成一个闭合的环形。

如图6所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心3，整体形状为弯曲的矩形，由弧形平直段16、竖直段14组成。四个角处为直角17，四个角处也可以是圆弧过渡段15，上下两段平直段12和左右两段竖直段14直接连接或由圆弧过渡段15连接成一个闭合的弧面环形。

如图7所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心13，整体形状为跑道形，由平直段12、半圆环段18、竖直段14组成。上下两段平直段12和左右两段半圆环段18连接成一个闭合的环形。

如图8所示，超导体环10为有一定厚度的整体闭合环，中心为空心13，整体形状为弯曲的跑道形，由上下弧形平直段16、左右半圆环段18组成。上下弧形平直段16由左右两段半圆环段18连接成一个闭合的弧面环形。

如图9所示前述的超导体环10沿水平和竖直方向阵列排布多个单层或多层超导体环10。

超导体环10的周围连接环氧树脂或胶粘剂，以便于与周围杜瓦瓶或支撑结构连接。

实施例二：

为了节约稀土资源，避免采用钕铁硼永磁体，本发明采用资源丰富的铁氧体永磁体制作永磁轨道的永磁材料。如图10和图11所示，路基20上部的永磁轨道1主要由永磁体2、主磁极板3和侧极板4组成。截面为矩形并沿直线或曲线延伸成直线或弯曲的永磁轨道1。永磁体2本实施例中为铁氧体永磁体，以节省宝贵的稀土材料。主磁极板3和侧极板4为导磁性好的的材料，如纯铁板，主磁极板3还可以采用硅钢板，以减小电涡流损耗。主磁极板3沿水平方向设置，主磁极板3的上下两侧都设置永磁体2，永磁体2的磁极方向为相对于主磁极板3的方向为同极相对的方向设置，上部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为S极朝向主磁极板3，由主磁极板3从左右两侧汇集出更强的S极磁场，下部的主磁极板3与上部的主磁极板3的对外磁极极性相反，下部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为N极指向主磁极板3，下部的主磁极板3的侧面对外发散出较强的N极磁场。永磁体2可以是四层，上部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，下部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，中间的两层永磁体2由于磁极方向相同，可以为合并为一层永磁体，则整体看由3层永磁体构成，相邻较近的永磁体2的方向相反，或者说是相邻较近的永磁体2为同极相对，由之间的主磁极板3汇集成强磁场向外发散。左右两侧的主磁极的磁场方向沿竖直中线对称，同一块主磁极板的左右侧的对外磁极是相同的，即一个主磁极板3的左右侧的对外磁极都是N极，则另一个主磁极板的左右侧的对外磁极都是S极。图中上部主磁极板3的左右对外磁极都是S极，下部主磁极板3的左右对外磁极都是N极。侧极板4设置在主磁极板3和永磁体2的两侧，保护永磁体2。

本实施例中超导体环10为超导带材绕制成的超导悬浮线圈5，由中间的两个平直段12和两端的半圆环段18组成。超导悬浮线圈5两端的半圆环段18为半圆形，与中间的平直段12相切连接，整体看似跑道形。超导悬浮线圈5的两端首尾通过超导搭接头8连接成一个完整的跑道形闭合线圈。

如图11所示，超导悬浮线圈5设置在永磁轨道1的主磁极板3的侧面，超导悬浮线圈5的上下平直段12与主磁极板3的顶面平行设置并距离一定间隙。超导悬浮线圈5的平直段12初始位于永磁轨道1的主磁极板3的偏上方，超导悬浮线圈5向下移动时会切割主磁极板3处的磁场，上下平直段12同时切割磁力线，由于上下平直段12处的磁场方向相反，会分别产生感生电压，上下平直段12恰好构成串联叠加的回路，由于超导线圈的电阻极低，会感生出强烈的超导电流，此超导电流在磁场中产生的悬浮力的方向向上，与重力方向相反，越往下移动磁场越强，超导电流也越强，悬浮力越大，因此具有自动稳定悬浮的特性，同样道理向左右偏移时会产生回到中心平衡位置的回复力又具有自动导向的特性。左右两侧的超导悬浮线圈5与永磁轨道1之间的自动悬浮和自动导向力，共同保证磁悬浮车辆或装置的稳定性。

前述的超导悬浮线圈5外部设置低温容器并加以固定，填充入液氮，形成超导悬浮线圈冷却系统，使前述的超导悬浮线圈5处于低温超导环境，维持强大的超导电流，超导悬浮线圈5与永磁轨道1组成超导磁悬浮系统，每个超导悬浮线圈5的平直段12与永磁轨道1主磁极板3顶面保持一定距离的悬浮间隙。为表述得清楚方便，图10和图11中省略了液氮冷却及保温系统。

在主磁极板的间距较近时，受超导带材弯曲半径的限制，前述的跑道形超导悬浮线圈5的形状也可以是哑铃形。哑铃形超导悬浮线圈5由超导带材绕制而成，由圆环段6、圆弧过渡段15、平直段12组成。位于两端的圆环段2为圆弧形，与中间的平直段12通过圆弧过渡段15连接，整体形状类似哑铃形。整根的超导带材的首尾两端通过超导搭接头6连接成一根闭合的超导体环10。

超导悬浮线圈5的两个端线，或者与其相连接的搭接头8的两端连接导线并连接电源和控制电路，可以方便地对超导悬浮线圈5进行励磁和自动与电源断开隔离，让超导悬浮线圈5在低温环境下保持长期的稳定的超导电流。

前述的超导体环10外部设置低温容器22和保温层23并加以固定，填充入液氮24，形成低温冷却系统，使前述的超导体环10处于超导状态，维持强大的超导电流，超导体环10与永磁轨道1组成超导磁悬浮系统。

现结合附图进一步说明永磁轨道1和超导体环10在轨道交通中的典型应用。

如图12所示，为本发明的一种永磁悬浮轨道及高温超导磁悬浮列车系统。

在基础立柱31上铺设箱梁或路基20，路基20上部水平铺设前述的工字型永磁轨道1，工字型永磁轨道1由紧固件21连接在路基20的轨枕上。左右两套超导体环10和低温容器22分别固定连接在磁悬浮列车25的底部两侧，每个工字型永磁轨道1的两侧对称设置两套超导体环10，与两条永磁轨道1之间构成4列超导磁悬浮系统，托起磁悬浮列车25悬浮在两条永磁轨道1之间，让列车完全悬浮。列车25底部设置牵引永磁体29，轨道中央竖直设置牵引线圈27，共同构成永磁直线牵引电机，在牵引电机的牵引下让磁悬浮列车25在轨道上悬空行驶，低速和高速下都能完全悬浮节能行驶。

如图13所示，在基础立柱31上铺设箱梁或路基20，路基20的两侧上部水平铺设前述的双边磁场的永磁轨道1，左右两套超导体环10或超导悬浮线圈5和低温容器22分别固定连接在磁悬浮列车25的底部两侧，托起磁悬浮列车25悬浮在两条永磁轨道1之间，让列车完全悬浮。列车25底部设置多个牵引超导体环10或牵引超导线圈28，轨道中央水平设置牵引线圈27，构成超导直线电机，在牵引电机的牵引下让磁悬浮列车25在轨道上悬空行驶，低速和高速下都能完全悬浮节能行驶。时速可快可慢，轨道外部设置真空管道26，管道内抽真空，可大幅度减少空气阻力，最高时速可达上千公里。

如图14所示，在路基20上部水平铺设圆柱形永磁轨道1，圆柱形永磁轨道1主要由永磁体2、主磁极板3和侧极板4组成。永磁体2本实施例中为铁氧体永磁体。主磁极板3和侧极板4为导磁性好的的材料，主磁极板3沿水平方向设置形状为圆盘形，主磁极板3的上下两侧都设置永磁体2，永磁体2由多个永磁体组成形状为圆盘形，面积与主磁极板3面积相等，永磁体2的磁极方向为相对于主磁极板3的方向为同极相对的方向设置，上部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为S极朝向主磁极板3，由主磁极板3从周围汇集出更强的S极磁场，下部的主磁极板3与上部的主磁极板3的对外磁极极性相反，下部的主磁极板3上下两侧的永磁体2的磁极方向为N极指向主磁极板3，下部的主磁极板3从周围对外发散出较强的N极磁场。永磁体2可以是四层，上部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，下部的主磁极板3的上下两侧都设置同极相对的永磁体2，中间的两层永磁体2由于磁极方向相同，可以为合并为一层永磁体，则整体看由3层永磁体构成，相邻较近的永磁体2的方向相反，或者说是相邻较近的永磁体2为同极相对，由之间的主磁极板3汇集成强磁场向外发散。周围的主磁极板3的磁场方向沿竖直中轴线对称，同一块主磁极板的周围对外磁极是相同的，即一个主磁极板3的周围对外磁极都是N极，则另一个主磁极板的周围的对外磁极都是S极。

多个带有圆弧曲面的超导体环10设置在圆柱形永磁轨道1的主磁极板3的侧面，超导体环10优选为带有圆弧曲面的超导体环10并与主磁极板3的侧面圆弧同心。超导体环10的上下水平设置的弧形平直段16与主磁极板3的顶面平行设置并距离一定间隙。超导体环10的弧形平直段16初始位于永磁轨道1的主磁极板3的偏上方，超导体环10向下移动时会切割主磁极板3处的磁场，上下弧形平直段16同时切割磁力线，由于上下弧形平直段16处的磁场方向相反，会分别产生感生电压，上下弧形平直段16恰好构成串联叠加的回路，由于超导线圈的电阻极低，会感生出强烈的超导电流，此超导电流在磁场中产生的悬浮力的方向向上，与重力方向相反，越往下移动磁场越强，超导电流也越强，悬浮力越大，因此具有自动稳定悬浮的特性，同样道理向左右偏移时会产生回到中心平衡位置的回复力又具有自动导向的特性。圆柱形永磁轨道1周围的多个超导体环10与永磁轨道1之间的自动悬浮和自动导向力，共同保证磁悬浮车辆或磁悬浮装置的稳定性。

前述的超导体环10外部设置低温容器并加以固定，填充入液氮，形成超导悬浮线圈冷却系统，使前述的超导体环10处于低温超导环境，维持强大的超导电流，超导体环10与圆柱形永磁轨道1组成超导磁悬浮系统，每个超导体环10的弧形平直段16与圆柱形永磁轨道1主磁极板3顶面保持一定距离的悬浮间隙。为表述得清楚方便，图14中省略了液氮冷却及保温系统。

前述的超导体环10还可以是超导材料采用其他结构和不同工艺生产制造的闭合环。

前述的主磁极板3可以是2层以上，永磁体2为3层以上，成为3个或多个主磁极的永磁轨道。

前述的永磁轨道1的永磁体2不单单限制指铁氧体永磁体，在某些应用环境下也包括合金永磁体，例如稀土永磁体、钐钴永磁体、铝镍钴永磁体、铜镍铁永磁体、铁钴钼永磁体、铁钴钒永磁体、锰铋永磁体，也包括新型低成本或高性能永磁体。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种新型超导磁悬浮系统，其特征在于：永磁轨道(1)由上下两侧的侧极板(4)和中间的双层主磁极板(3)及之间的永磁体(2)组成，主磁极板(3)为导磁性材料，主磁极板(3)的大平面沿水平方向设置，主磁极板(3)的上下两侧都设置永磁体(2)，主磁极板(3)两侧相邻的永磁体(2)的磁极方向相对于主磁极板的方向为同极相对设置，两个主磁极板(3)的端面对外磁极的极性相反，整个轨道的截面为矩形，沿直线或曲线延伸而成的直线或曲线或圆柱形永磁轨道(1)，两个主磁极板(3)的端面平行或同心设置，主磁极板(3)的端面距离一定距离设置闭合的超导体环(10)或超导悬浮线圈(5)，超导体环(10)或超导悬浮线圈(5)的上下平直段(12)与上下两个主磁极板(3)的端面平行设置或同心设置，并距离一定间隙，超导体环(10)的两个平直段(12)之间的距离与两个主磁极板(3)的距离基本相等，所述的超导体环(10)或超导悬浮线圈(5)的材料含有超导材料，外部设置低温容器并加以固定，填充入液氮或液氦和/或与低温制冷机相连；

闭合的所述超导悬浮线圈(5)为多层超导带材绕制的超导悬浮线圈(5)，超导悬浮线圈(5)的首尾连接成闭合环状的超导悬浮线圈(5)，超导悬浮线圈(5)为下列结构之一或其组合：

a.所述的超导悬浮线圈(5)为跑道形闭合环状的超导悬浮线圈(5)，超导悬浮线圈(5)的两个平直段(12)与两侧半圆环段(18)相切连接；

b、所述的超导悬浮线圈(5)为矩形闭合环状的超导悬浮线圈(5)，超导悬浮线圈(5)的两个平直段(12)与两侧的直线段通过圆弧与两侧的直线段相接；

c、所述的超导悬浮线圈(5)为哑铃形闭合环状的超导悬浮线圈(5)，哑铃形超导悬浮线圈(5)由圆弧段(6)、圆弧过渡段(15)、平直段(12)组成，位于两端的圆弧段(6)为圆弧形，与中间的平直段(12)通过圆弧过渡段(15)连接；

闭合的所述超导体环(10)含有超导材料，整体为闭合的环状，中部为空心(13)，中间为平直段(12)，该闭合环具有一定宽度并沿直线或曲线延伸而成一定厚度的环，超导体环(10)为下列结构之一或其组合：

a.所述的超导体环(10)的整体形状为矩形，即中间为两个平直段(12)，两端为竖直段(14)，两个平直段(12)与两端的竖直段(14)直接连接成闭合的环；

b.所述的超导体环(10)的整体形状为圆角矩形，即中间为两个平直段(12)，两端为竖直段(14)，两个平直段(12)与两端的竖直段(14)之间通过圆弧过渡段(15)连接成闭合的环；

c.所述的超导体环(10)的整体形状为跑道形，即中间为两个平直段(12)，两侧的半圆环段(18)与中间的平直段(12)相切，平直段(12)两端通过半圆环段(18)连接成闭合的环；

d.所述的超导体环(10)的整体形状为弯曲的跑道形，即中间为两个弧形平直段(16)，两侧的半圆环段(18)与中间的弧形平直段(16)连接成闭合的弧形环；

e.所述的超导体环(10)的整体形状为弯曲的矩形，即中间为两个弧形平直段(16)，两个弧形平直段(16)与两侧的竖直段(14)直接连接成闭合的弧形环；

f.所述的超导体环(10)的整体形状为弯曲的矩形，即中间为两个弧形平直段(16)，两个平直段与两侧的竖直段(14)之间通过圆弧过渡段(15)连接成闭合的弧形环；

g.多个弧形超导体环(10)沿圆周排布成直径更大的超导体环；

h.所述的超导体环(10)沿竖直方向设置多层；

i.所述的超导体环(10)沿水平方向排布多个超导体环(10)。

2.根据权利要求1所述的新型超导磁悬浮系统，其特征在于：所述的永磁轨道(1)的上下两侧设置侧极板(4)，侧极板(4)与多种形状的型钢连接成便于连接的永磁轨道(1)，型钢包括工字钢、T型钢、π型钢、角钢、C型钢、方钢或矩形钢。

3.根据权利要求1所述的新型超导磁悬浮系统，其特征在于：整个轨道的截面为矩形，沿竖立的轴线回转而成的圆柱形永磁轨道1，即所述的侧极板(4)和中间的双层主磁极板(3)及之间的永磁体(2)都为圆柱形或圆台形，之间的永磁体(2)整体也为圆柱形或圆台形，相互同心设置。

4.根据权利要求1所述的新型超导磁悬浮系统，其特征在于：所述的永磁轨道(1)设置在路基(20)或箱梁的顶部或底部的轨道两侧，左右两条永磁轨道(1)由紧固件(21)平行固定设置在轨道的两端；轨道通过绝缘板或绝缘座或直接固定设置直线电机的牵引线圈(27)；所述牵引线圈(27)的安装方式包括下列方式之一或其组合：

a、所述牵引线圈(27)为无铁芯牵引线圈，通过绝缘座固定连接在轨道的中央或两侧；

b、所述牵引线圈(27)为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组，通过绝缘板或直接固定连接在所述永磁轨道(1)一侧或两侧；

c、所述牵引线圈(27)为嵌入导磁铁芯的直线电机线圈绕组，通过绝缘板或直接固定连接在轨道的中央或两侧。

5.根据权利要求1或4所述的新型超导磁悬浮系统，其特征在于：所述的永磁轨道(1)设置在路基(20)或箱梁的顶部或底部的轨道两侧，左右两条永磁轨道(1)由紧固件(21)平行固定设置在轨道的两端；所述的超导体环(10)或超导悬浮线圈(5)及外部填充有液氮或液氦的低温容器固定连接在列车(25)上，超导体环(10)或超导悬浮线圈(5)的上下平直段(12)与永磁轨道(1)的上下两个主磁极板(3)的端面平行设置或同心设置，两个超导体环(10)的两个平直段(12)之间的距离与两个主磁极板(3)的距离基本相等；轨道通过绝缘板或绝缘座或直接固定设置直线电机的牵引线圈(27)，所述牵引线圈(27)的一侧或两侧设置牵引永磁体或牵引超导线圈(28)，牵引永磁体或牵引超导线圈(28)设置在列车(25)上并与轨道上的牵引线圈(27)保持一定间隙构成永磁直线电机。

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