CN113357959A - 一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道 - Google Patents

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史景文
蔡飞南
何志杰
程翠华
赵勇
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Abstract

本发明公开了一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，在高速电磁发射与混合高温超导磁浮技术的运载系统的过渡中，永磁轨道开断处沿运行线路设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，以减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道时带来的磁通突变与通过阻力，避免悬浮杜瓦的损坏，从而实现系统可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。

Description

一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道
技术领域
本发明属于高速磁浮发射及运载技术应用领域，特别涉及一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道。
背景技术
高温超导磁悬浮系统通过悬浮杜瓦与永磁轨道间的相互作用力，实现系统在静止、低速、高速、超高速状态下的自稳定悬浮与导向。这种磁悬浮技术在高速交通领域、超高速发射等领域具有广阔的应用前景。在高速磁浮运载系统中，高温超导磁悬浮系统通常应用在低速起步及减速悬停阶段，高速运行阶段则采用其它高速磁浮系统，以缩减永磁轨道全线铺设带来的高昂成本及低速起步带来的高能耗。这种高速磁浮运载系统在高、低速线路切换中存在永磁轨道开断的问题。当悬浮杜瓦通过永磁轨道开断处时，将带来磁通突变和通过阻力，严重时损坏悬浮杜瓦，降低系统可靠性。
同样，基于高温超导磁浮技术的高速发射系统，现有技术将悬浮杜瓦与发射体分开，悬浮杜瓦设置在发射平台底部，发射体象设置在发射平台上，通过发射轨道加速后，发射体脱离发射平台弹出，悬浮杜瓦与发射平台通过减速轨道减速制动。然而，当发射速度较高时，需要更长的减速轨道提供缓冲或短距离紧急制动，给发射仰角设置与系统安全带来难度与隐患。在发射过程中，去掉发射平台，将悬浮杜瓦设置在发射体底部，将悬浮杜瓦与发射体一起进行弹射，从而不用设置减速轨道与发射平台。然而，当悬浮杜瓦脱离永磁轨道时，永磁轨道开断带来的磁通突变和通过阻力会影响发射的平稳性与可靠性。
发明内容
为了减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道时带来的磁通突变与通过阻力，本发明提供一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，目的在于提高系统通过的平稳性，避免悬浮杜瓦的损坏，从而实现系统可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，在高速电磁发射与混合高温超导磁浮技术的运载系统的过渡中，永磁轨道开断处沿运行线路设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，以减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道时带来的磁通突变与通过阻力。
进一步的，所述永磁轨道开断处两侧的永磁材料沿线路方向同步增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
进一步的，所述永磁轨道开断处内侧的永磁材料沿线路方向增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
进一步的，所述永磁轨道开断处外侧的永磁材料沿线路方向增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
进一步的，所述永磁轨道开断处上下表面的永磁材料沿线路方向同步增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
进一步的，所述永磁轨道开断处下表面的永磁材料沿线路方向增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
进一步的，所述永磁轨道开断处上表面的永磁材料沿线路方向增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
进一步的，所述永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向和宽度方向上同步增加或缩减；或者永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向增加，且永磁轨道开断处永磁材料在宽度方向缩减；或者永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向缩减，且永磁轨道开断处永磁材料在宽度方向增加。
进一步的，所述永磁轨道沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，其边界轮廓可以是任意具有过渡、缓冲磁通突变效果的直线、曲线或其组合的多线。
进一步的，所述永磁轨道沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，采用标准长方形永磁体单元、非标永磁体单元或曲面永磁体单元进行组装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道带来的磁通突变、通过阻力及其它方向上的电磁力突变，提高通过的平稳性，避免悬浮杜瓦的损坏，从而实现系统间可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为永磁轨道两侧收缩过渡线路示意图；
图2为永磁轨道内侧收缩过渡线路示意图；
图3为永磁轨道外侧收缩过渡线路示意图；
图4为永磁轨道上下表面收缩过渡线路示意图；
图5为永磁轨道下表面收缩过渡线路示意图；
图6为永磁轨道上表面收缩过渡线路示意图；
图7为基于曲线边界轮廓的收缩过渡线路示意图；
图8为基于标准长方形永磁体单元的内侧收缩过渡线路示意图；
图9为基于标准长方形永磁体单元的两侧收缩过渡线路示意图；
图10为基于不规则永磁体单元的内侧收缩过渡线路示意图。
具体实施方式
如下式(1)、(2)、(3)所示的高温超导磁悬浮系统基本原理公式，高温超导材料中的感应电流
Figure BDA0003169281090000031
由外磁场
Figure BDA0003169281090000032
的变化率及其非线性电阻率ρ决定，电阻率ρ的非线性通常采用幂指数模型与KIM模型进行描述。进一步，永磁轨道与悬浮杜瓦间的电磁作用力
Figure BDA0003169281090000033
可以通过计算感应电流
Figure BDA0003169281090000034
与外磁场
Figure BDA0003169281090000035
的矢量积进行理论解析，电磁作用力
Figure BDA0003169281090000036
沿法向产生悬浮力、横向产生导向力、运行方向产生阻力。当高温超导材料与悬浮杜瓦固定时，改变永磁轨道的结构尺寸及其与悬浮杜瓦的相对空间位置关系可以控制外磁场
Figure BDA0003169281090000037
与感应电流
Figure BDA0003169281090000038
的大小，从而对电磁力
Figure BDA0003169281090000039
进行调控。
Figure BDA00031692810900000310
Figure BDA00031692810900000311
Figure BDA00031692810900000312
基于上述理论，在永磁轨道开断处，沿线路方向设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，从而使感应电流与外磁场沿运行线路方向具有逐渐增强或减弱的过渡效果。
实施例1：
如图1所示的永磁轨道两侧收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处两侧的永磁材料沿线路方向同步缩减，永磁轨道的宽度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然；
实施例2：
如图2所示的永磁轨道内侧收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处内侧的永磁材料沿线路方向缩减，永磁轨道的宽度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力，同步，悬浮杜瓦1通过过渡线路时会受到向内的导向力F，从而具有较高的发射、过渡导向稳定性；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然；
实施例3：
如图3所示的永磁轨道外侧收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处外侧的永磁材料沿线路方向缩减，永磁轨道的宽度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然；
实施例4：
如图4所示的永磁轨道上下表面收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处上表面与下表面的永磁材料沿线路方向同步缩减，永磁轨道的厚度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然；
实施例5：
如图5所示的永磁轨道下表面收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处下表面的永磁材料沿线路方向缩减，永磁轨道的厚度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然；
实施例6：
如图6所示的永磁轨道上表面收缩过渡线路示意图，当悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2时，使永磁轨道2开断处上表面的永磁材料沿线路方向缩减，永磁轨道的厚度逐渐变小，可以减弱悬浮杜瓦1脱离永磁轨道2带来的磁通突变与通过阻力；当悬浮杜瓦1进入永磁轨道2时，反之亦然。
实施例7：
所述的在永磁轨道开断处，沿线路方向设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，可以是基于实施例2、3、4、5、6、7所述位形结构的任意二种及以上的组合结构；
如图7所示的基于曲线边界轮廓的收缩过渡线路示意图，所述的在永磁轨道2开断处，沿线路方向设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，其边界轮廓可以是任意具有过渡、缓冲磁通突变效果的直线、曲线或其组合的多线。
在实际工程中，永磁轨道主要由标准长方形永磁体单元3组装构成，如图8、图9、图10所示的永磁轨道线路示意图，除了常规线路区域及过渡线路水平边界轮廓附近的永磁体单元可以采用标准长方形永磁体单元3外，可以根据过渡边界的平顺度要求选择采用标准长方形永磁体单元3、不规则永磁体单元4或曲面永磁体单元等进行组装。
可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在永磁轨道开断处，沿线路方向设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，可以减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道带来的磁通突变、通过阻力及其它方向上的电磁力突变，提高通过的平稳性，避免悬浮杜瓦的损坏，从而实现系统间可靠、平稳、安全地发射与过渡切换。
上面结合附图对本发明的实施加以描述，但是本发明不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明，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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：在高速电磁发射与混合高温超导磁浮技术的运载系统的过渡中，永磁轨道开断处沿运行线路设置具有展缩过渡、缓冲效果的外边界结构位形，以减弱悬浮杜瓦进入或脱离永磁轨道时带来的磁通突变与通过阻力。
2.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处两侧的永磁材料沿线路方向同步增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
3.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处内侧的永磁材料沿线路方向增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
4.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处外侧的永磁材料沿线路方向增加或减少，永磁轨道的宽度逐渐变宽或变窄。
5.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处上下表面的永磁材料沿线路方向同步增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
6.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处下表面的永磁材料沿线路方向增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
7.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处上表面的永磁材料沿线路方向增加或缩减，永磁轨道的厚度逐渐变厚或变薄。
8.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向和宽度方向上同步增加或缩减；或者永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向增加，且永磁轨道开断处永磁材料在宽度方向缩减；或者永磁轨道开断处永磁材料在厚度方向缩减，且永磁轨道开断处永磁材料在宽度方向增加。
9.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，其边界轮廓可以是任意具有过渡、缓冲磁通突变效果的直线、曲线或其组合的多线。
10.根据权利要求1所述的一种高温超导磁悬浮发射与过渡永磁轨道，其特征在于：所述永磁轨道沿线路设置具有过渡、缓冲磁通突变的位形结构，采用标准长方形永磁体单元、非标永磁体单元或曲面永磁体单元进行组装。
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