CN201877050U - 一种高温超导磁悬浮实验教具 - Google Patents

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郑明辉
焦玉磊
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Abstract

本实用新型公开了属于高温超导教学及展览用品技术领域，特别涉及一种高温超导磁悬浮实验教具。该实验教具由直线型轨道和超导块材组成，所述直线型轨道由轨道基座和永磁轨道组成，所述永磁轨道嵌入并固定在所述轨道基座上。所述永磁轨道由铁板和吸附其上的永久磁铁构成。沿所述直线型轨道轨道宽度方向，所述永久磁铁极性呈S-N-S交替排列，两端采用相反极性磁体作为束缚。所述永磁轨道的高度小于所述轨道基座的高度。本实验教具具有安全、小巧、易携带、演示效果突出、展示原理丰富、使用方便、使用寿命长等优点。

Description

一种高温超导磁悬浮实验教具
技术领域
本实用新型属于高温超导教学及展览用品技术领域，特别涉及一种高温超导磁悬浮实验教具。
背景技术
随着高温超导材料研究的不断进展，超导材料的应用前景也越来越受到人们的重视和期待。为直观展示和普及有关超导材料特性的物理知识，大量的超导展品受到了科技展馆和大中院校的青睐，尤其是高温超导磁悬浮实验模型。模型中通常采用的方法是采用超导磁浮车的方式。该方式的优点是生动直观，对观众及学生的冲击感很强，其不足之处在于该展品一般只能展示超导材料的正悬浮特性，而不易展示倒悬浮特性，且展品体积一般比较大，不易携带而且展品外部结霜现象十分严重，影响展品的演示效果。为了解决这一问题，本专利设计了一种小巧的教具展品既能拥有磁浮车模型的展示效果，又能展示超导材料的全面磁悬浮特性，而且展品的尺寸极为小巧，易于作为课堂教具或流动科普展品。
实用新型内容
本实用新型提供一种高温超导磁悬浮实验教具，该实验教具由直线型轨道和超导块材组成，所述直线型轨道由轨道基座和永磁轨道组成，所述永磁轨道嵌入并固定在所述轨道基座上。
所述永磁轨道由铁板和吸附其上的永久磁铁构成。所述永久磁铁优选钕铁硼(NdFeB)永久磁铁材料。
沿所述直线型轨道轨道宽度方向，所述永久磁铁极性呈S-N-S交替排列，两端采用相反极性磁体作为束缚。
所述永磁轨道的高度小于所述轨道基座的高度。
所述轨道基座采用非铁磁性材料，优选铝合金材料或其它密度较小又具有一定强度的非铁磁性材料。
所述超导块材优选采用钇钡铜氧超导材料。
所述超导块材外部可套有保温材料。保温材料优选聚苯乙烯材质。
当钇钡铜氧超导材料被冷却到液氮温度(-196℃)时，就从正常态转变为超导态。安装在超导磁悬浮车体内的超导材料处于一个沿垂直方向变化的磁场中，从而在超导体内感应出屏蔽电流。超导体的零电阻效应使屏蔽电流不衰减。由屏蔽电流产生的磁场与轨道磁场相互排斥，当排斥力大于重力时，超导材料就可以悬浮在空中。在冷却过程中，由于超导体的磁通钉扎效应，超导体得以稳定地悬浮在永磁轨道上方或倒吊于永磁轨道的下方。
当悬浮着的超导体运动时，沿轨道长度方向(即运动方向)几乎没有磁场变化，因此超导体受到的磁阻尼力很小，而沿轨道横向磁场梯度大，超导体受到的磁阻尼力很大，所以超导体可以被约束在轨道上运动。由于超导体和轨道之间没有直接的接触摩擦，只要沿轨道延伸方向给超导体一个很小的推动力，超导体就将沿轨道方向运动。如果轨道磁场非常均匀(没有磁阻尼的理想状态)，且超导体在封闭的真空状态下运动，运动速度将不会衰减。
为在演示的过程中尽可能延长演示时间及保护超导材料，可加装聚苯乙烯的保护套，该保护套可以对超导材料提供保温及保护，并可以通过线绳将超导材料及保护套整体固定于磁体轨道之上，这样不但可以保证演示效果，又可以防止超导材料滑落导致超导块材损坏。
本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的实验教具具有安全、小巧、易携带、演示效果突出、展示原理丰富、使用方便、使用寿命长等优点。
附图说明
图1是本实用新型直线型轨道示意图；
图2是本实用新型直线型轨道透视图示意图；
图3是本实用新型超导块材示意图；
图4是本实用新型外部套有保温材料的超导块材示意图；
图中标号：1-轨道基座；2-永磁轨道；3-超导块材；4-保温材料；h1-永磁轨道的高度；h2-轨道基座的高度。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
一种高温超导磁悬浮实验教具，如图1所示，该实验教具由直线型轨道和超导块材3组成，所述直线型轨道由轨道基座1和永磁轨道2组成，所述永磁轨道2嵌入并固定在所述轨道基座1上。永磁轨道2嵌入轨道基座1并加以固定，由于永磁体是嵌入铝合金基座之中，这样就避免了永磁体的损坏与丢失，延长了展品的整体使用寿命。
所述永磁轨道2由铁板和吸附其上的永久磁铁构成。所述永久磁铁为钕铁硼(NdFeB)永久磁铁材料。
如图2所示，沿所述直线型轨道轨道宽度方向，所述永久磁铁极性呈S-N-S交替排列，两端采用相反极性磁体作为束缚。避免在演示过程中超导材料冲出轨道。
所述永磁轨道2的高度小于所述轨道基座1的高度。如图2所示，永磁轨道的高度h1的高度小于轨道基座的h2的高度。
所述轨道基座1采用密度较小又具有一定强度的非铁磁性材料，不但可以减轻装置的总体重量又可以对永磁轨道提供保护，所述非铁磁性材料选用铝合金材料。
所述超导块材3采用钇钡铜氧超导材料。选用合适尺寸的超导材料，本例中选用的是25mm直径的圆形超导块材，超导块材尺寸范围一般可在10mm至30mm之间选择，超导块材形状为圆柱形或方形。
所述超导块材3外部套有保温材料4。保温材料4为聚苯乙烯材质。

Claims (10)

1.一种高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：该实验教具由直线型轨道和超导块材(3)组成，所述直线型轨道由轨道基座(1)和永磁轨道(2)组成，所述永磁轨道(2)嵌入并固定在所述轨道基座(1)上。
2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述永磁轨道(2)由铁板和吸附其上的永久磁铁构成。
3.根据权利要求2所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：沿所述直线型轨道轨道宽度方向，所述永久磁铁极性呈S-N-S交替排列，两端采用相反极性磁体作为束缚。
4.根据权利要求2所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述永久磁铁采用钕铁硼(NdFeB)永久磁铁材料。
5.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述永磁轨道(2)的高度小于所述轨道基座(1)的高度。
6.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述轨道基座(1)采用非铁磁性材料。
7.根据权利要求6所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述非铁磁性材料采用铝合金材料。
8.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述超导块材(3)采用钇钡铜氧超导材料，形状为圆柱形或方形。
9.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述超导块材(3)外部套有保温材料(4)。
10.根据权利要求9所述的高温超导磁悬浮实验教具，其特征在于：所述保温材料(4)为聚苯乙烯材质。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103440801A (zh) * 2013-08-09 2013-12-11 北京英纳超导技术有限公司 一种可演示超导磁悬浮现象以及测试磁悬浮力的实验仪器
CN105551352A (zh) * 2016-02-21 2016-05-04 上海大学 一种高显示度超导磁通量子锁演示实验装置
CN105810057A (zh) * 2014-12-30 2016-07-27 北京有色金属研究总院 一种超导磁悬浮实验教具

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