CN205930329U - 高温超导磁悬浮系统及磁悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温超导磁悬浮系统及磁悬浮列车，该高温超导磁悬浮系统包括：磁悬浮机构，其包括由永磁体制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内的由多个超导块沿所述轨道宽度方向排列形成的多个超导块层；缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动。本实用新型将超导块层设置为多层，解决了单层超导块层因超导块的厚度难以增加而导致的悬浮力达到饱和问题，有效利用了该单层超导块上方的应用磁场，从而增加了悬浮力。

Description

高温超导磁悬浮系统及磁悬浮列车

技术领域

本实用新型涉及高温超导磁悬浮技术领域，尤其涉及一种高温超导磁悬浮系统及装备有该高温超导磁悬浮系统的磁悬浮列车。

背景技术

高温超导磁悬浮技术，由于高温超导体独特的磁通钉扎特性，具有无源自稳定的悬浮优势，在无摩擦轴承、飞轮储能、轨道交通等领域展现出良好的应用前景。其中，2000年我国世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车的诞生展示了高温超导磁悬浮技术在未来新型(高速、环保、舒适等特点)轨道交通工具的巨大吸引力，引起了国际社会的广泛关注。目前，德国、俄罗斯、巴西、日本等国均研制出高温超导磁悬浮车样机，各国都在努力推进高温超导磁悬浮车的实用化进程。如何进一步提高现有高温超导磁悬浮车系统的承载能力和稳定性能，成为其中一个技术重点。

在现有的高温超导磁悬浮车系统中，都是采用单层高温超导体块材与永磁轨道相互作用实现悬浮。考虑到超导块材的制备工艺，商业应用的块材厚度一般在12-15mm间，在此范围内，块材的悬浮力近似达到饱和。在传统的单层高温超导体磁悬浮系统中，已经很难再通过增加每块超导块材的厚度来达到悬浮性能优化的目标。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种高温超导磁悬浮系统及具有该高温超导磁悬浮系统的磁悬浮列车，该高温超导磁悬浮系统能够提高磁悬浮性能，而且具有良好的减震性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种高温超导磁悬浮系统，包括：磁悬浮机构，其包括由永磁体制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内的由多个超导块沿所述轨道宽度方向排列形成的多个超导块层；缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动。

优选地，所述超导块层为上超导块层和下超导块层堆叠形成的两个超导块层。

优选地，所述上超导块层中的任意两相邻超导块的对接处与所述下超导块层中的任意两相邻超导块的对接处相错位。

优选地，每个所述超导块层的厚度为8mm-15mm。

优选地，所述缓冲机构包括固定在所述低温容器上部的缸体、设置在所述缸体的腔室中并将所述腔室分别成上腔室和下腔室的活塞以及上端固定在所述车架上，下端伸入所述缸体与所述活塞连接的活塞杆；其中：所述活塞上装设有入口和出口分别对应与所述上腔室和所述下腔室连通的第一单向阀以及入口和出口分别对应与所述下腔室和所述上腔室连通的第二单向阀。

优选地，所述上腔室和所述下腔室内分别设置有上减震弹簧和下减震弹簧。

本实用新型还公开了一种磁悬浮列车，包括车架，还包括设置在所述车架和轨道之间的上述的高温超导磁悬浮系统。

与现有技术相比，本实用新型的高温超导磁悬浮系统及磁悬浮列车的有益效果是：本实用新型将超导块层设置为多层，解决了单层超导块层因超导块的厚度难以增加而导致的悬浮力达到饱和问题，有效利用了该单层超导块上方的应用磁场，从而增加了悬浮力。

附图说明

图1为本实用新型的高温超导磁悬浮系统的结构示意图；

图2为本实用新型的高温超导磁悬浮系统中超导块的一种排布方式的示意图；

图3为图1的局部A的放大视图；

图4为场冷情况下单层及双层高温超导体悬浮力曲线；

图5为场冷情况下单层及双层高温超导体导向力曲线。

图中：

10-轨道；20-低温容器；30-超导块层；31-超导块；32-上超导块层；33-下超导块层；40-缓冲机构；41-缸体；42-活塞；43-活塞杆；44-下减震弹簧；45-第一单向阀；46-第二单向阀；47-上减震弹簧；50-车架。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型的优选实施例公开了一种高温超导磁悬浮系统，该高温超导磁悬浮系统可应用于轨道10交通车辆但不限于应用于此。该高温超导磁悬浮系统包括磁悬浮机构和缓冲机构40，磁悬浮机构用于为车辆提供悬浮力和导向力以使车辆在承载一定载荷情况下行驶，缓冲机构40用于减缓车辆在竖直方向上的运动以缓冲车辆在行驶过程中出现的震动。其中，磁悬浮机构具体包括轨道10、低温容器20以及多个超导块31，低温容器20设置在轨道10的正上方，多个超导块31置于低温容器20内并沿轨道10的宽度方向排列而形成超导块层30，本实用新型的关键在于：在与轨道10相对的低温容器20内设置多个超导块层30。本实用新型将超导块层30设置为多层，解决了单层超导块层30因超导块31的厚度难以增加而导致的悬浮力达到饱和问题，从而增加了悬浮力。

应该解释：在高温超导磁悬浮系统中，悬浮力是超导块31内部感应电流与外磁场(即轨道10)相互作用的宏观表现，属于洛伦兹力。因此，外磁场条件是悬浮力产生的必要条件。在现有技术中的单层高温超导体磁悬浮系统中，一方面，超导块31因特有的磁通钉扎能力使其自身被一部分应用磁场磁通穿透；另一方面，超导块31内部的超导区域对应用磁场表现出一种屏蔽作用。最终使超导块31的上方仍具有由磁通穿透和屏蔽的叠加作用决定的磁场，这使得在现有单层高温超导块31的上方仍然有一定的应用磁场可以利用。本实用新型将超导块31设置成多层，从而有效利用了该应用磁场，从而多获得了一定的悬浮力，达到提高悬浮系统的载重能力的目的。

为在使用效果和成本因素中获得最优方案，在本实用新型的一个优选实施例中超导块层30包括堆叠超导块层30为上超导块层32和下超导块层33。如此设置既利用了下超导块层33上方的应用磁场，又不至于导致因增加超导块31而过大增加成本。作为可选，上超导块层32和下超导块层33的堆叠方式有两种：如图1所示，一是使上超导块层32中的任意两相邻超导块31的对接处与下超导块层33中的任意两相邻超导块31的对接处相对，如图2所示，二是使上超导块层32中的任意两相邻超导块31的对接处与下超导块层33中的任意两相邻超导块31的对接处相错位。优选地，每个超导块层30的厚度为8mm-15mm。

图4和图5为场冷情况下单层及双层高温超导体悬浮力和导向力曲线，其中，超导块层30的厚度设置为13mm，从图4和图5可以看出，本实用新型的双层超导块31的高温超导磁悬浮系统的悬浮力和导向力曲线均优于现有的单层超导块的高温超导磁悬浮系统。表1给出了在典型的场冷高度30mm、工作高度15mm工作条件下单层和双层超导块31对应的悬浮力和导向力数据，从表1可以看出，本实用新型的双层超导块31的高温超导磁悬浮系统相对于现有的单层超导块31的高温超导磁悬浮系统，悬浮力提高了16.9％，导向力提高了8.8％，如此说明，在实际应用中，通过提高超导块31的层数来提供高温超导磁悬浮系统的悬浮能力和稳定性能是可行的。

表1典型的场冷高度30mm、工作高度15mm工作条件下单层和双层高温超导体最大悬浮力和导向力比较

上述实施例的一个显著效果是悬浮系统的悬浮能力和导向能力得到了同时提高，这对于应用场合是十分有利的。同时，上超导块层32带来的成本增加相比长距离的高温超导磁悬浮车运行线而言弊处是极小的；相反，在同样悬浮能力需求下，采用双层超导块31方案比靠增大永磁轨道10截面的方案相比要经济的多。对于应用而言，采用双层超导块31的高温超导磁悬浮系统稳定悬浮能力强，有利于高温超导磁悬浮车的推广应用。

对于高温超导磁悬浮系统应用于车辆的情况而言，轨道10与超导块31之间的磁力作用虽然能够为车辆的震动提供部分缓冲作用，但若要最大程度的减小车辆的震动还需单独加装缓冲机构40，这也是本实用新型将缓冲系统引入高温超导磁悬浮系统的原因。

具有减震作用的缓冲机构40的结构或组成可以有多种，如减震弹簧，即在低温容器20与车架50之间设置减震弹簧，利用减震弹簧在受到机械力时发生弹性变形而对车辆起到减震作用。然而减震弹簧存在至少两方面的缺陷：一是，减震弹簧对于震动过程中能够因明显阻止车辆竖直向下运动而起到明显的缓冲作用，而对于在震动过程中车辆竖直向上运动时，因减震弹簧对车辆竖直向上运动的阻止能力不强(减震弹簧受压效果好，而受拉效果差)而起到的缓冲作用不强；二是，减震弹簧因频繁的发生弹性变形而容易失效，甚至疲劳破坏，进而导致缓冲作用减弱甚至失效。

为提高车辆的减震性能，本实用新型的一个优选实施例提供了一种减震效果优良的缓冲机构40，如图3并结合图1所示，具体地，缓冲机构40包括固定在低温容器20上部的缸体41、设置在缸体41的腔室中并将腔室分别成上腔室(上腔室内设置有液压介质)和下腔室(下腔室内设置有液压介质)的活塞42以及上端固定在车架50上，下端伸入缸体41与活塞42连接的活塞杆43，上腔室和下腔室内分别设置有上减震弹簧47和下减震弹簧44。其中：活塞42上装设有入口和出口分别对应与上腔室和下腔室连通的第一单向阀45以及入口和出口分别对应与下腔室和上腔室连通的第二单向阀46，并且使第二单向阀46的导通压力条件设置为当活塞杆43和活塞42承受整个车辆的重力时，第二单向阀46仍处于关闭状态，而当承受的力为大于车辆重力某一数值时，第二单向阀46导通，对于第一单向阀45的导通条件可以设定为任意压力值。

上述缓冲机构40能够起到减震作用的原因在于：当车辆在竖直方向上未发生震动时，下腔室内的液压介质因承受整个车辆的重力而具有一定压力，活塞42上的第二单向阀46因未达到导通条件而关闭，而第一单向阀45因具有逆止功能，从而使下腔室内的液压介质无法通过第一单向阀45和第二单向阀46进入上腔室，从而使得活塞杆43在竖直方向上保持不动，车辆在水平方向上平稳行驶。当因某种原因(如轨道10铺设不平整)缸体41下方的行走部分(如低温容器20和超导块31)在竖直方向上发生震动时，当行走部分突然竖直向上运动时，下腔室内的液压介质受到活塞42的挤压而压力升高，当压力升高到第二单向阀46的导通条件时，第二单向阀46导通，下腔室内的液压介质通过第二单向阀46进入上腔室，缸体41随行走部分向上运动，行走部分和缸体41不会带动活塞42、活塞杆43以及车辆向上运动或是活塞42、活塞杆43以及车辆缓慢的向上运动，从而达到缓冲的目的，当行走部分突然竖直向下运动时，上腔室内的液压介质受到活塞42的挤压而压力升高，当压力升高到第一单向阀45的导通条件时，第一单向阀45导通，上腔室内的液压介质通过第一单向阀45进入下腔室，缸体41随行走部分向下运动，行走部分和缸体41不会带动活塞42、活塞杆43以及车辆向下运动或是活塞42、活塞杆43以及车辆缓慢的向下运动，从而达到缓冲的目的。

上述缓冲机构40利用液压介质在第一单向阀45和第二单向阀46的控制下于上腔室和下腔室之间流动，从而使缸体41与活塞杆43形成相对运动，进而实现对车辆的缓冲，这种液压式减震方式相比减震弹簧的减震方式具有缓冲柔和的特点，更重要的是不存在弹性失效的缺陷，且能够克服减震弹簧对竖直向上运动的车辆缓冲效果不好的缺陷。

对于上述的第二单向阀46的导通条件可以解释为：当车辆平稳运行时，第二单向阀46必须保持断开状态，只有这样才能使下腔室的液压介质支撑车辆，而当行走部分突然向上运动时，活塞42挤压下腔室，此时下腔室内的液压介质的压力要高于车辆平稳运行时的压力，将第二单向阀46的导通条件设置在升高的某一压力值上就会使得行走部分在向上运动到某一程度时，第二单向阀46导通。

从上述解释可以看出，第二单向阀46所设定的导通条件越接近车辆平稳运行时下腔室的液压介质的压力，缓冲机构40的缓冲效果越好。

为进一步提高缓冲机构40的减震效果，在本实用新型的一个优选实施例中，上腔室和下腔室内分别设置有上减震弹簧47和下减震弹簧44，如此，缓冲机构40利用液压方式和机械方式两种减震方式，大大提高了车辆的减震效果。

此外，本实用新型还公开了一种磁悬浮列车，包括车架50，还包括设置在车架50和轨道10之间的上述的高温超导磁悬浮系统。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高温超导磁悬浮系统，其特征在于，包括：

磁悬浮机构，其包括由永磁体制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内的由多个超导块沿所述轨道宽度方向排列形成的多个超导块层；

缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动。

2.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮系统，其特征在于，所述超导块层为上超导块层和下超导块层堆叠形成的两个超导块层。

3.如权利要求2所述的高温超导磁悬浮系统，其特征在于，所述上超导块层中的任意两相邻超导块的对接处与所述下超导块层中的任意两相邻超导块的对接处相错位。

4.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮系统，其特征在于，每个所述超导块层的厚度为8mm-15mm。

5.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮系统，其特征在于，所述缓冲机构包括固定在所述低温容器上部的缸体、设置在所述缸体的腔室中并将所述腔室分别成上腔室和下腔室的活塞以及上端固定在所述车架上，下端伸入所述缸体与所述活塞连接的活塞杆；其中：

所述活塞上装设有入口和出口分别对应与所述上腔室和所述下腔室连通的第一单向阀以及入口和出口分别对应与所述下腔室和所述上腔室连通的第二单向阀。

6.如权利要求5所述的高温超导磁悬浮系统，其特征在于，所述上腔室和所述下腔室内分别设置有上减震弹簧和下减震弹簧。

7.一种磁悬浮列车，包括车架，其特征在于，还包括设置在所述车架和轨道之间的如权利要求1至6任意一项所述高温超导磁悬浮系统。