CN210667404U - 一种超导磁悬浮实验用演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超导磁悬浮实验用演示装置，包括支撑架、基座、磁轨及超导组件；所述基座的两端分别通过转轴安装在所述支撑架上，所述磁轨嵌设在所述基座内，所述磁轨为直线型，所述磁轨包括铁板和永磁组件，所述永磁组件设置在所述铁板的上方，所述永磁组件包括若干个永磁铁，若干个所述永磁铁沿磁轨的长度方向极性呈S‑N‑S交替排列或者N‑S‑N交替排列；所述超导组件包括外壳、内壳和超导块材，所述内壳设置在外壳内，所述超导块材设置在所述内壳内，所述外壳的内壁与所述内壳的外壁间围成一个储存仓，该教具可以用来演示超导倒挂磁悬浮性能，以供学生和观众从不同方面了解完全抗磁性。

Description

一种超导磁悬浮实验用演示装置

技术领域

本实用新型涉及超导磁悬浮演示实验演示装置领域，具体涉及一种超导磁悬浮实验用演示装置。

背景技术

在日常教学中，教师讲解超导基本性质时，学生需先在感官上对磁悬浮有一个基本的了解，再辅以教师专业知识的传授从而掌握超导体的完全抗磁性。在科技展馆中更是由于观众年龄等差异更需要通过一种简单直观的演示装置来普及磁悬浮现象的原理。

近年来，越来越多的超导展品受到了科技展馆、高校和中学的青睐，尤其是以超导磁悬浮列车为主的实验模型。一般这些演示超导材料正悬浮特性的模型的体积较大，需要外接电源以保证模型的正常运行，且在运行中当温度大于临界温度时需要人工介入以防止模型摔坏。而近年来演示高温超导材料的正悬浮特性的模型较多，较少有演示倒悬浮特性的模型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超导磁悬浮实验用演示装置，该教具可以用来演示超导倒挂磁悬浮性能，以供学生和观众从不同方面了解完全抗磁性。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种超导磁悬浮实验用演示装置，包括支撑架、基座、磁轨及超导组件；所述基座的两端分别通过转轴安装在所述支撑架上，所述磁轨嵌设在所述基座内，所述磁轨为直线型，所述磁轨包括铁板和永磁组件，所述永磁组件设置在所述铁板的上方，所述永磁组件包括若干个永磁铁，若干个所述永磁铁沿磁轨的长度方向极性呈S-N-S交替排列或者N-S-N交替排列；

所述超导组件包括外壳、内壳和超导块材，所述内壳设置在外壳内，所述超导块材设置在所述内壳内，所述外壳的内壁与所述内壳的外壁间围成一个储存仓。

进一步的，所述基座采用非铁磁性材料。

进一步的，所述非铁磁性材料采用铝合金材料。

进一步的，所述超导块材为钇钡铜氧超导材料。

进一步的，所述支撑架包括两个在竖直方向设置的支撑板，两个支撑板的外侧均设置有电机，所述电机的输出端穿过支撑板后与转轴转动连接。

进一步的，两个所述支撑板间安装有安全板，该安全板的上表面上设置有缓冲层。

进一步的，所述内壳为中空结构。

进一步的，所述外壳通过安全绳与支撑板相连。

进一步的，所述储存仓内填充有保温材料。

进一步的，所述外壳上设置有进气口Ⅰ和进气口Ⅱ，所述进气口Ⅰ与内壳相连通，所述进气口Ⅱ与内壳的中空结构相连通。

本实用新型的有益效果主要表现在以下几个方面：通过调整电机将磁轨调整到基座的上方时，超导体可以实现悬浮在磁轨上方，通过调整电机将磁轨调整到基座的下方时，超导体可以实现悬浮在磁轨下方；通过设置安全绳和安全板可以防止超导块材滑落导致超导块材损坏。本专利提供的实验教具小巧、易携带、不需外接电源、使用安全方便、寿命长等。

附图说明

图1是本实用新型的超导正磁悬浮演示过程的结构示意图；

图2是本实用新型的超导倒磁悬浮演示过程的结构示意图；

图3是本实用新型的基座和磁轨的结构示意图；

图4是本实用新型的超导组件的结构示意图；

图中标记：1、支撑板，101、电机，102、安全板，2、转轴，3、基座，301、铁板，302、永磁铁，4、外壳，5、内壳，6、储存仓，7、超导块材，8、进气口Ⅰ，9、进气口Ⅱ，10、安全绳。

具体实施方式

结合附图对本实用新型实施例加以详细说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

根据附图可知，一种超导磁悬浮实验用演示装置，包括支撑架、基座3、磁轨及超导组件；所述基座3的两端分别通过转轴2安装在所述支撑架上，所述基座3采用非铁磁性材料，所述非铁磁性材料采用铝合金材料，所述磁轨嵌设在所述基座3内，所述磁轨为直线型，所述磁轨包括铁板301和永磁组件，所述永磁组件设置在所述铁板301的上方，所述永磁组件包括若干个永磁铁302，若干个所述永磁铁302沿磁轨的长度方向极性呈S-N-S交替排列或者N-S-N交替排列，形成稳定的通道的波峰-波谷-波峰或波谷-波峰-波谷的形状即可；

所述超导组件包括外壳4、内壳5和超导块材7，超导块材7可采用钇钡铜氧超导材料，超导块材的形状可以为方形，超导块材7可以为多个，多个超导块材7共同存在时，每一个超导块材7的外部均设置有独立的缓冲框，一方面可以保证超导块材7间有间隙，继而实现液氮对每一个超导块材7的均匀冷冻，另一方面，通过设置缓冲框可以减弱超导块材7间碰撞；缓冲框为方型网状结构；

所述内壳5设置在外壳4内，所述超导块材7设置在所述内壳5内，所述外壳4的内壁与所述内壳5的外壁间围成一个储存仓6，所述储存仓6内填充有保温材料，该保温材料采用聚苯乙烯材质，所述内壳5为中空结构，即内壳5的壁内设置有空腔，所述外壳4上设置有进气口Ⅰ8和进气口Ⅱ9，所述进气口Ⅰ8与内壳5相连通，所述进气口Ⅱ9与内壳5的中空结构相连通，向超导组件充液氮时，通过进气口Ⅰ8向放置有超导块材7的内壳5内充入液氮，通过进气口Ⅱ9向内壳5的中空结构，即内壳5的空腔内充入液氮，通过设置内壳5的中空结构以及储存仓6可以在演示的过程中尽可能延长演示时间，所述外壳4通过安全绳10与支撑板1相连，通过设置安全绳和安全板可以防止超导块材7滑落导致超导块材7损坏。

所述支撑架包括两个在竖直方向设置的支撑板1，基座3设置在两个支撑板1间，两个支撑板1的外侧均设置有电机101，两个电机101均为同步电机，所述电机101的输出端穿过支撑板1后与转轴2转动连接，两个所述支撑板1间安装有安全板102，该安全板102的上表面上设置有缓冲层，两个所述支撑板1的内侧设置有缓冲层，当超导块材7碰到支撑板1时，可以减弱造成对超导块材7的损坏。

工作原理：当钇钡铜氧超导块材7被冷却到液氮温度-196℃时，就从正常态转变为超导态，超导块材7处于一个沿垂直方向变化的磁场中，从而在超导块材7内感应出屏蔽电流。超导块材7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，超导块材7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磁轨上方或倒吊于磁轨的下方。

通过调整电机101将磁轨调整到基座的上方时，超导体可以实现悬浮在磁轨上方，通过调整电机101将磁轨调整到基座的下方时，超导体可以实现悬浮在磁轨下方。

当悬浮着的超导块材7运动时，超导块材7带动超导组件一起运动，由于超导体和磁轨之间没有直接的接触摩擦，只要沿磁轨延伸方向给超导体一个很小的推动力，超导体就将沿磁轨方向运动，如果磁轨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。

还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：包括支撑架、基座(3)、磁轨及超导组件；所述基座(3)的两端分别通过转轴(2)安装在所述支撑架上，所述磁轨嵌设在所述基座(3)内，所述磁轨为直线型，所述磁轨包括铁板(301)和永磁组件，所述永磁组件设置在所述铁板(301)的上方，所述永磁组件包括若干个永磁铁(302)，若干个所述永磁铁(302)沿磁轨的长度方向极性呈S-N-S交替排列或者N-S-N交替排列；

所述超导组件包括外壳(4)、内壳(5)和超导块材(7)，所述内壳(5)设置在外壳(4)内，所述超导块材(7)设置在所述内壳(5)内，所述外壳(4)的内壁与所述内壳(5)的外壁间围成一个储存仓(6)。

2.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述基座(3)采用非铁磁性材料。

3.根据权利要求2所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述非铁磁性材料采用铝合金材料。

4.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述超导块材(7)为钇钡铜氧超导材料。

5.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述支撑架包括两个在竖直方向设置的支撑板(1)，两个支撑板(1)的外侧均设置有电机(101)，所述电机(101)的输出端穿过支撑板(1)后与转轴(2)转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：两个所述支撑板(1)间安装有安全板(102)，该安全板(102)的上表面上设置有缓冲层。

7.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述内壳(5)为中空结构。

8.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述外壳(4)通过安全绳(10)与支撑板(1)相连。

9.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述储存仓(6)内填充有保温材料。

10.根据权利要求7所述的一种超导磁悬浮实验用演示装置，其特征在于：所述外壳(4)上设置有进气口Ⅰ(8)和进气口Ⅱ(9)，所述进气口Ⅰ(8)与内壳(5)相连通，所述进气口Ⅱ(9)与内壳(5)的中空结构相连通。

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