CN215662975U - 一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其包括冷源、超导体排列和磁场源；所述超导体排列由多个超导带材堆叠体组成；所述冷源和超导体排列从上至下依次设置在磁场源上方，冷源对超导体排列进行冷却，磁场源提供应用外磁场；所述超导带材堆叠体采用曲面堆叠或平面堆叠，当超导带材堆叠体采用曲面堆叠时，使堆叠曲面沿所在区域的磁场流线设置；当超导带材堆叠体采用平面堆叠时，通过水平、垂直、倾斜堆叠组合，使堆叠平面沿所在区域的磁场流线设置。本实用新型克服了超导块材垂直设置使用加工难、效率低及超导带材水平与垂直堆叠体导向性能有限等不足。在不增加系统自重、成本的条件下，使系统实现优异的导向性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及高温超导磁浮技术应用领域，尤其涉及一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统。
背景技术
高温超导磁浮系统具有自稳定的悬浮与导向能力，其平移系统理论最高运行速度可达3000 km/h，因此，在地面超高速运输系统中具有广阔的应用前景。然而，高温超导磁浮系统的导向性能相对较弱，提高其导向性能是其实用化的关键。现有技术主要包括：
1、如图1所示，相关专利公布，使水平或垂直超导块C轴（22，29）垂直于正对磁体的磁化方向设置，可以使系统获得更高的导向性能。然而，在实际的应用中，超导块通常水平设置使用，并使其籽晶点23面向永磁轨道3，当其厚度超过10 mm左右时，其导向性能趋于饱和。当超导块垂直设置使用时，一方面，超导块需要进行机械加工，由于超导块常温下为陶瓷材料，机加工容易受损导致性能下降或损坏；另一方面，当垂直磁化磁体区域较宽（超过10 mm）时，会降低超导块材的使用效率，采用多块超导体组合垂直设置使用，除需进行机械加工外，同时增加了超导材料用量，从而带来更高的成本。
2、如图2所示，相关文献报道，使超导带材垂直或水平堆叠体C轴（25，27）垂直于正对磁体的磁化方向设置，可以使系统获得更高的导向性能。从材料性能上看，与超导块材相比，超导带材堆叠体具备更高的磁浮性能，但相关专利公布，其性能与带材堆叠相对于空间磁场的取向具有高度关联性，如图3所示，由于永磁轨道外磁场分布不是简单的水平与垂直分布，通过超导带材水平堆叠与垂直堆叠组合难以获得优于超导块材组合的导向性能。
3、其它技术还包括：通过固氮冷却或制冷机降低系统的工作温度、采用高性能超导材料及增加超导材料用量等方法，提高系统的临界电流密度及俘获磁通的能力；通过增加永磁材料用量、剩磁及优化永磁轨道构型等方法，提高永磁轨道的应用外磁场强度。以上方法主要是通过提高材料性能、增加材料用量及系统优化的方式使系统获得更高的导向性能，同时，也会带来更高的自重与高昂的成本费用。
发明内容
为了克服现有技术中超导块材垂直设置使用加工难、效率低与超导带材堆叠磁浮系统导向性能有限等不足，本实用新型提供一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，在于不增加系统自重、成本的条件下，使系统获得优异的导向性能。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其包括冷源、超导体排列和磁场源；所述超导体排列由多个超导带材堆叠体组成；所述冷源和超导体排列从上至下依次设置在磁场源上方，冷源对超导体排列进行冷却，磁场源提供应用外磁场；所述超导带材堆叠体采用曲面堆叠或平面堆叠，当超导带材堆叠体采用曲面堆叠时，使堆叠曲面沿所在区域的磁场流线设置；当超导带材堆叠体采用平面堆叠时，通过水平、垂直、倾斜堆叠组合，使堆叠平面沿所在区域的磁场流线设置。
进一步的，所述超导带材堆叠体由ReBaCuO带材或其它超导材料带材沿圆弧面、水平面、垂直面或其它任意曲面、倾斜平面进行堆叠，通过控制堆叠层数，设置不同的堆叠体厚度，其中Re为稀土元素。
进一步的，所述超导带材堆叠体为曲面堆叠时，水平磁化的磁场源正上方设置圆弧堆叠体，并沿横向级联排列设置。
进一步的，所述超导带材堆叠体为平面堆叠时，水平磁化的磁场源正上方设置水平堆叠体，两侧分别设置右倾斜堆叠体与左倾斜堆叠体，垂直磁化磁场源正上方设置垂直堆叠体。
进一步的，所述冷源由常压液氮或低压固氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列进行直接或间接冷却。
进一步的，所述磁场源为永磁体、电磁体、超导线或带材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构。
进一步的，所述磁场源采用永磁体单元组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或Halbach阵列进行排列，构成单极或多极永磁轨道。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：克服了超导块材垂直设置使用加工难、效率低及超导带材水平与垂直堆叠体导向性能有限等不足。在不增加系统自重、成本的条件下，使系统实现优异的导向性能。
附图说明
本附图说明是对本实用新型的进一步补充说明，不对本实用新型实施例的限定，在附图说明中：
图1为超导块材C轴垂直于磁化方向设置示意图；
图2为超导带材堆叠体C轴垂直于磁化方向设置示意图；
图3为永磁轨道外磁场流线分布示意图；
图4为超导带材曲面堆叠磁浮系统示意图；
图5为超导带材平面堆叠磁浮系统示意图；
附图中标号的名称：
1-冷源，2-超导体排列，21-水平超导块，22-水平超导块C轴，23-超导块籽晶点，24-超导带材垂直堆叠体，25-超导带材垂直堆叠体C轴，26-超导带材水平堆叠体，27-超导带材水平堆叠体C轴，28-垂直超导块，29-垂直超导块C轴，210-超导带材圆弧堆叠体，211-超导带材右倾斜堆叠体，212-超导带材左倾斜堆叠体，3-永磁轨道，31-水平磁化磁体，32-垂直磁化磁体。
具体实施方式
据文献报道，将超导带材水平堆叠体分别设置在垂直磁化磁体与水平磁化磁体正上方，可以分别获得更高的悬浮力与导向力，但其性能仍小于相同规格超导块材构成的磁浮系统，这是由于永磁轨道上方的应用外磁场不是简单的水平与垂直分布，而超导带材堆叠体的性能相对于空间磁场具有高度的取向性。在相关专利的报道中，使超导带材沿磁场的标量磁势曲线进行堆叠，即磁场流线垂直于带材堆叠面时，可以使系统获得优异的悬浮性能，并给出了完整的理论分析与仿真实验数据。由此，根据上述文献与专利可以推测，使超导带材沿所在区域的磁场流线进行堆叠，即磁场的标量磁势曲线垂直带材堆叠面时，可以使系统获得优异的导向性能。
基于上述思路，本实用新型采用以下方案：
实施例1：
如图4所示的超导带材曲面堆叠磁浮系统示意图，系统整体包括从上至下依次设置的冷源1、超导体排列2、磁场源3构成。超导体排列2由多个超导带材堆叠体组成，冷源1对超导体排列2进行冷却，磁场源3提供应用外磁场。超导带材堆叠体采用曲面堆叠时，使堆叠曲面沿所在区域的磁场流线设置，可以使系统获得优异的导向性能。
优选地，所述的超导带材堆叠体为曲面堆叠时，根据如图3所示的永磁轨道外磁场流线分布示意图，水平磁化磁体31正上方设置超导带材圆弧堆叠体210，并沿横向级联排列设置；
优选地，所述的冷源1由常压液氮或低压固氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列2进行直接或间接冷却；
优选地，所述的磁场源3为永磁体、电磁体、超导线（带）材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构；
优选地，当磁场源3采用永磁体单元组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或Halbach阵列进行排列，构成单极或多极永磁轨道。
实施例2：
如图5所示的超导带材平面堆叠磁浮系统示意图，系统整体包括从上至下依次设置的冷源1、超导体排列2、磁场源3。超导体排列2由多个超导带材堆叠体组成，冷源1对超导体排列2进行冷却，磁场源3提供应用外磁场。超导带材堆叠体采用平面堆叠时，通过水平、垂直、倾斜堆叠组合，使堆叠平面沿所在区域的磁场流线设置，可以使系统获得优异的导向性能。
优选地，所述的超导带材堆叠体为平面堆叠时，根据如图3所示的永磁轨道外磁场流线分布示意图，水平磁化磁体31正上方设置超导带材水平堆叠体26，两侧分别设置超导带材右倾斜堆叠体211与超导带材左倾斜堆叠体212，垂直磁化磁体正上方设置超导带材垂直堆叠体24；
优选地，所述的冷源1由常压液氮或低压固氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列2进行直接或间接冷却；
优选地，所述的磁场源3为永磁体、电磁体、超导线（带）材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构；
优选地，当磁场源3采用永磁体单元组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或Halbach阵列进行排列，构成单极或多极永磁轨道。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：其包括冷源、超导体排列和磁场源；所述超导体排列由多个超导带材堆叠体组成；所述冷源和超导体排列从上至下依次设置在磁场源上方，冷源对超导体排列进行冷却，磁场源提供应用外磁场；所述超导带材堆叠体采用曲面堆叠或平面堆叠，当超导带材堆叠体采用曲面堆叠时，使堆叠曲面沿所在区域的磁场流线设置；当超导带材堆叠体采用平面堆叠时，通过水平、垂直、倾斜堆叠组合，使堆叠平面沿所在区域的磁场流线设置。
2.根据权利要求1所述的一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：所述超导带材堆叠体为曲面堆叠时，水平磁化的磁场源正上方设置圆弧堆叠体，并沿横向级联排列设置。
3.根据权利要求1所述的一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：所述超导带材堆叠体为平面堆叠时，水平磁化的磁场源正上方设置水平堆叠体，两侧分别设置右倾斜堆叠体与左倾斜堆叠体，垂直磁化磁场源正上方设置垂直堆叠体。
4.根据权利要求1所述的一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：所述冷源由常压液氮或低压固氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列进行直接或间接冷却。
5.根据权利要求1所述的一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：所述磁场源为永磁体、电磁体、超导线或带材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构。
6.根据权利要求5所述的一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统，其特征在于：所述磁场源采用永磁体单元组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或Halbach阵列进行排列，构成单极或多极永磁轨道。
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| CN202121459864.1U CN215662975U (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统 |
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| CN113232516A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-10 | 福建师范大学 | 一种高导向性能的高温超导带材堆叠磁浮系统 |
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