专利名称：一种超导磁悬浮系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及超导电工技术领域。
磁浮列车是21世纪速度最高、安全舒适、噪声低的地面交通工具，发展前景很好。磁浮列车的核心技术是磁悬浮系统。德国的电磁悬浮(EML)式常导磁浮列车已经在修建柏林至汉堡的运营线，设计速度420km／h。这种常导磁浮列车的优点是能静止悬浮，缺点是悬浮高度较低(8mm)，控制系统较复杂；日本的电动悬浮(EDL)式低温超导磁浮列车在18．4km的示范线上速度已达552km／h。这种电动悬浮式低温超导磁浮列车悬浮高度较高(100mm)，速度高。缺点是不能静止悬浮，工作在液氦温度(4．2K)，制造和运行成本高，所需磁场高(5T)，磁场对乘客的影响较难克服；一种高温超导磁浮车是直接悬浮式的，即整个地面轨道全是用常规永久磁体做成的磁轨道，用这个地面磁轨道与车载高温超导体块材直接实现悬浮。缺点是沿地面全是磁轨道，在工程应用上受到一定限制；悬浮高度较高(100mm)的电动悬浮式高温超导磁浮列车的缺点是不能静止悬浮，所需磁场高(5T)，磁场对乘客的影响较难克服。
本发明的目的是提供一种超导磁悬浮系统，它既能有效地实现静止悬浮，又能达到较高悬浮高度，且地面轨道无磁场，悬浮装置上的磁体磁场较低(1．5-2．0T)。
本发明可以由下列技术方案来实现采用工作在液氮温区(77K)的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统，悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置组成。悬浮系统中的铁质参照系正对在高温超导磁悬浮装置的上面，高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系的下面。悬浮装置上的磁场由高温超导磁体绕组或高温超导永磁体提供。高温超导磁悬浮装置由铁心、高温超导磁体绕组或高温超导永磁体、常导控制线圈、液氮低温容器组成，高温超导磁体绕组或高温超导永磁体置于薄壁液氮低温容器中。
具体方案包括下列两种类型1用高温超导磁体绕组的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置构成。高温超导磁悬浮装置由铁心、高温超导磁体绕组、常导控制线圈、薄壁液氮低温容器组成。高温超导磁体绕组置于薄壁液氮低温容器中。悬浮装置上的磁场由高温超导磁体绕组提供。该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂，常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度，高温超导磁体绕组用铋系或钇系高温超导体带材绕制，工作在液氮温度(77K)。这种电磁悬浮式高温超导包括有以下三种形式。三种形式的铁质参照系相同，悬浮装置结构不同。
(1)高温超导磁悬浮装置由横截面为圆形的U型铁心、高温超导磁体绕组、薄壁液氮低温容器、常导控制线圈组成。U型铁心分成3段，以便U型铁心底部套置薄壁液氮低温容器。将先绕好的高温超导磁体绕组置于圆环柱形的薄壁液氮低温容器中，并用液氮低温容器盖整体密封后套置在U型铁心底部。高温超导磁体绕组提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。
(2)将直接绕制在U型铁心中间段上的高温超导磁体绕组固定在圆筒形的薄壁液氮低温容器中，并用液氮低温容器盖整体密封。U型铁心的两边分别安装在所述容器两端壁上，并与置于圆筒形液氮低温容器中的铁心中间段保持同心度。其余部分与1-(1)同。
(3)将高温超导磁体绕组直接绕在U型铁心底部，再将U型铁心的两边竖直段与U型铁心底部固定。然后将绕有高温超导磁体绕组和常导控制线圈的U型铁心放置在薄壁液氮低温容器中，并用液氮低温容器盖整体密封。其余部分与1-(1)同。
2 用高温超导永磁体的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置构成。高温超导磁悬浮装置由铁心、高温超导永磁体、常导控制线圈、薄壁液氮低温容器组成。高温超导永磁体置于薄壁液氮低温容器中。悬浮装置上的磁场由高温超导永磁体提供。该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂，常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度，高温超导永磁体用熔融织构法高温超导体块材实现。工作在液氮温度(77K)。这种电磁悬浮式高温超导包括有以下两种形式。
(1)高温超导磁悬浮装置由横截面为圆形的铁心、高温超导永磁体、薄壁液氮低温容器、液氮低温容器盖、常导控制线圈组成。高温超导永磁体的横截面与铁心的横截面均为圆形并大小相等。将高温超导永磁体固定在圆筒形薄壁液氮低温容器中，并用液氮低温容器盖整体密封。U型铁心的两边分别安装在所述容器的两端壁上，并与置于所述容器中的高温超导永磁体保持同心度。高温超导永磁体提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。
(2)将高温超导永磁体固定连接在U型铁心底部并保持同心度，将组成磁悬浮装置的铁心、高温超导永磁体、常导控制线圈一起放置在的薄壁液氮低温容器中固定，并用薄壁液氮低温容器盖整体密封。其余部分与2-(1)同。
本发明与现有技术相比具有下列效果和优点与常导磁浮比较，本发明的磁悬浮高度高(30-100mm)，悬浮高度可根据实际情况选取，控制系统比常导磁浮简单；与电动悬浮式的低温或高温超导磁悬浮比较，本发明能静止悬浮。本发明在磁悬浮装置上磁体的磁场(1．5-2．0T)比电动悬浮式的低温或高温超导磁悬浮要求磁场(5T)低，不仅易于实现，而且因磁路闭合，环境磁场很低，磁场对乘客的影响小；与电动悬浮式的低温超导磁悬浮比较工作温度更高(工作在77K)，制造和运行成本更低；与直接悬浮式高温超导磁浮列车比较，地面轨道无磁场，便于工程实际应用。
本发明的
如下图1为本发明的高温超导磁体绕组在圆环柱形液氮低温容器中的磁悬浮装置截面2为本发明的高温超导磁体绕组与铁心中间段在圆筒形液氮低温容器中的磁悬浮装置截面3为本发明的高温超导磁体绕组和铁心整体置于液氮低温容器中的磁悬浮装置截面图
图4为本发明的高温超导永磁体置于圆筒形液氮低温容器中的磁悬浮装置截面5为本发明的高温超导永磁体和铁心整体置于液氮低温容器中的磁悬浮装置截面图本发明的实施例如下采用工作在液氮温度(77K)的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统。悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置组成。悬浮系统中的铁质参照系1正对在高温超导磁悬浮装置的上面，高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系1的下面。高温超导磁悬浮装置由铁心3、高温超导磁体绕组4、圆环柱形液氮低温容器5和圆环形液氮低温容器盖6、常导控制线圈2组成。横截面为圆形的U型铁心分成3段，以便U型铁心中间段置上液氮低温容器5。将先绕好的高温超导磁体绕组置于圆环柱形液氮低温容器5中，再将圆环形液氮低温容器用盖6整体密封。高温超导磁体绕组用铋系或钇系高温超导体带材绕制，悬浮装置上的磁场由高温超导磁体绕组4提供。高温超导磁体绕组提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度。
高温超导磁悬浮装置由铁心3、铁心中间段9、高温超导磁体绕组4、圆筒形液氮低温容器7和圆形液氮低温容器盖8、常导控制线圈2组成。铁心为U型，横截面为圆形。铁心分成3段，以便U型铁心中间段套上薄壁液氮低温容器7。将先绕好的高温超导磁体绕组固定在圆筒形液氮低温容器7中，再将圆形液氮低温容器用盖8整体密封。高温超导磁体绕组用铋系或钇系高温超导体带材绕制，悬浮装置上的磁场由高温超导磁体绕组4提供。高温超导磁体绕组提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度。
高温超导磁悬浮装置由铁心3、高温超导磁体绕组4、液氮低温容器10和液氮低温容器盖11、常导控制线圈2组成。横截面为圆形的U型铁心分成3段，以便在U型铁心中间段套置绕制高温超导磁体绕组4。将直接绕在U型铁心中间段高温超导磁体绕组与U型铁心的两边竖直段连接。再将组成磁悬浮装置的铁心3、高温超导磁体绕组4、常导控制线圈2一起放置在薄壁液氮低温容器10中，再将薄壁液氮低温容器用盖密封。高温超导磁体绕组用铋系或钇系高温超导体带材绕制，悬浮装置上的磁场由高温超导磁体绕组4提供。高温超导磁体绕组提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度。
采用工作在液氮温度(77K)的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统。悬浮系统中的铁质参照系1正对在高温超导磁悬浮装置的上面，高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系1的下面。悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置组成。高温超导磁悬浮装置由铁心3、高温超导永磁体12、圆筒形液氮低温容器7和圆形液氮低温容器盖8、常导控制线圈2组成。铁心为U型，横截面为圆形。U型铁心中间段是高温超导永磁体。高温超导永磁体12横截面与U型铁心3的横截面相等。先将高温超导永磁体固定在圆筒形液氮低温容器7中，再将其与圆形液氮低温容器盖8整体密封。高温超导永磁体用熔融织构法高温超导体块材实现。高温超导永磁体提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度。
采用工作在液氮温度(77K)的电磁悬浮式高温超导磁悬浮系统。悬浮系统中的铁质参照系1正对在高温超导磁悬浮装置的上面，高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系1的下面。悬浮系统由铁质参照系和高温超导磁悬浮装置组成。高温超导磁悬浮装置由铁心3、高温超导永磁体12、薄壁液氮低温容器10和圆形液氮低温容器盖11、常导控制线圈2组成。横截面为圆形的U型铁心底部是横截面与U型铁心相等的高温超导永磁体。先将高温超导永磁体12固定在U型铁心3底部并保持同心度，再将组成磁悬浮装置的铁心3、高温超导永磁体12、常导控制线圈2一起放置在的薄壁液氮低温容器10中，再将其与圆形液氮低温容器盖11整体密封。高温超导永磁体用熔融织构法高温超导体块材实现。高温超导永磁体提供1．5～2T的磁场，该磁场通过铁心与铁质参照系产生吸力，实现对在铁质参照系下面的磁悬浮装置的悬挂。常导控制线圈绕组绕在U型铁心两端。常导控制线圈控制高温超导磁悬浮装置与铁质参照系之间的悬浮高度。
权利要求
1．一种超导磁悬浮系统，主要由高温超导磁体绕组(4)、横截面为圆形的U型铁心(3)、常导控制线圈(2)、液氮低温容器(5)及液氮低温容器盖(6)组成的磁悬浮装置和铁质参照系(1)构成，其特征在于高温超导磁体绕组(4)置于圆环柱形的液氮低温容器(5)中并用液氮低温容器盖(6)密封，圆环柱形液氮低温容器(5)套置在U型铁心(3)底部，常导控制线圈(2)绕组绕在U型铁心两端，高温超导磁体绕组(4)由铋系或钇系高温超导体带材绕制，工作在液氮温度(77K)。
2．根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统，其特征在于在U型铁心中间段(9)上绕制的高温超导磁体绕组(4)固定在圆筒形的液氮低温容器(7)中并用液氮低温容器盖(8)密封，U型铁心(3)的两边分别安装在所述容器(7)两端壁上，并与置于圆筒形液氮低温容器中的铁心中间(9)段保持同心度。
3．根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统，其特征在于高温超导磁体绕组(4)绕制在U型铁心(3)底部，再将绕有高温超导磁体绕组(4)、常导控制线圈(2)的U型铁心(3)放置在液氮低温容器(10)中并用液氮低温容器盖(11)密封。
4．一种超导磁悬浮系统，主要由高温超导永磁体(12)、横截面为圆形的U型铁心(3)、常导控制线圈(2)、液氮低温容器(7)及液氮低温容器盖(8)组成的磁悬浮装置和铁质参照系(1)构成，其特征在于液氮低温容器(7)为圆筒形，所述容器中固定一块截面积与U型铁心(3)横截面相等的高温超导永磁体(12)并用液氮低温容器盖(8)密封，U型铁心(3)的两边分别安装在所述容器的两端壁上，并与置于所述容器中的高温超导永磁体(12)保持同心度，常导控制线圈(2)绕组绕在U型铁心(3)两端，工作在液氮温度(77K)。
5．根据权利要求4所述的一种超导磁悬浮系统，其特征在于高温超导永磁体(12)固定连接在U型铁心(3)底部，U型铁心(3)、高温超导永磁体(12)、常导控制线圈(2)一起放置在液氮低温容器(10)中固定并用液氮低温容器盖(11)密封。
全文摘要
本发明提供了一种超导磁悬浮系统,属于超导电工技术领域。采用电磁悬浮式。其特征是:铁质参照系在悬浮装置的上面,高温超导磁悬浮装置悬挂在铁质参照系的下面,用悬浮装置上高温超导绕组磁体或高温超导永磁体实现磁悬浮。沿地面轨道无磁场,能静止悬浮,悬浮高度较高(30—100mm)。悬浮装置上的磁场较低(1.5—2.0T),且因磁路闭合,环境磁场很低。工作在液氮温度(77K),制造和运行成本较低。适用于需要磁悬浮的场合。
文档编号H02K55/00GK1292600SQ9911495
公开日2001年4月25日 申请日期1999年6月24日 优先权日1999年6月24日
发明者王家素, 王素玉 申请人:西南交通大学