专利名称：制冷机驱动的高温超导磁悬浮演示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高温超导磁悬浮演示装置，特别是涉及一种无需液氮制冷的制冷机驱动的超导磁悬浮演示装置。
背景技术：
近年来，高温超导材料磁悬浮效应已经被广泛应用在交通、电力、国防军工等重要领域，基于超导磁悬浮原理已经设计出多种装置，这些装置有的已经以专利形式加以保护，还有的正在处于实验室运行状态，诸如高温超导马达、高温超导飞轮储能装置、超导潜艇推进系统等，而这些装置的技术核心就是超导磁悬浮现象。鉴于超导磁悬浮所具有的重要应用价值，有关超导磁悬浮的研究就备受关注。但是，目前已有的演示装置不能直观地了解高温超导磁悬浮的运行状态，在一定程度上限制了人们对这一现象进行深入研究。
目前演示高温超导磁悬浮效应通常采用液氮冷冻剂对超导材料进行制冷。
尽管这种制冷手段实施起来比较快捷，但是它存在许多问题；(1)液氮在室温环境下会快速蒸发，为了维持超导材料的低温工作环境就需要反复地对演示装置进行液氮输送。如果在输液过程中操作不当，很容易造成操作者皮肤严重冻伤的后果。因此，在超导磁悬浮演示装置中采用液氮制冷存在安全问题；(2)采用敞开式液氮制冷会导致悬浮磁体部件因接触液氮(或接触液氮汽化过程中放出的冷气)而发生表面结霜和温度下降， 不但影响了磁悬浮的展示效果，而且容易导致磁体性能变化，从而影响磁悬浮部件的工作状态，对研究磁悬浮动态过程不利。
发明内容
本发明目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种制冷机驱动的高温超导磁悬浮演示装置，不但能够更加直观地演示超导磁悬浮现象的动态过程，而且能够长时间地连续工作，操作过程也更加安全、可靠。避免了用液氮制冷而带来的反复输液的麻烦和因操作不当而引起的冻伤事故，解决了液氮制冷型超导磁悬浮装置中永久磁体部件因接触制冷剂(或接触制冷机汽化过程中放出的冷气)而发生表面结霜，导致永久磁体温度降低而带来的性能变化等问题。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种制冷机驱动型高温超导磁悬浮演示装置，包括一个冷源、一个置于冷源上的超导部件和位于超导部件上方的永久磁体部件，其特征在于所述的制冷机，超导部件安置在制冷机的冷头上。
上述的制冷机为GM)型循环制冷装置，其压缩机、膨胀机和冷头集合成一体。
上述制冷机的冷头和置于其上的超导部件均置于一防热辐射屏之内，防热辐射屏置于一个真空罩之内，防热辐射屏和真空罩下端与制冷机冷头基座固定连接。
上述的超导部件由六块正六边形熔融织构YBCO块材拼合成闭合环后再与一块圆盘形导热件粘合而成。
上述的超导部件的温度控制在20K至300K温区内，控温精度为±0.5度。
上述的永久磁体部件由一块钕铁硼圆盘和一块铜质配重盘粘合构成，或者由多块不同直径的钕铁硼圆盘通过其磁性相吸成一体构成。
本发明于现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点；本发明提供的由制冷机驱动的高温超导磁悬浮演示装置是将超导部件与悬浮磁体部件用真空罩隔离，超导部件置于真空罩内部的制冷机冷头部位，而磁悬浮部件则是置于真空罩外部的自由空间。悬浮磁体部件始终工作在室温环境下，甚至可以实现人机互动的效果，不但可以长时间地连续工作，而且具有操作方便、安全，运行可靠等优点。通过制冷系统的温度控制功能，还可以进行不同悬浮磁体部件之间的更换，以满足不同的需要。本发明装置除了具有液氮冷却型高温超导磁悬浮演示装置的所有功能以外，一个显著的特点是该装置不依赖于液氮的供应条件，只需接上电源就能正常工作，具有更广的应用场合。
图1是本发明的一个实施例的外形示意图。
图2是图1中真空罩内部的结构示意图。
图3是图2中超导部件的结构示意图。
图4是图1中永久磁体部件的结构示意图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图1和图2，本高温超导磁悬浮演示装置包括一个GM循环制冷装置1，一个位于真空罩2内部的超导部件4，和一个永久磁体部件3；所述的超导部件4置于真空罩2内部的制冷机冷头5上，将永久磁体部件3置于所述的的真空罩2外部的平顶部中心位置，当超导部件4的温度冷却至临界温度以下时，悬浮磁体部件3即处于悬浮状态。参见图3，所述的超导部件4是由六块正六边形熔融织构YBCO块材8和圆盘形导热件9连成一体构成；所述的制冷机冷头5由纯铜材料构成，上端部直径为70mm，厚10mm；下端部为直径50mm的铜柱体与制冷机连接。防热辐射屏6由壁厚0.25纯铜卷成筒状焊接而成，直径75mm、高150mm。参见图3，所述的正六边形YBCO块材8最大对角线距离34毫米，厚10毫米；所述的六块正六边形YBCO块材8由低温环氧树脂粘结而成以整体置于圆盘形导热件9上；所述的圆盘形导热件9由纯铜材料制成。参见图4，永久磁体部件3由7块扁柱状钕铁硼材料块材10、11、12构成；其中3块块材10直径50mm±5mm、厚10mm±2mm，2块块材11直径30mm±2mm厚10mm±2mm，2块块材12直径10mm±2mm、长20mm±5mm，表面磁场强度均为0.4T±0.005T。所述的7块圆盘形钕铁硼材料块材10、11、12沿垂直于各自平面的同一中心轴线呈左右对称紧靠排列，3块直径50mm±5mm的钕铁硼块材10相互紧靠处于中间，两边各自对称放置一块直径30mm±2mm的钕铁硼材料块材11，在最外面再对称各放一块直径10mm±2mm的钕铁硼材料块材12，利用永久磁体之间的相互吸引力构成一个整体，整个永久磁体部件重量为0.8公斤，距不锈钢真空罩外表面的可视悬浮高度为6毫米，距超导块材表面12毫米。
在试验运行前，所述的永久磁体部件3与真空罩2之间(按图1所示状态)用厚度为6毫米的泡沫塑料隔板隔开，然后开启制冷机进行降温，待超导部件冷却至临界温度以下时，抽去永久磁体部件3与真空罩2之间的隔板，永久磁体部件即悬浮在真空罩2上方。轻轻转动永久磁体部件3就可以观察超导磁悬浮效应的各种状态。
权利要求
1一种制冷机驱动型高温超导磁悬浮演示装置，包括一个冷源、一个置于冷源上的超导部件(4)和位于超导部件(4)上方的永久磁体部件(3)，其特征在于所述的制冷机(1)，超导部件(4)安置在制冷机(1)的冷头(5)上。
2根据权利要求1所述的制冷机驱动型高温超导磁悬浮装置，其特征在于所述的制冷机(1)为吉福特-麦克马洪(GM)型循环制冷装置，其压缩机、膨胀机和冷头(5)集合成一体。
3根据权利要求1或2所述的制冷机驱动型高温超导磁悬浮演示装置，其特征在于所述制冷机(1)的冷头(5)和置于其上的超导部件(4)均置于一防热辐射屏(6)之内，防热辐射屏(6)置于一个真空罩(2)之内，防热辐射屏(6)和真空罩(2)下端与制冷机冷头基座(7)固定连接。
4根据权利要求1所述的制冷机驱动型高温超导磁悬浮装置，其特征在于所述的超导部件(4)由六块正六边形熔融织构钇钡铜氧(YBCO)块材(8)拼合成闭合环后再与一块圆盘形导热件(9)粘合而成。
5根据权利要求1所述的制冷机驱动型高温超导磁悬浮装置，其特征在于所述的超导部件(4)的温度控制在20K至300K温区内，控温精度为±0.5度。
6根据权利要求1所述的制冷机驱动型高温超导磁悬浮装置，其特征在于所述的永久磁体部件(3)由一块钕铁硼圆盘和一块铜质配重盘粘合构成，或者由多块不同直径的钕铁硼圆盘通过其磁性相吸成一体构成。
全文摘要
本发明涉及一种制冷机驱动型高温超导磁悬浮演示装置。它包括一个冷源、一个置于冷源上的超导部件和位于超导部件上方的永久磁体部件。利用本发明提供的装置，能够直接长时间地观察超导磁悬浮效应而无需液氮制冷剂，只要接上电源就能够正常工作。本发明提供的装置还解决了液氮制冷型超导磁悬浮装置中永久磁体部件因接触制冷剂(或接触制冷机汽化过程中放出的冷气)而发生表面结霜，导致永久磁体温度降低而带来的性能变化等问题。
文档编号G09B23/00GK101025872SQ20071003878
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者徐克西, 邱静和 申请人:上海大学