拓扑轨道超导磁悬浮装置的制造方法_2

文档序号:8980967阅读:来源:国知局
0032]支承本体110可以由任何支承材料制成,优选由具有优良的导磁特性的软磁材料制成。例如,支承本体110可以是软磁支承本体,其由诸如铁之类的软磁材料制成。
[0033]如图2所示,第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140设置为呈旋转对称布置,旋转角度同支承本体110的正三角形相同,亦为120度。也就是说,绕中心旋转120度之后,第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140将彼此重合。这是因为如前所述,支承本体110具有将细长结构扭曲之后,再将其两端彼此连接而形成的形状。第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140采用与支承本体相同的旋转对称布置,可以确保支承本体110上的磁组件的连续性,不会在某处发生磁场突变。
[0034]具体而言,第一磁组件120包括第一永磁体122以及对称地设置在第一永磁体122的相对两侧的第二永磁体124和第三永磁体126。第二永磁体124和第三永磁体126可以具有与第一永磁体122相同或不同的尺寸。例如,第二永磁体124和第三永磁体126可以具有与第一永磁体122相同的厚度,从而提供平坦的表面,但是具有比第一永磁体122更小的宽度,这有助于在第一永磁体122上方形成后面详细论述的磁隧道。优选地,第二永磁体124和第三永磁体126可以具有彼此相同的尺寸和形状。第一永磁体122的磁化方向可以垂直于支承本体110的第一表面112,例如竖直向上。换言之,第一永磁体122的北极(N极)设置为向上,南极(S极)设置为向下。第二永磁体124和第三永磁体126中的每个的磁化方向可以设置为与第一永磁体122的磁化方向反平行。换言之,第二永磁体124和第三永磁体126中的每个的南极(S极)设置为向上,北极(N极)设置为向下。
[0035]第二磁组件130包括第一永磁体132以及对称地设置在第一永磁体132的相对两侧的第二永磁体134和第三永磁体136。第三磁组件140包括第一永磁体142以及对称地设置在第一永磁体142的相对两侧的第二永磁体144和第三永磁体146。如前所述,为了确保第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140的旋转对称设置,所以第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140每个的第一至第三永磁体具有相同的物理布置和磁场性质,因此此处不再对第二磁组件130和第三磁组件140进行详细描述。
[0036]虽然上面参照附图2描述了第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140的具体磁化方向设置,但是应理解,这只是示范性的。在另一实施例中,可以采用相反的磁化方向设置,例如第一磁组件120的第一永磁体122的磁化方向设置为竖直向下,第二永磁体124和第三永磁体126的磁化方向设置为竖直向上,第二磁组件130和第三磁组件140可以采用类似的磁化方向设置。
[0037]顾名思义,第一、第二和第三永磁体122、124、126、132、134、136、142、144 和 146均可以由永磁材料制成,例如由NdFeB材料制成。并且,第一、第二和第三永磁体122、124、126、132、134、136、142、144和146每个可包括多块磁体,其沿轨道延伸方向布置,并且粘接在轨道表面上。
[0038]支承本体110可以采用铸造锻造法整体形成,或者可以采用多个块材焊接而成。支承本体110还可以采用3D打印技术打印而成。
[0039]应理解的是,虽然这里参照图2的截面图描述了第一磁组件120、第二磁组件130和第三磁组件140,以及支承本体110的第一表面112、第二表面114和第三表面116,但是如前所述,就图1所示的轨道形状而言,亦可以说其只具有一个表面,因为如前所述,第一至第三表面112、114和116彼此连接成一个连续表面,从图1所示的表面上的A点行进三圈之后,即可回到A点。从该意义上,亦可以说支承本体110只具有一个表面,且磁悬浮轨道100只具有一个磁组件,其延伸在支承本体110的该一个表面上。应理解的是,这仅是描述方式的不同,无论如何描述,本实用新型的磁悬浮轨道100的形状、结构等是明确且清楚的。
[0040]图3示出图2所示的磁组件,例如第一磁组件120上方的磁场,即磁力线。如图3所示,磁力线从第一永磁体122的北极出发,分别到达第二永磁体124的南极和第三永磁体126的南极。在第一永磁体122上方磁场最强,向两侧朝向第二永磁体124和第三永磁体126,磁场逐渐减弱,然后在第二永磁体124和第三永磁体126上方磁场又变得较强,但是方向与第一永磁体122上方的磁场相反。
[0041 ] 图4示出当超导磁悬浮体150悬浮于第一磁组件120上方时,第一磁组件120上方的磁场分布。如图4所示,当超导磁悬浮体150处于超导状态时,其具有抗磁性(即迈斯纳效应),磁力线不能穿过超导磁悬浮体150。这样,在第一磁组件120上方的磁力线发生弯曲,形成一个隧道样的空间152,超导磁悬浮体150可以悬浮在该隧道空间152中。由于沿轨道延伸方向上,磁力线相同,所以悬浮的超导磁悬浮体150可以在该隧道中沿轨道方向自由移动。而在上、下、左和右另外四个方向上,超导磁悬浮体150移动时均需要克服磁力线做功,所以能将超导磁悬浮体150束缚在该隧道空间152中,而不会脱离磁悬浮轨道100。
[0042]图5不出第一磁组件120的横截面上的磁场分布。如图5所不,磁场在第一永磁体122上方最强,向两侧朝向第二永磁体124和第三永磁体126,磁场逐渐减弱,然后在第二永磁体124和第三永磁体126上方磁场又变得较强,只是方向与第一永磁体122上方的磁场相反。可以看出,通过在第一永磁体122的两侧设置第二永磁体124和第三永磁体126,并且将第二永磁体124和第三永磁体126的磁化方向设置为与第一永磁体122反平行,可以增大第一永磁体122两侧的分别与第二永磁体124和第三永磁体126的界面处的磁场梯度,从而加强对超导磁悬浮体150的磁束缚。
[0043]可以理解的是,其他结构的磁组件也是可行的。例如,磁组件可以包括单个磁体,其亦可以实现磁悬浮,但是具有较弱的磁束缚,因此稳定性较差。另一方面,磁组件可以具有更多永磁体,例如具有S-N-S-N-S结构,以提高悬浮于其上(或其下)的超导体的平稳性。
[0044]返回参照图1,由于磁悬浮轨道100具有旋转对称的横截面以及扭曲连接形状,所以其可以提供各种悬浮位置。例如,从图1所示的A点出发,超导磁悬浮体150行进三圈之后,将回到A点位置。在该行进过程中,可以将超导磁悬浮体150的轨迹分解为沿轨道轴前进和绕轨道轴旋转这两种运动,三圈之后,绕轨道轴旋转了一圈,即360度。因此在该过程中,超导磁悬浮体150经历了各种悬浮位置,从浮于轨道上方旋转到悬吊在轨道下方,再继续旋转回到浮于轨道上方。因此,通过提供磁悬浮轨道100,可以演示超导磁悬浮体150的各种不同的磁悬浮状态。而且,由于磁束缚,超导磁悬浮体150其始终被束缚在轨道的表面上方的磁隧道中,不会脱离轨道。
[0045]本实用新型的超导磁悬浮体150可包括非理想第II类超导体,或由其制成。第I类超导体具有完全排除磁通的迈斯纳效应,即完全抗磁性。它从迈斯纳态变为正常态时,不存在任何中间状态。第II类超导体由迈斯纳态变为正常态或处在临界磁场窗口内的磁场中由正常态转变为超导态时,需要经过一个中间混合态。处于中间混合态时,部分磁通可穿过超导体,属于抗磁性不完全的超导状态。第II类超导体又可以分为理想的第II类超导体和非理想第II类超导体。图6示出非理想第II类超导体的1-H特性曲线。如图6所示,当外磁场H小于下临界磁场Hcl时,非理想第II类超导体具有完全抗磁性;当外
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