一种气动高温超导磁悬浮轨道车系统的制作方法

本发明涉及超导磁悬浮轨道车技术领域，主要涉及超导磁悬浮轨道车驱动技术，更具体的说，是涉及一种气动高温超导磁悬浮轨道车系统。

背景技术：

随着世界首辆载人高温超导磁悬浮试验车于2000年在西南交通大学研制成功，进一步证实了高温超导体块材应用于磁悬浮车的可能性，越来越多的科学工作者开始投身超导磁悬浮相关领域深入研究，而无机械接触高速运行的超导磁悬浮轨道车是人们致力研究的课题之一。超导磁悬浮轨道车系统由高温超导体与永磁轨道两部分组成，其悬浮原理为高温超导体的完全抗磁性，即迈斯纳效应；再加上高温超导体本身的钉扎效应，从而实现无需任何控制系统将车体稳定的悬浮在永磁导轨上，能够实现自动转弯并始终沿着轨道前行。

目前大多常规悬浮轨道车的动力系统采用同步直线电动机的原理，车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道，当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

运用上述原理，常规磁悬浮轨道车的动力系统主要可分为：“长固定片”动力系统和“短固定片”动力系统两种。由于“长固定片”动力系统使用缠绕在导轨上的线性电动机作为高速磁悬浮列的驱动部件，致使其导轨制作成本极其昂贵；“短固定片”动力系统使用缠绕在被动轨道上的线性感应电动机(lim)作为驱动部件，由于lim过于沉重从而造成列车的有效负载能力降低，虽然该系统节省了导轨的制作成本但却提高了列车的运营成本。由此看来，上述两种动力系统均存在明显的不足之处。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服传统高温超导轨道车“长/短固定片”驱动系统所表现出的不足之处，提供一种气动高温超导磁悬浮轨道车系统，结构简单，安装方便，易于实现，降低了永磁轨道的制作成本，提高超导轨道车的有效负载能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种气动高温超导磁悬浮轨道车系统，包括遥控器、永磁轨道和超导轨道车，所述遥控器包括遥控盒、按键一、按键二、遥控电池和信号发射系统，所述永磁轨道由固定于支架上的环形铁轨构成，包括直道段、弯道段和坡度段，所述超导轨道车包括车型外壳，所述车型外壳前部内置有车体电池和信号接收系统，所述环形铁轨上均匀镶嵌有永磁铁块材，所述永磁铁块材沿环形铁轨的宽度方向成排分布，沿其长度方向成列分布；所述车型外壳顶部设置有注入孔，所述车型外壳尾部设置有采用空气驱动方式的动力系统，所述车型外壳底部设置有低温容器，所述低温容器包括容器室和向上的液氮罐装通道，所述液氮罐装通道与容器室内部连通，且穿过注入孔，所述容器室内均匀对称设置有高温超导块材。

所述永磁铁块材在环形铁轨上已矩阵的形式进行分布，以环形铁轨的长度方向为排，以环形铁轨的宽度方向为列，同一排中永磁铁块材的极性均相同，同一列中环形铁轨的极性变换次数小于或等于两次。

所述动力系统采用的空气驱动方式包括螺旋桨推动或喷气发动机或高压蒸汽驱动，所述动力系统采用螺旋桨推动时，其结构上包括电动机，电动机上连接有螺旋桨。

所述信号接收系统接收遥控器中信号发射系统所发出的指令，并控制动力系统完成相关指令，实现超导轨道车的推动。

所述低温容器由黄铜材料制成，外部包裹有泡沫板。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中动力系统采用空气动力驱动的方式取代同步直线电动机，克服了传统高温超导轨道车“长/短固定片”驱动系统所表现出的不足之处，以优化超导轨道车的驱动方式，通过促使空气流动，改变超导轨道车周边气压，从而使超导轨道车获得一个反作用力以实现控制超导轨道车的前进与后退；降低成本，结构简单，安装方便，易于实现；

(2)本发明中环形铁轨上均匀镶嵌有永磁铁块材，所述永磁铁块材沿环形铁轨的宽度方向成排分布，沿其长度方向成列分布，最外侧的永磁铁块材极性与中间相反，以形成磁束缚，使超导轨道车不会从永磁轨道上滑出，并能实现超导轨道车的自动转弯，使其始终沿着永磁轨道前行，降低了永磁轨道的制作成本；

(3)本发明车型外壳底部设置低温容器，低温容器内设置高温超导块材，当低温容器内罐装液氮后，高温超导块材降温至超导态，由于高温超导块材的完全抗磁性，超导轨道车能够悬浮于永磁轨道上，由于高温超导块材的钉扎效应，能实现无需任何控制系统，超导轨道车稳定地悬浮在永磁轨道上，能够提高超导轨道车的有效负载能力。

附图说明

图1是本发明中遥控器的外部结构图；

图2是本发明中遥控器的内部结构图；

图3是本发明中永磁轨道的结构图；

图4是图3中i部分的局部放大图；

图5是本发明中超导轨道车的透视图；

图6是本发明中超导轨道车的外部结构图；

图7是本发明中车型外壳的内部结构图；

图8是本发明中超导轨道车的仰视图；

图9是本发明中低温容器的结构图。

附图标记:

1遥控器；101遥控盒；102按键一；103按键二；104遥控电池；105信号发射系统；

2永磁轨道；201支架；202环形铁轨；202-1直道段；202-2弯道段；202-3坡度段；203永磁铁块材；

3超导轨道车；301车型外壳；302注入孔；303车体电池；304信号接收系统；305动力系统；305-1电动机；305-2螺旋桨；306低温容器；306-1容器室；306-2液氮罐装通道；306-3高温超导块材。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。

本发明的一种气动高温超导磁悬浮轨道车系统，包括遥控器1、永磁轨道2和超导轨道车3。如图1和图2所示，所述遥控器1包括遥控盒101，遥控盒101上设置有按键一102和按键二103，按键一102代表“前进”，按键二103代表“后退”，所述遥控盒101内设置有遥控电池104和信号发射系统105，遥控电池104采用9v电池，用于给信号发射系统105供电，信号发射系统105用于发出指令。

如图3和图4所示，所述永磁轨道2由固定于支架201上的环形铁轨202构成，所述环形铁轨202上均匀镶嵌有永磁铁块材203，所述永磁铁块材203在环形铁轨202上已矩阵的形式进行分布，以环形铁轨202的长度方向为排，以环形铁轨202的宽度方向为列，同一排中永磁铁块材203的极性均相同，同一列中环形铁轨202的极性变换次数最多不超过两次。本实施例中，所述永磁铁块材203沿环形铁轨202设置为六排，每排中永磁铁块材203的极性分别相同，每列中永磁铁块材203的排布方式均为s-n-n-n-n-s，每列中永磁铁块材203的极性变换为两次(“s-n”和“n-s”)，最外侧的永磁铁块材203极性与中间相反，以形成磁束缚，使超导轨道车3不会从永磁轨道2上滑出，并能实现超导轨道车3的自动转弯，使其始终沿着永磁轨道2前行。本实施例中，每个永磁铁块材203的规格为1.2cm×1.2cm×0.5cm，环形铁轨202的宽度为16cm、厚度为2cm。所述环型铁轨202包括直道段202-1、弯道段202-2和坡度段202-3，其中直道段202-1长度约为150cm，弯道段202-2为中心径150cm的半圆，坡度段202-3长度约为152.5cm，环形铁轨202总长约为1480cm。

如图5、图6和图7所示，所述超导轨道车3包括车型外壳301，所述车型外壳301顶部设置有注入孔302，所述车型外壳301前部内置有车体电池303和信号接收系统304，车体电池303采用9.6v/700mah充电电池组，用于给信号接收系统304及动力系统305供电。信号接收系统304用于接收遥控器1中信号发射系统105所发出的指令，并控制动力系统305完成相关指令，实现超导轨道车的推动。

所述车型外壳301尾部设置有动力系统305，动力系统305采用空气驱动方式，即通过促使空气流动，改变轨道车周边气压，从而使超导轨道车3获得一个反作用力，再通过超导轨道车3周边相对气压的控制，例如改变螺旋桨305-2转向或喷气方向等手段，来控制超导轨道车3的前进与后退。常见的空气驱动方式包括螺旋桨推动、喷气发动机、高压蒸汽驱动等，这些驱动方式均适用于本发明，例如本发明应用于大型的载人超导轨道车3时，可根据空气阻力、超导轨道车3的重量、成本等实际情况的不同而采用不同的最佳的空气驱动方式。在本实施例中，所述动力系统305采用螺旋桨推动，其结构上包括两个对称设置的两个电动机305-1，每个电动机305-1均连接有一个螺旋桨305-2，螺旋桨305-2直径约为10cm。信号接收系统304接收信号发射系统105所发出的指令后，控制动力系统305中电动机305-1的旋转进而控制螺旋桨305-2，实现对超导轨道车3的遥控控制。

如图8和图9所示，所述车型外壳301底部设置有低温容器306，所述低温容器306包括容器室306-1和一个向上的液氮罐装通道306-2，所述液氮罐装通道306-2与容器室306-1内部连通，且穿过注入孔302。所述低温容器306由黄铜材料制成，外部包裹一层泡沫板以起到保温的作用。所述容器室306-1可设置为“h”形状，每边约为20cm×4cm×2cm的长方体，液氮罐装通道306-2内径约为1.2cm，高度约为9.5cm。所述容器室306-1内均匀对称设置有高温超导块材306-3(即沿永磁轨道2方向排列)，每边设置为三块，每块所述高温超导块材306-3的直径约3cm、厚度约16mm。

本实施方案工作时，首先在环形铁轨202的水平直道段202-1上放置一块薄泡沫板，将超导轨道车3沿永磁轨道2方向置于薄泡沫板之上，通过液氮罐装通道306-2向容器室306-1中罐装液氮，使其中的高温超导块材306-3降温(-196℃)至超导态，由于高温超导块材306-3的完全抗磁性，超导轨道车3能够悬浮于永磁轨道2上；由于高温超导块材306-3的钉扎效应，能实现无需任何控制系统，超导轨道车3稳定地悬浮在永磁轨道2上。抽掉薄泡沫板，超导轨道车3在迈斯纳效应的作用下与永磁轨道2之间实现悬浮。当超导轨道车3实现悬浮时，其运动便不再受到与永磁轨道2的摩擦阻力，而仅受到空气阻力的影响，而相比于摩擦阻力，空气阻力要小很多。当该超导轨道车3在水平直道段202-1前进或在上坡时，通过遥控器1控制动力系统305的螺旋桨305-2正转，从而实现推动超导轨道车3前进和加速。当该超导轨道车3在水平直道段202-1倒退或在下坡时，通过遥控器1控制动力系统305的螺旋桨305-2反转，从而实现推动超导轨道车3后退或减速。

本实施方案中的螺旋桨305-2推动超导轨道车3总体重量约为1.3kg，处于工作状态时，在环形永磁轨道2上悬浮高度接近2～3mm，超导轨道车3可在永磁轨道2上持续运转5～8min(该时长由低温容器306中的液氮消耗量决定)。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。