本发明涉及一种用于被整合到磁悬浮运输系统中的低温恒温器，该低温恒温器包括至少一个超导元件，以及护套，每个超导元件被安置在护套内部，该低温恒温器适用于将每个超导元件维持在期望的温度超导元件，并且护套沿纵向轴线延伸。
本发明还涉及一种包括这种低温恒温器的磁悬浮运输车辆，以及包括这种车辆的磁悬浮运输系统。
背景技术：
在磁悬浮运输系统的领域中，已知的是使用包括能够与磁轨相互作用的磁悬浮装置的磁悬浮车辆，以便将车辆保持成悬浮在轨道上。磁悬浮装置通常包括低温恒温器、至少一个超导元件以及被布置在所述低温恒温器中的、用于对每个超导元件进行冷却并将每个超导元件维持在期望的温度的冷却剂。每个超导元件和磁轨之间的相互作用引起磁悬浮力，该磁悬浮力被施加在轨道和每个超导元件之间并使车辆悬浮在磁轨上方。
这种超导元件例如在文献ep1390992b1中已描述，该文献描述了能够被使用在悬浮系统中的、基于二硼化镁的超导元件。然而，当这种超导元件被定位在磁轨上方时，即当被浸入一个磁感应场时所感生的悬浮力是有限的并且不足以将诸如为轨道车辆的车辆保持为悬浮。
因此，已知的是制造包括若干超导元件的低温恒温器，以使得低温恒温器能够感生足以使轨道车辆能够悬浮的悬浮力。然而，这种低温恒温器是昂贵的，并且当被布置在磁轨上方时会感生出相对于它们的尺寸有限的悬浮力。实际上，在这种低温恒温器中，为了在低温恒温器与感应磁场相互作用时增加能够由低温恒温器感生的悬浮力，有必要增加低温恒温器的尺寸以便增加被包含在低温恒温器中的超导元件的数量。
因此，本发明的目的在于提出一种包括超导元件的低温恒温器，该低温恒温器具有更低的制造成本并且能够在其与感应磁场相互作用时感生出尤其相对于其尺寸被优化了的悬浮力。
技术实现要素：
为此，本发明涉及一种前述类型的低温恒温器，其特征在于，每个超导元件沿纵向轴线的长度介于护套的长度的30％到100％之间，并且每个超导元件为由超导体材料制成的块状元件(élémentmassif)。
由于本发明，制造成本以及由低温恒温器引入的悬浮力被改善，尤其在低温恒温器被定位在磁轨上时被改善。实际上，与低温恒温器的尺寸相比，每个超导元件具有相当长的长度的事实使得被布置在低温恒温器的护套中的超导元件的数量能够最小化，同时对能够由低温恒温器感生的悬浮力进行优化。
根据本发明的有利的但可选的方面，这种低温恒温器进一步包括下述特征中的一个或多个，所述特征可单独地或者以任何技术上可行的组合进行考虑：
-每个超导元件由二硼化镁制成；
-每个超导元件在与低温恒温器的竖直轴线垂直的水平切面中具有呈穿孔表面形式的水平截面；
-水平截面所具有的面积介于由水平截面的外轮廓限定的整个表面的面积的2％到75％之间，优选地，该水平截面所具有的面积介于由水平截面的外轮廓限定的整个表面的面积的5％到30％之间；
-水平截面具有整体为矩形或椭圆形的内轮廓和外轮廓；
-超导元件沿低温恒温器的与纵向轴线垂直的横向轴线占据护套34的宽度的60％到100％之间；
-护套的长度介于30cm到3m之间，优选地介于40cm到150cm之间。
本发明还涉及一种磁悬浮运输车辆，该磁悬浮运输车辆包括至少一个如上限定的低温恒温器，该低温恒温器意在被定位成面向磁轨，车辆能够在所述磁轨上方移动。
本发明进一步涉及一种磁悬浮运输系统，包括：磁轨，磁轨包括永磁体以及多个独立的铁磁元件，每个铁磁元件限定出磁南极或磁北极；以及磁悬浮车辆，其特征在于，磁悬浮车辆是如上限定的磁悬浮运输车辆，并且每个低温恒温器能够与由磁轨感生的磁感应场相互作用。
有利地，每个低温恒温器的超导元件的数量等于沿与磁轨垂直的横向切面介于两个永磁体之间的铁磁元件的数量。
附图说明
根据仅以非限制性示例提供并且参照附图给出的以下说明，本发明将被更好地理解并且本发明的其它优点将显现，在附图中：
图1为根据本发明的磁悬浮运输系统的、沿垂直于磁轨穿过超导体的端部面的第一横向切面p1的局部示意性视图，该磁悬浮运输系统包括磁轨以及设置有低温恒温器的磁悬浮车辆，该超导体沿纵向轴线x被整合到低温恒温器中；
图2为图1的低温恒温器的、沿穿过低温恒温器的几何中心的第二横向切面p2的示意性视图；以及
图3为图1和图2的低温恒温器的、沿与磁轨平行的水平切面p3的示意性视图。
具体实施方式
图1所示的磁悬浮运输系统10包括磁轨12和磁悬浮车辆14。
在图1中，磁轨12的单个导轨16被示出。
导轨16包括多个永磁体18，以及被永磁体18磁化的外铁磁元件20和内铁磁元件22。
有利地并且如图1所示，导轨16处于海尔贝克(halbach)构型，并且沿与轨道12垂直的横向轴线y由交替的永磁体18以及外铁磁元件20和/或内铁磁元件22构成。
在图1中，在永磁体18上示出了极化箭头24，并且表明了永磁体18的南/北极轴，即表明了永磁体18的极化。
永磁体18产生了磁感应场b1，该磁感应场未被示出，也被称为导轨16的磁感应场。
外铁磁元件20被定位在导轨16的外边缘25a、25b上。
内铁磁元件22被定位在外边缘25a、25b之间。内铁磁元件22沿横向轴线y各自介于两个永磁体18之间。更具体地，内铁磁元件22各自紧贴在两个永磁体18之间。
内铁磁元件22进一步各自沿横向轴线y和与磁轨12垂直的竖直轴线z支撑在永磁体18上。
外铁磁元件20和内铁磁元件22面向车辆14被布置在导轨16的上部。
外铁磁元件20和内铁磁元件22由例如为钢的铁磁材料制成，并且根据它们旁边的永磁体18的极性而形成南极或北极。
更具体地，当在铁磁元件旁边的永磁体18的极化箭头24指向铁磁元件20、22时，每个铁磁元件20、22形成北极。
同样地，当在铁磁元件20、22旁边的永磁体18的极化箭头24指向与铁磁元件20、22相反的方向时，每个铁磁元件20、22形成南极。
外铁磁元件20和内铁磁元件22使得能够将磁感应场b1引导朝向车辆14和导轨16的上表面，以使车辆14与磁感应场b1相互作用。
磁悬浮车辆14包括列车26以及低温恒温器28，低温恒温器被布置在列车26的下部，以便被定位成面向磁轨12并且更具体地面向导轨16。
更一般地，并且以未示出的方式，车辆14包括多个列车26，每个列车设置有至少两个低温恒温器28，每个低温恒温器28面向磁轨12的导轨16中的一个。
列车26包括用于对低温恒温器28进行冷却的系统30，该系统适用于对在低温恒温器28中循环的冷却剂c进行制冷。
冷却系统30例如能够将冷却剂c维持在期望的温度，该温度例如约为30开尔文(k)。
低温恒温器28包括壳体32、护套34以及被包括在壳体32中的两个超导元件36。护套34是一种内部护套，并且包含有超导元件36和冷却剂c。
因此，低温恒温器28适用于使用冷却剂c来将每个超导体36维持在期望的温度。
低温恒温器28包括被布置在壳体32和护套34之间的热绝缘体38。
低温恒温器28被机械地固定到列车26。
护套34在冷却系统30的帮助下并且经由冷却剂c循环管40被供给有冷却剂c，冷却剂例如为液氦。
护套34沿与第一横向切面p1垂直并平行于磁轨12的纵向轴线x延伸。护套34沿纵向轴线x测量的长度l1例如介于30cm到3m之间，优选地，介于40cm到150cm之间。
护套34沿横向轴线y测量的宽度约为导轨16的宽度，例如介于15cm到40cm之间。
每个超导元件36被布置在护套34的下部，并且意在被定位在导轨16的上方。
有利地，超导元件36的数量等于内铁磁元件22的数量。
每个超导元件36被布置成面向沿横向切面p1介于两个永磁体18之间的内铁磁元件22中的一个，并且有利地沿横向轴线y以相应的内铁磁元件22为中心。
如图3所示，每个超导元件36沿纵向轴线x测量的长度l2介于护套34的长度l1的30％到100％之间。有利地，每个超导元件36的长度l2约为护套34的长度l1的90％。
如图2所示，每个超导元件36具有的沿竖直轴线z测量的高度h2介于0.3cm到15cm之间，优选地介于0.5cm到5cm之间。
有利地，每个超导元件36沿横向轴线y测量的宽度w2介于护套34的宽度w1的30％到50％之间，并且超导元件36沿横向轴线y占据护套34的宽度的60％到100％。
每个超导元件36由二硼化镁(mgb2)制成，并且有利地为固体二硼化镁元件。固体二硼化镁元件是指形成结构单一部件的、未关联有保持器的元件，并且基本由二硼化镁制成，例如具有超过95％的二硼化镁。
替代性地，每个超导元件36由不同于二硼化镁的超导材料制成，诸如为铜酸盐(cuprates)族或磷属元素化合物(pnictures)族的成员。
更一般地，每个超导元件36为固体超导材料元件。
每个超导元件36例如通过模具而获得，二硼化镁在模具内被压紧，随后被加热。用于制造超导元件的方法例如已在us7,569,520或us2007/0123427中描述。
如图3所示，每个超导元件36呈围绕与竖直轴线z平行的中心轴线延伸的管的形式。换言之，每个超导元件36具有沿相应的中心轴线的通孔，从而形成穿孔(ajourée)的中心部件41。
换言之，每个超导元件36在水平切面p3中具有水平截面s1，该水平截面呈穿孔矩形的形式。
水平截面s1由外轮廓42以及围绕图3中的矩形穿孔中心部件41的内轮廓44来限定。
换言之，外轮廓42和内轮廓44整体为矩形，并围绕相应的中心轴线被定位。
水平截面s1具有介于由外轮廓42限定的整个表面的面积的2％到75％之间的面积，优选地，水平截面s1具有介于由外轮廓42限定的整个表面的面积的5％到30％之间的面积。
同样地，如图2所示，每个超导元件36在第二横向切面p2中具有横向截面s2，该横向截面由两个矩形面形成，该两个矩形面通过穿孔中心部件41而彼此分开。矩形面中的每个沿横向轴线y测量的厚度e2是相同的，并且沿纵向轴线x是整体恒定的。
有利地，每个矩形面沿纵向轴线x具有相同且恒定的面积，该面积介于由每个超导元件的宽度w2和高度h2的乘积即w2*h2产生的面积的5％到30％之间。
每个超导元件36的尺寸适于在车辆14被布置在导轨16上时在车辆14上并且尤其是在列车26上感发出具有优化值的磁悬浮力。
更一般地，低温恒温器28包括具有被优化的形状和尺寸的超导元件36以在低温恒温器16处于导轨16上时，即当低温恒温器28与由导轨16产生的磁感应场b1相互作用时感发出具有优化值的磁悬浮力f。
磁悬浮力f被施加在形成磁感应场源b1的导轨16和每个超导元件36之间。
当超导元件与磁感应场b1相互作用时，磁悬浮力f为超导元件36的磁矩的递增函数。更具体地，当超导元件36被浸于磁感应场b1中并承受易于改变它们相对于导轨16的位置的、诸如为它们的重量或列车的重量的力时，超导元件36的磁矩由超导元件36中产生的电流而感发。然而根据楞次定律，所产生的电流产生与由导轨16产生的磁感应场b1相反的磁感应场，从而引起磁悬浮力f以使悬浮现象出现并解释了悬浮现象。
因此，当超导元件36与导轨16的磁感应场b1相互作用时，超导元件36的磁矩越大，悬浮力f越大。
然而对于每个超导元件36来说，磁矩大致与因数p成比例：
p＝w2*l22+l2*w22。
因此，尤其与通常在现有技术中被观察到的彼此并排布置以形成具有宽度w2和长度l2的面的多个超导体36相比，超导元件36的尺寸使得能够产生被优化的悬浮力f。
更具体地，包括具有面向磁源的预定面积的面的超导元件的磁矩大于限定出的面相当于具有所述预定面积的面的多个超导元件的磁矩。结果，可由低温恒温器28感发的、为每个超导元件36的磁矩的递增函数的悬浮力f被改善。
此外，冷却剂c的使用有助于车辆14的悬浮，这在于将超导元件36冷却成低于它们的临界温度，在所有其他条件保持相同的情况下，这使得能够穿过超导元件而不使它们丧失它们的超导性质的电流密度能够增加。超导元件36的磁矩是穿过它们的电流密度的递增函数，通过冷却剂c来冷却超导元件36使得能够增加磁矩并因此增加悬浮力f。
此外，超导元件36具有呈穿孔表面形式的水平截面s1使得能够节省材料并减小每个超导元件36的重量，同时整体上维持与当超导元件具有非穿孔水平截面时的悬浮力相同的悬浮力f。实际上，在每个超导元件36中所感发的电流起源于超导元件36的外周，并且超导元件的非穿孔中心部件中的电流通常是微不足道的。
由于每个超导元件36的重量和制造成本被减小，因此低温恒温器28具有被优化的重量和制造成本，并且能够感发被优化的悬浮力。
用于给定质量的磁悬浮所必需的低温恒温器28的数量例如通过因数4或5而减小，这是由于能够由低温恒温器28所感发的悬浮力f被优化。
因此，用于使车辆悬浮所必需的低温恒温器28的数量被减小，制造车辆14的成本也被减小。
此外，每个超导元件36具有固体二硼化镁结构的事实使得在低温恒温器28被定位在导轨16上时能够在每个超导体36中提供被优化的磁矩，并且尤其是大于能够由诸如为线或带的超导元件的组件所获得的磁矩。
替代性地，每个超导元件36在水平切面p3中具有限定出椭圆形或圆形的内轮廓和外轮廓的、整体为环形的穿孔表面。
根据一替代性实施例，超导元件36的数量是内铁磁元件22的数量的多倍，并且超导元件36沿护套34的纵向方向x被分布，有利地，它们的纵向轴线与内铁磁元件22延伸的方向对齐。
仍根据另一替代性实施例，用于每个低温恒温器28的超导元件36的数量介于1到12之间。
根据另一替代性实施例，冷却系统30被包含在低温恒温器28中。
根据另一替代性实施例，每个超导元件36在水平切面p3中具有呈固体表面形式的水平截面。
仍根据另一替代性实施例，磁轨12并且尤其是导轨16处于除所描述的海尔贝克构型以外的构型，诸如包括多于两个内极化部件22的海尔贝克构型，或者具有单个内极化部件22的成形器磁通(fluxshaper)构型。
根据另一未示出的替代性实施例，磁轨12是一种单轨，并且包括单个导轨16。
由于超导元件36的尺寸以及超导元件36的中心的穿孔的相对增加，低温恒温器28使得能够在一方面改善磁悬浮系统的悬浮力，该磁悬浮系统具有相当于当前解决方案的体积的超导体，并且在另一方面减小了为获得相同悬浮力而被实施的超导体36的制造成本。
实施例和上文考虑的替代方案可以彼此组合以产生本发明的新的实施例。