动态超导磁体和磁悬浮列车的制作方法

1.本发明涉及超导磁体技术领域，尤其涉及一种动态超导磁体和磁悬浮列车。


背景技术：

2.随着科技不断进步，高速磁悬浮技术在社会生活、商业引用以及军事运用上的需求日益增加。目前主流的悬浮方式有以上海磁悬浮列车线路为代表的电磁悬浮技术，以美国空军holloman试验基地和日本山梨线为代表的电动悬浮技术和西南交通大学采用的钉扎悬浮技术。三种悬浮技术中仅电动悬浮技术实现了超过600km/h的高速目标。holloman试验基地和日本山梨线均采用超导磁体作为电动悬浮的励磁磁源，其磁场与地面感应装置(感应金属板或感应线圈)在高速下切割形成感应涡流，从而涡流磁场与磁源磁场相互作用，实现电动悬浮及导向功能。需要特殊说明的是，日本山梨线所用超导磁体不仅提供悬浮功能，也是推进系统的磁源，同时肩负推进的功能。
3.一般来说，高速运动的动态超导磁体将面临推进和悬浮过程中带来的载荷冲击，磁体内部线圈将在外部载荷的影响下振动，发生局部形变等，均会导致超导磁体内部产生局部热源，进而失去超导特性。超导磁体一旦失超，对于高速运动的系统而言将不再具备推进、悬浮和导向功能，对系统的安全性具有极大的危害。目前，仅能通过增加连接部件强化超导磁体内部线圈结构约束，提高线圈的刚度。但增加连接部件的同时也会提高超导磁体低温系统的漏热率。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种动态超导磁体和磁悬浮列车，能够解决现有技术中增加连接部件的同时会提高超导磁体低温系统的漏热率的技术问题。
5.本发明提供了一种动态超导磁体，其中，该动态超导磁体包括外杜瓦、内杜瓦、传力骨架背板、超导线圈、线圈骨架和磁源体，所述内杜瓦设置在所述外杜瓦内部且所述内杜瓦与所述外杜瓦之间为真空层，所述传力骨架背板设置在所述内杜瓦靠近轨道侧的内壁上，所述超导线圈绕制在所述线圈骨架上并设置在所述传力骨架背板上，所述磁源体设置在所述外杜瓦远离轨道侧的内壁上且不与所述内杜瓦连接，所述磁源体磁极与所述超导线圈励磁磁极相同。
6.优选地，所述磁源体为永磁体或超导体。
7.优选地，所述超导体为高温超导块材。
8.本发明还提供了一种磁悬浮列车，其中，包括上述的动态超导磁体。
9.优选地，所述动态超导磁体设置在所述列车的两侧，与轨道侧壁上设置的电机及悬浮感应装置相互作用，为列车提供推进、悬浮和导向力。
10.优选地，所述动态超导磁体设置在所述列车的底部，与轨道底部上设置的电机及悬浮感应装置相互作用，为列车提供推进、悬浮和导向力。
11.通过上述技术方案，可以利用额外的磁源体与超导磁体内部超导线圈形成电磁斥
力的方式，对超导磁体内部超导线圈进行强化固定。由此，无需增加连接约束部件就可以实现动态超导磁体线圈的无接触强化固定，提高线圈刚度，同时还可以避免系统的漏热。
附图说明
12.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的结构示意图；
14.图2示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的工作原理图；
15.图3示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的工作示意图。
具体实施方式
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
18.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
19.图1示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的结构示意图。
20.如图1所示，本发明实施例提供了一种动态超导磁体，其中，该动态超导磁体可以包括外杜瓦1、内杜瓦2、传力骨架背板3、超导线圈4、线圈骨架和磁源体5，所述内杜瓦2设置在所述外杜瓦1内部且所述内杜瓦2与所述外杜瓦1之间为真空层，所述传力骨架背板3设置在所述内杜瓦2靠近轨道侧的内壁上，所述超导线圈4绕制在所述线圈骨架上并设置在所述传力骨架背板3上，所述磁源体5设置在所述外杜瓦1远离轨道侧的内壁上且不与所述内杜瓦2连接，所述磁源体5磁极与所述超导线圈4励磁磁极相同。
21.也就是，磁源体5是以远离超导线圈4的方式设置在外杜瓦1内壁上的。例如，以图1
所示的内部结构的方向为基准，当超导线圈4设置在内杜瓦2右侧内壁上时，磁源体5设置在外杜瓦1左侧内壁上；类似地，当超导线圈4设置在内杜瓦2左侧内壁上时，磁源体5设置在外杜瓦1右侧内壁上。
22.其中，动态超导磁体可以设置在列车上，亦可以称为车载超导磁体。当动态超导磁体设置在列车上时，设置有超导线圈的那一面靠近轨道侧，设置有磁源体的那一面远离轨道侧。
23.通过上述技术方案，可以利用额外的磁源体与超导磁体内部超导线圈形成电磁斥力的方式，对超导磁体内部超导线圈进行强化固定。由此，无需增加连接约束部件就可以实现动态超导磁体线圈的无接触强化固定，提高线圈刚度，同时还可以避免系统的漏热。
24.本领域技术人员应当理解，图1所示的超导磁体内部结构旨在示出本发明的改进点，未对超导磁体内部其他固有的结构(如线圈骨架、结构支撑件、电气线路、低温系统管路等)进行描述，不同超导磁体可根据需求进行常规设计，本发明不对此进行限定。
25.根据本发明一种实施例，所述磁源体5可以为永磁体或超导体。
26.其中，所述超导体可以为高温超导块材，例如，第二代高温超导块材。
27.本领域技术人员应当理解，上述关于磁源体的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明，其他可控磁性物质也可以应用于本发明。
28.下面以磁源体5为第二代高温超导块材为例对本发明实施例所述的动态超导磁体进行描述。
29.超导线圈的磁场在励磁过程中具有磁场梯度。冷却后进入超导态的第二代高温超导块材，由于自身内部的晶体缺陷如空位、杂质、错位等形成钉扎中心，俘获磁通。当超导线圈开始励磁时，第二代高温超导块材所处的磁场环境开始变化，第二代高温超导块材内部产生感应电流，且由于第二代高温超导块材具有零电阻特性故电流一直存在。由楞次定律可知，产生的感应电流磁场将产生阻碍原超导线圈磁场增加的趋势，所以二者产生的磁场方向相反，磁极相同，产生斥力。
30.当使用第二代高温超导块材作为磁源体时，仅需安装即可，磁源体会根据线圈励磁方向自动生成与其产生斥力的磁极。同时，第二代高温超导块材位于车载超导磁体内部，与超导线圈可共用同一套低温冷却系统，无需增加额外设备。在超导线圈未进行励磁时，第二代高温超导块材对外不具备磁场特性，设备整体更加安全可靠。
31.图2示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的工作原理图。
32.如图2所示，车载动态超导磁体的内部线圈励磁后所产生的磁场极性例如可以为n、s极相间排布。安装于外杜瓦远离轨道侧的内壁上的磁源体磁极与超导线圈励磁磁极相同，二者间产生斥力，使超导线圈在斥力的作用下更好的固定在传力骨架背板上，从而可以减小因系统外界载荷而导致的局部振动产热，避免了超导磁体失超。
33.并且，本发明对励磁极性排布并无要求，只要磁源体的磁场与超导线圈产生的磁场方向相反即可。对于超导磁体中超导线圈的数目同样没有限制，图2中线圈的数量仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
34.本发明还提供了一种磁悬浮列车，其中，包括上述实施例所述的动态超导磁体。
35.图3示出了根据本发明实施例的一种动态超导磁体的工作示意图。
36.如图3所示，所述动态超导磁体6设置在所述列车的两侧，与轨道侧壁上设置的电
机及悬浮感应装置7相互作用，为列车提供推进、悬浮和导向力。
37.在图3所示的结构中，电机及悬浮感应装置仅利用超导磁体单边的磁场，对于超导磁体车载侧磁场没有特殊要求。
38.根据本发明一种实施例，所述动态超导磁体设置在所述列车的底部，与轨道底部上设置的电机及悬浮感应装置相互作用，为列车提供推进、悬浮和导向力。
39.举例来讲，动态超导磁体可以在列车的底部上表面或下表面对称设置，相应地，电机及悬浮感应装置对应于动态超导磁体在轨道底部设置。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
41.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
42.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
43.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。