适用于超导磁体的支撑结构、超导磁体及磁悬浮列车的制作方法

1.本发明属于磁浮列车超导磁体结构领域，涉及一种适用于超导磁体的支撑结构、超导磁体及磁悬浮列车。


背景技术：

2.低温超导磁体由容纳线圈的内槽和外槽构成，通常内槽由液氦冷却到4.2k左右的低温环境下工作，为维持低温超导的工作环境，在结构上通常将超导磁体放置在一个盛有液氦的容器中，即放置在内槽中，内槽放置在高真空、高热屏蔽的外槽中，外槽外部为室温环境300k。需尽量减少外槽外壁向内槽的热传递。为了将超导磁体线圈产生的驱动力传递出来，内槽与外槽之间的连接支撑结构，需要有较低的漏热量，才能保持内槽的低温状态，保证结构不失超；同时，外槽与车体相连，将磁体驱动力传递到车体上，传递较大的载荷，因此需要有足够的强度。为满足超导磁体在各种极限工况下能够安全运行，其支撑结构尺寸往往较大，就会引起系统漏热过大，反之就会造成结构强度不足。因此，在结构设计中高强度和低漏热是一对矛盾，做高强度低漏热支撑结构设计就是在两者之间找一个平衡点。
3.目前，专利申请cn201936715u公开了一种两端开有高温端连接螺纹和低温连接螺纹的吊杆结构，结构简单成本低，但是两端需要金属螺纹和隔套结构，漏热还有较大降低空间，且实心结构，径向承载能力相对不高。专利申请cn104779030a公开了一种超导磁体悬挂支撑结构，该支撑结构包括轴向支撑杆和径向支撑杆，结构强度高，但是结构相对复杂，所需安装空间较大，且漏热同样具有较大降低空间。可见，目前的超导磁体的支撑结构还无法很好兼顾高强度和低漏热，此外，随着低温超导磁体小尺寸设计空间的需求，提供一种适用于超导磁体小型安装空间的、且兼顾高强度和低漏热特性的支撑结构是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种适用于超导磁体的支撑结构、超导磁体及磁悬浮列车，能够解决现有技术中超导磁体的支撑结构在小型安装空间安装时无法兼顾高强度和低漏热特性的技术问题。
5.根据一方面，提供了一种适用于超导磁体的支撑结构，其中，该支撑结构包括：主体结构、第一固定盖板组件、第二固定盖板组件、第一连接组件、第二连接组件、第一支撑体和第二支撑体，主体结构为复合材料制成的筒状结构，所述筒状结构沿其轴向方向依次划分为光滑过渡的第一收缩段、等直段和第二收缩段，第一收缩段和第二收缩段均呈喇叭形，第一收缩段和第二收缩段还均朝向等直段逐渐收缩，所述等直段为中空的圆柱筒；第一固定盖板组件周向贴合设置在第一收缩段的外侧；第二固定盖板组件周向贴合设置在第二收缩段的外侧；第一连接组件与第一固定盖板组件相配合，用于将第一固定盖板组件、第一收缩段与超导磁体的内槽连接固定，第一固定盖板组件通过第一连接组件将第一收缩段压紧在超导磁体的内槽上；第二连接组件与第二固定盖板组件相配合，用于将第二固定盖板组件、第二收缩段与超导磁体的外槽连接固定，第二固定盖板组件通过第二连接组件将第二
收缩段压紧在超导磁体的外槽上；第一支撑体与第一收缩段随形设计，第一支撑体套设在第一收缩段内，且在第一连接组件和第一固定盖板组件的作用下，压紧在超导磁体的内槽上，第一支撑体用于限制主体结构的滑动；第二支撑体与第二收缩段随形设计，第二支撑体套设在第二收缩段内，且在第二连接组件和第二定盖板组件的作用下，压紧在超导磁体的外槽上，第二支撑体用于限制主体结构的滑动。
6.进一步地，所述复合材料为纤维增强树脂复合材料，其中，所述中空的圆柱筒中纤维材料沿圆柱筒周向铺层；呈喇叭形的第一收缩段和第二收缩段中纤维沿结构形状变化铺层。
7.进一步地，所述第一支撑体与第一收缩段的内壁向相粘接，所述第一支撑体具有粗糙表面，所述第一支撑体通过摩擦或粘接力限制主体结构的滑动。
8.进一步地，所述第二支撑体与第二收缩段的内壁向相粘接，所述第二支撑体具有粗糙表面，所述第二支撑体通过摩擦或粘接力限制主体结构的滑动。
9.进一步地，所述第一固定盖板组件包括第一固定盖板和第二固定盖板，第一固定盖板和第二固定盖板均贴合设置在第一收缩段的外侧。
10.进一步地，所述第二固定盖板组件包括第三固定盖板和第四固定盖板，第三固定盖板和第四固定盖板均贴合设置在第二收缩段的外侧。
11.进一步地，所述多个第一连接组件包括多个螺栓；所述多个第一连接组件包括多个螺栓。
12.根据另一方面，提供了一种超导磁体，所述超导磁体包括内槽和外槽，以及设置在内槽和外槽之间的上述支撑结构。
13.根据又一方面，提供了一种磁悬浮列车，所述磁悬浮列车包括上述的超导磁体。
14.应用本发明的技术方案，提供了用于超导磁体的支撑结构，通过设计主体材料采用复合材料制备，并设计主体结构的组成使得主体结构具有较小截面积，两者相配合使得该主体结构具有较低的漏热量；通过设计主体结构的第一收缩段和第二收缩段均呈喇叭形以及等直段为中空的圆柱筒，其中，两端的收缩段具有较好的轴向支撑强度，中间的等直段设计使得在承受拉压载荷时，结构变形相对较低，能够保持足够的刚度；同时该主体结构的两端采用盖板组件和支撑体固定，主体结构作为主要承载部分并与盖板组件和支撑体相配合，能够有效避免复合材料轴向变形，在承担较大轴向力情况下，保持了较好的稳定性和承载能力；并且，处于内部的支撑体与主体结构接触面积较大，可以胶粘，且有连接组件贯穿连接，能够实现较高的连接强度，承受更大的轴向和径向载荷；此外，对于狭小空间，本发明支撑结构紧凑，即使在狭小空间下，通过主体结构与盖板组件、支撑体以及连接组件相配合，也能兼顾高强度和低漏热特性。综上，本发明通过设计特殊结构的主体结构，并与盖板组件、支撑体以及连接组件相配合，使得该支撑结构能够充分利用复合材料的面内强度和刚度，实现了支撑结构在狭小空间的高剪切、拉伸强度和低漏热量。
附图说明
15.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。
16.图1示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁体的支撑结构的截面图；
17.图2示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁体的支撑结构的端面图；
18.图3示出了根据本发明的具体实施例提供的超导磁体的支撑结构的组装图；
19.图4示出了根据本发明的具体实施例提供的主体结构的结构示意图；
20.图5示出了根据本发明的具体实施例提供的第一固定盖板的结构示意图；
21.图6示出了根据本发明的具体实施例提供的第一支撑体的结构示意图。
22.10、主体结构；11、第一收缩段；12、等直段；13、第二收缩段；20、第一固定盖板组件；21、第一固定盖板；22、第二固定盖板；30、第二固定盖板组件；31、第三固定盖板；32、第四固定盖板；40、第一支撑体；50、第二支撑体。
具体实施方式
23.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。
24.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。
25.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。
26.如图1至图6所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种适用于超导磁体的支撑结构，其中，该支撑结构包括：主体结构10、第一固定盖板组件20、第二固定盖板组件30、第一连接组件、第二连接组件、第一支撑体40以及第二支撑体50；所述主体结构10为复合材料制成的筒状结构，所述筒状结构沿其轴向方向依次划分为光滑过渡的第一收缩段11、等直段12和第二收缩段13，第一收缩段11和第二收缩段13均呈喇叭形，第一收缩段11和第二收缩段13还均朝向等直段12逐渐收缩，所述等直段12为中空的圆柱筒；第一固定盖板组件20周向贴合设置在第一收缩段11的外侧；第二固定盖板组件30周向贴合设置在第二收缩段13的外侧；第一连接组件与第一固定盖板组件20相配合，用于将第一固定盖板组件20、第一收缩段11与超导磁体的内槽连接固定，第一固定盖板组件20通过第一连接组件将第一收缩段
11压紧在超导磁体的内槽上；第二连接组件与第二固定盖板组件30相配合，用于将第二固定盖板组件30、第二收缩段13与超导磁体的外槽连接固定，第二固定盖板组件30通过第二连接组件将第二收缩段13压紧在超导磁体的外槽上；第一支撑体40与第一收缩段11随形设计，第一支撑体40套设在第一收缩段11内，且在第一连接组件和第一固定盖板组件20的作用下，压紧在超导磁体的内槽上，第一支撑体40用于限制主体结构10的滑动；第二支撑体50与第二收缩段13随形设计，第二支撑体50套设在第二收缩段13内，且在第二连接组件和第二定盖板组件30的作用下，压紧在超导磁体的外槽上，第二支撑体50用于限制主体结构10的滑动。
27.也即，如图4所示，本实施例的主体结构10为两端粗、中间细的筒状结构，两端呈喇叭口形状。此外，由于第一支撑体40和第二支撑体50分别与第一收缩段11和第二收缩段13随形设计，如图6所示，第一支撑体40的形状为喇叭口形状，同样的第二支撑体50的形状也为喇叭口形状。
28.本实施例中，主体结构10为主要传力部件，承担轴向的拉压载荷和径向剪切载荷，一端连接到超导磁体的内槽，另一端连接到超导磁体的外槽。第一固定盖板组件20、第二固定盖板组件30、第一支撑体40以及第二支撑体50组成支撑结构的连接件，并与第一连接组件、第二连接组件相配合，第一固定盖板组件20、第二固定盖板组件30分别通过第一连接组件和第二连接组件将主体结构10压紧在内槽和外槽上，避免主体结构10的滑动；支撑体和固定盖板组件组成的固定结构，限定了主体结构10在径向的结构变形，充分发挥了主体结构10在轴向和径向的承载能力。
29.应用此种配置方式，提供了一种用于超导磁体的支撑结构，一方面，通过设计主体材料采用复合材料制备，并设计主体结构10的组成使得主体结构10具有较小截面积，两者相配合使得该主体结构10具有较低的漏热量；另一方面，通过设计主体结构10的第一收缩段11和第二收缩段13均呈喇叭形以及等直段12为中空的圆柱筒，其中，两端的收缩段具有较好的轴向支撑强度，中间的等直段12设计使得在承受拉压载荷时，结构变形相对较低，能够保持足够的刚度；同时该主体结构10的两端采用盖板组件和支撑体固定，主体结构10作为主要承载部分并与盖板组件和支撑体相配合，能够有效避免复合材料轴向变形，在承担较大轴向力情况下，保持了较好的稳定性和承载能力；并且，处于内部的支撑体与主体结构10接触面积较大，可以胶粘，且有连接组件贯穿连接，能够实现较高的连接强度，承受更大的轴向和径向载荷；此外，对于狭小空间，本发明支撑结构紧凑，即使在狭小空间下，通过主体结构10与盖板组件、支撑体以及连接组件相配合，也能兼顾高强度和低漏热特性。
30.在上述实施例中，为了进一步保证主体结构10的强度和承载能力，第一收缩段11、第二收缩段13和等直段12均为等厚度设计。
31.在上述实施例中，为了保证主体结构10的结构强度和刚度、以及低漏热量，所述复合材料为纤维增强树脂复合材料，其中，所述中空的圆柱筒中纤维材料沿圆柱筒周向铺层；呈喇叭形的第一收缩段11和第二收缩段13中纤维沿结构形状变化铺层。
32.本实施例中的上述纤维铺层方式保证了主体结构10的强度和刚度，并且，上述的纤维增强树脂复合材料优选具有较低漏热量的复合材料。
33.在上述实施例中，为了进一步提升连接强度，所述第一支撑体40与第一收缩段11的内壁向相粘接，所述第一支撑体40具有粗糙表面，所述第一支撑体40通过摩擦或粘接力
限制主体结构10的滑动。
34.也即，所述第一支撑体40与第一收缩段11采用胶粘连接，进一步提高了两者的连接强度并限制了主体结构10的滑动，同时通过设计第一支撑体40具有粗糙表面，进一步限制主体结构10的滑动。
35.在上述实施例中，为了进一步提升连接强度，所述第二支撑体50与第二收缩段13的内壁向相粘接，所述第二支撑体50具有粗糙表面，所述第二支撑体50通过摩擦或粘接力限制主体结构10的滑动。
36.也即，所述第二支撑体50与第二收缩段13采用胶粘连接，进一步提高了两者的连接强度并限制了主体结构10的滑动，同时通过设计第二支撑体50具有粗糙表面，进一步限制主体结构10的滑动。
37.在上述实施例中，为了操作的方便性，所述第一固定盖板组件20包括第一固定盖板21和第二固定盖板22，第一固定盖板21和第二固定盖板22均贴合设置在第一收缩段11的外侧。
38.作为本发明一种具体实施例，如图5所示，第一固定盖板21设计为半圆形结构，同样的第二固定盖板22也设计为半圆形结构，也即将第一固定盖板组件20拆分为两块半圆形的结构，两者均具有粗糙表面，在主体结构10安装完成后，采用第一固定盖板21和第二固定盖板22压紧，通过固定盖板与主体结构10之间的摩擦力以及第一连接组件阻止主体结构10滑出。
39.在上述实施例中，为了操作的方便性，所述第二固定盖板组件30包括第三固定盖板31和第四固定盖板32，第三固定盖板31和第四固定盖板32均贴合设置在第二收缩段13的外侧。
40.作为本发明一种具体实施例，第三固定盖板31和第四固定盖板32均设计为如图5所示的半圆形结构，两者均具有粗糙表面，在主体结构10安装完成后，采用第三固定盖板31和第四固定盖板32压紧，通过固定盖板与主体结构10之间的摩擦力以及第二连接组件阻止主体结构10滑出。
41.在上述实施例中，为了实现固定盖板组件、主体结构10和内槽、外槽的连接，所述多个第一连接组件包括多个螺栓；所述多个第一连接组件包括多个螺栓。
42.作为本发明一种具体实施例，第一收缩段11和第二收缩段13的边缘均打孔设计，用于多个螺栓的安装固定，同时，相应的第一盖板组件和第二盖板组件也对应进行打孔设计。
43.根据另一实施例，提供一种超导磁体，所述超导磁体包括内槽和外槽，以及设置在内槽和外槽之间的上述支撑结构。
44.其中，上述支撑结构设置在超导磁体的内槽和外槽之间，配合其它支撑连接件，将内槽线圈产生的驱动力和制动力传递到外槽，实现整车的加速、减速和制动。
45.根据本发明另一实施例还一种磁悬浮列车，所述磁悬浮列车包括上述的超导磁体。
46.综上，为了解决小尺寸支撑结构的强度问题和漏热问题，本发明实施例提供一种适用于超导磁体的支撑结构，通过主体结构10形状及固定连接件(固定盖板组件、支撑体和连接组件)设计，充分利用复合材料的面内强度和刚度，实现结构的高剪切、拉伸强度和低
漏热量，该支撑结构紧凑，即使在狭小空间下，通过主体结构10与盖板组件、支撑体以及连接组件相配合，也能兼顾高强度和低漏热特性。并且该结构克服了复合材料在铺层间的强度问题，将复合材料主体结构10设计成曲面中空结构，并采用固定连接件进行连接，进一步提高了结构连接强度和刚度，且结构采用低漏热复合材料，截面积较小，能够实现较低的漏热量。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。