基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统的制作方法

本发明涉及一种电磁动力装置，特别是涉及一种磁悬浮装置，应用于维持无摩擦、无接触悬浮的平衡状态的特种装置和系统技术领域。

背景技术：

超导磁悬浮从原理上分为两大类，其一是利用超导线圈产生磁场与其他线圈磁力进行相互排斥，实现磁悬浮现象，其二是利用超导体本身的迈斯纳效应，即对外界磁场的抗磁通现象，从而实现磁浮效果，磁悬浮技术使物体处于一个无摩擦、无接触悬浮的平衡状态，它集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化高新技术。伴随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和转子动力学的进一步的研究，磁悬浮技术将会得到广泛的应用。

超导磁悬浮可以在电机、储能、交通运输和国防科技中具有广泛应用前景。利用超导线圈产生磁场与其他线圈磁力进行相互排斥而现实磁悬浮可实现大功率储能和高速列车，如日本超导磁悬浮山梨试验线，兆瓦级的飞轮储能等。而目前市场上的超导磁悬浮演示装置主要利用超导体本身的迈斯纳效应，即对外界磁场的抗磁通现象，从而实现磁浮效果。超导体除了零电阻之外，还有另一个基本性质，即抗磁性，又称迈斯纳效应，Meissner effect。在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。目前普遍使用的超导体为ReBaCuO超导块材，Re为稀土元素。一般的粉末烧结制备的多晶块体超导材料，由于晶界弱链接导致磁悬浮效果差。要获得良好磁悬浮效果，人们一般通过子晶控制块状材料的熔融生长中的取向，实现单畴结构的超导块体。但织构块体制备困难，使用原材多而昂贵，成品率低，且定向生长取得c轴织构但在ab平面其晶体取向难以控制，存在面内取向不好的情况，这样难以实现很好的磁悬浮效果，而且块体超导材料自身对质量的要求较高，影响悬浮效率。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，利用外延生长高温超导薄膜及其涂层导体晶体取向的高度双轴织构特性，实现超导体抗磁通性能的良好表现。高度织构取向的高温超导薄膜及其涂层导体经过层状交替叠加形成本发明悬浮体整体结构，在永久磁体上可实现大面积的、高显示度的悬浮效果，使本发明高温超导磁悬浮系统具有自身重量低、设计面积大、用材简单、成本低廉和效果显著等优点。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，包括悬浮体、低温容器和永久磁体块材，悬浮体的主体结构由高温超导薄膜或高温超导带材采用层状交替叠加组合方式构成，悬浮体固定设置在低温容器的内部并与低温容器结合为一体，在低温容器内，维持悬浮体处于超导状态的温度条件，使悬浮体在超导状态下相对于永久磁体块材处于悬浮状态。

作为优选的技术方案，悬浮体设置于永久磁体块材的上方、下方和侧方中的任意一种位置，或悬浮体设置于相应的永久磁体块材的上方、下方和侧方中的任意几种位置。

作为上述技术方案进一步优选的技术方案，悬浮体设置于永久磁体块材的内孔工作腔内，形成磁悬浮轴承的转动支撑机械结构。

作为上述技术方案进一步优选的技术方案，多个悬浮体同时与同一个永久磁体块材形成高温超导磁悬浮系统，使多个悬浮体置于同一永久磁体块材形成的轨道空间内，并使多个悬浮体之间相互空间错位设置后同时分别进行悬浮。

作为上述技术方案进一步优选的技术方案，同时悬浮于同一个永久磁体块材形成的的轨道空间内的各悬浮体能独立进行运动。

作为上述技术方案进一步优选的技术方案，悬浮体的主体结构采用单晶外延生长的高温超导薄膜或第二代高温超导带材制成，第二代高温超导带材还称为高温超导涂层导体。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明采用高温超导薄膜或高温超导涂层导体，通过设定的层叠组合方式构成悬浮体的主体结构，充分利用外延生长的高温超导薄膜及其涂层导体晶体取向的高度双轴织构特性,实现超导体抗磁通性能的良好表现，高度织构取向的高温超导薄膜及其涂层导体经过层状交替叠加，在永久磁体上可实现大面积的、高显示度的悬浮效果；

2. 本发明超导磁悬浮系统具有自身重量轻、设计面积大、用材简单、成本低廉和效果显著等特点。

附图说明

图1是本发明实施例一高温超导磁悬浮系统的结构原理图。

图2是本发明实施例一高温超导磁悬浮系统的结构示意图。

图3是本发明实施例一的悬浮体主体结构示意图。

图4是本发明实施例二的悬浮体主体结构示意图。

图5是本发明实施例三高温超导磁悬浮系统的结构示意图。

图6是本发明实施例四高温超导磁悬浮系统的结构示意图。

图7是本发明实施例五高温超导磁悬浮系统的结构示意图。

图8是本发明实施例六高温超导磁悬浮系统的多悬浮体结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～3，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，包括悬浮体1、低温容器2和永久磁体块材3，悬浮体1设置于永久磁体块材3的上方，悬浮体1的主体结构由单晶外延生长的高温超导薄膜或第二代高温超导带材采用层状交替叠加组合方式构成，悬浮体1固定设置在低温容器2的内部并与低温容器2结合为一体，在低温容器2内，维持悬浮体1处于超导状态的温度条件，使悬浮体1在超导状态下相对于永久磁体块材3处于悬浮状态。本实施例采用了多个外延超导薄膜或第二代高温超导带材交替叠加的方法建立悬浮体主体结构，如图3，图3为俯视图，悬浮体1的主体结构的每层均由一系列并排设置的高温超导材料组成，上层高温超导材料分别叠置于下层的相邻的两条高温超导材料上，形成多层叠加组合建立悬浮体主体结构，本实施例利用单晶外延生长的高温超导薄膜或第二代高温超导带材的在晶体取向上的高度双轴织构特性，实现超导体抗磁通性能的良好效果，实现大面积或高承载强度的磁悬浮效率。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图4，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，悬浮体1的主体结构由四层高温超导材料错层层叠组成。图4为俯视图，高度织构取向的高温超导薄膜或涂层导体经过层状交替叠加设置，在永久磁体上可实现大面积的、高显示度的悬浮效果。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图5，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，悬浮体1设置于永久磁体块材3的下方，使悬浮体1在受到升力的同时，使悬浮体1平稳悬浮于永久磁体块材3的下方。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图6，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，悬浮体1设置于永久磁体块材3的侧方，图6为俯视图，使悬浮体1在受到倾向于靠近永久磁体块材3移动的侧向推力的同时，使悬浮体1平稳悬浮于永久磁体块材3的侧方。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图7，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，悬浮体1设置于永久磁体块材3的内孔工作腔内，形成磁悬浮轴承的转动支撑机械结构，悬浮体1非接触地悬浮于永久磁体块材3的内孔工作腔内，使悬浮体1以轴的形式被径向约束在永久磁体块材3的内孔工作腔内进行转动，图7为本实施例高温超导材料的高温超导磁悬浮系统的轴断面结构示意图。

实施例六：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图8，一种基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统，多个悬浮体1同时与同一个永久磁体块材3形成高温超导磁悬浮系统，使多个悬浮体1置于同一永久磁体块材3形成的轨道空间内，并使多个悬浮体1之间相互空间错位设置后同时分别进行悬浮。实现多套高温超导带材磁悬浮体1可置于同一永久磁体块材3轨道空间错位后同时悬浮运行。

在本实施例中，参见图8，同时悬浮于同一个永久磁体块材3形成的的轨道空间内的各悬浮体1能独立进行运动，形成一系列可控的独立驱动的电磁力发动机。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明基于高温超导薄膜及其涂层导体的磁悬浮系统的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。