高温超导带材曲面堆叠单元及方法、阵列、磁悬浮系统技术方案

本发明专利技术公开了高温超导带材曲面堆叠单元及方法、阵列、磁悬浮系统，由若干层高温超导带材沿曲面堆叠形成高温超导带材曲面堆叠单元。相较于现有技术中的高温超导带材都是采用平面堆叠的研究思路，本申请突破了传统思路的桎梏，显著提高了高温超导带材的悬浮性能，能够使得高温超导带材在工程上具有更大、更广泛的应用价值，从而同时解决现有技术中高温超导块材临界电流密度低、热稳定性差、易受潮变质断裂损坏等缺陷，高温超导带材又悬浮性能不足的问题，真正实现了用高温超导带材替换高温超导块材在工程上进行应用的效果。

Surface stacking unit and method, array and magnetic suspension system of HTS strip

【技术实现步骤摘要】
高温超导带材曲面堆叠单元及方法、阵列、磁悬浮系统
本专利技术涉及高温超导磁浮
，具体涉及高温超导带材曲面堆叠单元及方法、阵列、磁悬浮系统。
技术介绍
传统的高温超导磁浮技术利用YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温超导块材在永磁轨道外磁场中的抗磁性与强磁通钉扎特性，使磁浮列车在静态与动态下均能实现自稳定的悬浮与导向。目前，高温超导块材磁浮技术已在小比例磁浮原型车上实现载人，例如：西南交通大学的“Super-Maglev”磁浮原型车及巴西里约热内卢联邦大学的“Maglev-Cobra”磁浮原型车，均采用了高温超导块材磁浮技术(IEEETrans.Appl.Supercond.,2018,28(4):3601605)，相比于ReBa2Cu3O7-x(ReBCO)高温超导带材磁浮技术的应用更加成熟。现有技术中，文献(IEEETrans.Appl.Supercond.,2015,25(1):3600106)报道的高性能YBCO高温超导块材磁浮系统，采用双极halbach阵列永磁轨道，永磁材料截面积为3000mm2，超导块材在场冷高度为30mm，悬浮间隙为10mm下的悬浮力密度(单位高温超导材料水平截面积提供的悬浮力)达到4.05N/cm2。然而，随着高温超导块材应用研究的深入，也暴露了其临界电流密度低、热稳定性差、易受潮变质断裂损坏等缺点。与YBCO块材比较，ReBCO高温超导带材具有更高的临界电流密度与机械强度，液氮温区下的电流密度与抗拉应力分别达5MA/cm2与400MPa以上，且已实现在电力电缆领域内的商业化应用，具有稳定的产能与质量保证，因此，高温超导带材在业内被视作未来替代高温超导块材的重要材料。目前，高温超导带材在磁悬浮技术中的应用研究已经展开，如CN201610644793、CN201610508613、CN201820525838、CN201910300376，但是这些现有的研究都是基于高温超导带材的平面堆叠技术(如图6a所示)，悬浮力密度有限，始终难以达到传统高温超导块材的悬浮能力、难以进行工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供高温超导带材曲面堆叠单元及方法、阵列、磁悬浮系统，以解决现有技术中高温超导带材所提供的悬浮力密度较低、工程应用价值较弱的问题，实现提高高温超导带材的悬浮能力，改善高温超导带材的工程应用价值的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：高温超导带材曲面堆叠单元，若干层高温超导带材沿曲面堆叠。申请人在对高温超导带材磁悬浮技术的研究过程中发现，由永磁轨道提供的应用外磁场，在水平磁化与竖直磁化永磁体区域上方的磁场流线并不是简单的水平分布与竖直分布，当采用平面堆叠时，只有少数磁场流线与带材表面垂直，如图3a所示；而应用外磁场方向对高温超导块材或带材的悬浮性能具有显著影响，也就是说当高温超导块材c轴方向(生长方向)及高温超导带材表面法向(堆叠方向)与正对永磁轨道区域的磁化方向一致时，系统将获得更高的悬浮性能。这正是现有技术中的高温超导带材的平面堆叠技术始终难以达到传统高温超导块材的悬浮能力、难以进行工程应用的主要原因。在此研究结果的支撑下，申请人特提出本申请中的高温超导带材曲面堆叠单元，由若干层高温超导带材沿曲面堆叠而成，能使更多的磁场流线与带材表面正交，从而获得更大的悬浮性能，如图3b所示。相较于现有技术中的高温超导带材都是采用平面堆叠的研究思路，本申请突破了传统思路的桎梏，显著提高了高温超导带材的悬浮性能，能够使得高温超导带材在工程上具有更大、更广泛的应用价值，从而同时解决现有技术中高温超导块材临界电流密度低、热稳定性差、易受潮变质断裂损坏等缺陷，高温超导带材又悬浮性能不足的问题，真正实现了用高温超导带材替换高温超导块材在工程上进行应用的效果，因此，本申请相较于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步。在横截面上，任意层高温超导带材的弯曲走向均与所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线一致。理论上来看，高温超导带材所在的曲面完全与所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线重叠时，会具有最好的提高悬浮能力的效果。然而由于空间中的应用外磁场的标量磁势等值曲线并非是标准曲线，因此要使各高温超导带材与各自对应的标量磁势等值曲线完全重合在实际工程应用中几乎是难以实现的。为此，本方案作为优选，保证横截面上任意层高温超导带材的弯曲走向，与所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线一致。本优选方案虽然不能得到最大的悬浮能力，但是已经能够使得高温超导带材所提供的悬浮力密度轻松达到甚至超过传统高温超导块材的悬浮力密度；并且还由于弯曲方式简单、精度要求不高，无需大量精确的建模计算与模具备铸，因此十分适用于在工程上大范围、大面积的推广运用，如在磁悬浮列车、磁悬浮轴承及电磁弹射系统等领域均可广泛运用。所述高温超导带材为ReBCO高温超导材料。即使用二代高温超导带材，其中Re为稀土元素，优选为不锈钢覆层的ReBa2Cu3O7-x。所述曲面为圆弧面。圆弧面为工程上最易得到的曲面形式，且能够轻易满足任意层高温超导带材的弯曲走向与所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线一致，更加有利于高温超导带材走出实验室、运用至实际工程上。高温超导带材曲面堆叠方法，包括：(I)绕制带材圆饼；(II)依次对带材圆饼进行整体固定、浇注、固化封装；(III)对带材圆饼进行切割整形，得到曲面堆叠单元。现有的高温超导带材均是平面堆叠，因此仅需简单的进行叠压封装即可，而本申请中首次提出高温超导带材的曲面堆叠，因此对于堆叠方法与现有技术完全不同，具体的，首先将高温超导带材绕制成紧密的圆饼状，再依次对带材圆饼进行整体固定、浇注、固化封装，之后在带材圆饼的截面上进行切割、整形，从而得到完整的曲面堆叠单元，确保曲面堆叠单元中各层高温超导带材的堆叠效果。所述带材圆饼的内、外径，根据所需曲面堆叠单元所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线进行确定，使得到的曲面堆叠单元的内、外表面尽量与各自对应的标量磁势等值曲线重合。带材圆饼需要绕制成多大，其内径、外径各为多少，都根据所需要的曲面堆叠单元来进行设计即可。同理，曲面堆叠单元的内、外表面与各自对应的标量磁势等值曲线重合得越多，则所提供的悬浮力就越大，因此使得曲面堆叠单元的内、外表面尽量与各自对应的标量磁势等值曲线重合，有利于尽量提高悬浮力的大小。基于高温超导带材曲面堆叠单元的堆叠阵列，若干个曲面堆叠单元依次并排形成曲面堆叠组，若干曲面堆叠组依次并排；其中各曲面堆叠组的并排方向，与单个曲面堆叠组内各曲面堆叠单元的并排方向相互垂直。本方案中的堆叠阵列，完全由曲面堆叠单元组成，具有极高的悬浮能力，是悬浮能力最大的方案。基于高温超导带材曲面堆叠单元的堆叠阵列，若干个曲面堆叠单元依次并排形成曲面堆叠组；还包括由若干竖直堆叠单元依次并排形成的竖直堆叠组，所述竖直堆叠单元由若干层竖直分布的高温超导带材堆叠而成；所述曲面堆叠组与竖直堆叠组交替并排。本方案中的堆叠阵列，由曲面堆叠单元与竖直堆叠单元组成，其中一排曲面堆叠单元组成一个曲面堆叠组，一排竖直堆叠单元组成一个竖直堆叠组，曲面堆叠组与竖直堆叠组交替并排。本方案相对完全使用曲面堆叠单元的方式，悬浮能力相对较弱，但优势在于减少曲面堆叠单元的用量，局部使用简单的平面堆叠之一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高温超导带材曲面堆叠单元，其特征在于，若干层高温超导带材沿曲面堆叠。

【技术特征摘要】
1.高温超导带材曲面堆叠单元，其特征在于，若干层高温超导带材沿曲面堆叠。2.根据权利要求1所述的高温超导带材曲面堆叠单元，其特征在于，在横截面上，任意层高温超导带材的弯曲走向均与所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线一致。3.根据权利要求1所述的高温超导带材曲面堆叠单元，其特征在于，所述高温超导带材为ReBCO高温超导材料。4.根据权利要求1所述的高温超导带材曲面堆叠单元，其特征在于，所述曲面为圆弧面。5.基于权利要求1至4中任一所述的高温超导带材曲面堆叠单元的曲面堆叠方法，其特征在于，包括：(I)绕制带材圆饼；(II)依次对带材圆饼进行整体固定、浇注、固化封装；(III)对带材圆饼进行切割整形，得到曲面堆叠单元。6.根据权利要求5所述的高温超导带材曲面堆叠方法，其特征在于，所述带材圆饼的内、外径，根据所需曲面堆叠单元所处空间的应用外磁场的标量磁势等值曲线进行确定，...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯俊逸，刘睿，
申请(专利权)人：成都睿逸谷科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51