高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车制造技术

本发明专利技术公开了高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车，包括永磁轨道、位于永磁轨道上方的悬浮架，所述悬浮架的底部设置正对所述永磁轨道的悬浮杜瓦，所述悬浮架包括两个斜面相对的楔形块，两个楔形块的斜面之间通过若干弹性件连接。永磁轨道固定在道床上，所述悬浮架上设置车厢、且车厢与两个楔形块均相连；还包括用于驱动悬浮架在永磁轨道上移动的牵引直线电机。本发明专利技术的目的在于提供高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车，悬浮架相比于传统刚性连接具有更高的稳定性和解耦性，且悬浮能力优于现有技术中的高温超导块材磁浮系统，从而具有更高的工程应用价值和优势。

HTS Maglev structure and HTS tape maglev train

【技术实现步骤摘要】
高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车
本专利技术涉及磁悬浮领域，具体涉及高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车。
技术介绍
现代高速轮轨列车最高商业运营时速达到350km，下一步提速将面临轮轨黏着系统、空气阻力、噪音和震动等因素的限制。磁悬浮列车基于电磁力实现无接触的悬浮与导向，通过直线电机牵引驱动，具有高速、稳定、低噪、节能、低碳、转弯半径小及爬坡能力强等优点，在高速交通运输应用中具有广阔前景。主要的磁浮技术包括：电磁悬浮技术、电动磁浮技术及高温超导块材磁浮技术，前两种技术已有实际应用，分别以长沙中低速磁浮线及日本高速磁浮线为代表。与其它两种技术比较，高温超导块材磁浮技术利用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，使磁浮列车在静止或运动状态下实现自稳定的悬浮与导向，由于不需要主动控制，其系统结构简单，同时，理论时速可达3000km以上。然而，YBCO高温超导块材的临界电流密度低、热稳定性差、易受潮变质，即便真空封装保护，受外部作用力及热胀冷缩的影响，易产生水平方向上的断裂，长期使用将严重降低磁悬浮列车的悬浮与导向性能。目前，YBCO高温超导块材磁浮列车相关研究主要集中在中国、巴西及德国，国内以西南交通大学牵引动力国家重点实验室的“Super-Maglev”磁浮原型车为代表，国外以巴西里约热内卢联邦大学的“Maglev-Cobra”磁浮原型车为代表，以上原型车的永磁轨道均为双极海尔贝克(halbach)阵列结构，采用单边短初级直线感应电机进行驱动。然而，上述实验室研究中的悬浮杜瓦及YBCO高温超导块材均依赖于德国企业ATZ，可参考文献(IEEETrans.Appl.Supercond.,2018,28(4):3601605)，该公司的悬浮杜瓦将YBCO高温超导块材放置于真空绝热层内，通过液氮与冷却铜盒对YBCO高温超导块材进行间接冷却，具体结构如图12b所示，这种大范围的镂空结构降低了悬浮杜瓦运行的安全性与稳定性。此外，据文献(IEEETrans.Appl.Supercond.,2015,25(1):3600106)报道，采用双极halbach阵列永磁轨道，且永磁材料截面积为3000mm2，YBCO高温超导块材在场冷高度为30mm，悬浮间隙为10mm下的悬浮力密度为4.05N/cm2。与YBCO块材比较，ReBa2Cu3O7-x(ReBCO，Re为稀土元素)高温超导带材具有优异的自场临界电流密度与机械强度，77K下的薄膜电流密度与抗拉应力可分别达5MA/cm2与400MPa以上，同时具有良好的低温高场性能。目前，ReBCO高温超导带材已实现商业化应用，广泛应用于电力、能源、医疗、高能物理等领域。国内生产商以上海超导、上海上创超导及苏州新材料为代表，国外以美国超导公司为代表，具有稳定的产能与质量保证。基于ReBCO高温超导带材的磁浮技术研究，据相关文献(Supercond.Sci.Technol.,31(2018):015013)报道，其主要手段是将带材裁剪为有限长度(100mm)，沿水平及竖直方向进行平面堆叠，得到如图6a、6b所示的悬浮单元，并依据永磁体的磁化方向规律，进行如图7a所示的排列(Type-A)。然而，通过仿真实验对比研究，其悬浮性能明显小于YBCO块材磁浮系统，工程实用价值低。此外，现有的高温超导带材磁悬浮列车，位于永磁轨道上方的悬浮架均为一体刚性连接，稳定性不足、解耦性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供高温超导磁悬浮结构及高温超导带材磁悬浮列车，以解决现有技术中一体刚性悬浮架稳定性不足、解耦性较差的问题，实现提高悬浮架的稳定性和解耦性的目的。本专利技术通过下述技术方案实现：高温超导磁悬浮结构，包括永磁轨道、位于永磁轨道上方的悬浮架，所述悬浮架的底部设置正对所述永磁轨道的悬浮杜瓦，所述悬浮架包括两个斜面相对的楔形块，两个楔形块的斜面之间通过若干弹性件连接。现有的高温超导带材磁悬浮列车，位于永磁铁上方的悬浮架均为一体刚性连接，稳定性不足、解耦性较差，为此本申请首先提出高温超导磁悬浮结构，使得悬浮架包括两个斜面相对的楔形块。楔形块的斜面相对，在两个斜面之间通过若干弹性件连接，即是由若干弹性件实现两个楔形块的耦合，从而相比于一体刚性连接具有更高的稳定性和解耦性。所述永磁轨道为截面结构由四块水平磁化磁体与三块竖直磁化磁体交替排列组成的halbach阵列轨道。与现有技术中的双极halbach结构相比，本方案所提供的三极halbach结构永磁轨道能提供更宽、更均匀的应用外磁场，使系统获得更高的悬浮性能。所述悬浮杜瓦内设置由若干超导单元阵列而成的超导材料，所述超导单元包括由若干层高温超导带材沿曲面堆叠而成的曲面堆叠单元。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；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，申请人特提出由若干层高温超导带材沿曲面堆叠形成曲面堆叠单元，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。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，本方案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。所述曲面为凹面朝下的圆弧面。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。本方案作为优选，有利于尽量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。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；所述超导材料由曲面堆叠组与竖直堆叠组交替并排而成。本方案中超导材料的堆叠阵列，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，悬浮本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高温超导磁悬浮结构，包括永磁轨道(9)、位于永磁轨道(9)上方的悬浮架(10)，所述悬浮架(10)的底部设置正对所述永磁轨道(9)的悬浮杜瓦(8)，其特征在于，所述悬浮架(10)包括两个斜面相对的楔形块，两个楔形块的斜面之间通过若干弹性件(11)连接。

【技术特征摘要】
1.高温超导磁悬浮结构，包括永磁轨道(9)、位于永磁轨道(9)上方的悬浮架(10)，所述悬浮架(10)的底部设置正对所述永磁轨道(9)的悬浮杜瓦(8)，其特征在于，所述悬浮架(10)包括两个斜面相对的楔形块，两个楔形块的斜面之间通过若干弹性件(11)连接。2.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮结构，其特征在于，所述永磁轨道(9)为截面结构由四块水平磁化磁体与三块竖直磁化磁体交替排列组成的halbach阵列轨道。3.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮结构，其特征在于，所述悬浮杜瓦(8)内设置由若干超导单元阵列而成的超导材料，所述超导单元包括由若干层高温超导带材沿曲面堆叠而成的曲面堆叠单元。4.根据权利要求3所述的高温超导磁悬浮结构，其特征在于，所述曲面为凹面朝下的圆弧面；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；所述超导材料由曲面堆叠组与竖直堆叠组交替并排而成。5.根据权利要求1所述的高温超导磁悬浮结构，其特征在于，所述悬浮杜瓦(8)内设置由若干超导单元阵列而成的超导材料，所述超导单元包括若干子单元，所述子单元由一个水平堆叠单元与两个镜像对称的倾斜堆叠单元组成，相邻两个子单元直接设置一个竖直堆叠单元；所述永磁...

【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