一种高温超导磁悬浮列车实验和演示装置，在底座上设置有支架、电源控制器、直线电机安装架，在支架和底座上设置有磁体附着板，磁体附着板上表面设置有至少用排永久磁体排列成的磁性轨道，超导磁浮小车悬浮在磁性轨道上，在直线电机安装架上设置有位于磁性轨道前侧的前直线电机、后侧的后直线电机，在直线电机安装架上设置有光电开关固定板，在底座上非闭合磁性轨道端部设置安装有弹簧的弹簧座。本发明专利技术具有体积小、操作简便、制作容易、演示效果明显、实验项目多等优点，可用于超导磁悬浮现象和直线电机的驱动过程的物理实验与研究。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于磁场与磁力演示装置
，具体涉及到高温超导磁悬浮列车实验和演示装置。
技术介绍
传统的铁路列车都是依靠蒸汽、燃油、电力等各类机车作为牵引动力，车轮和钢轨之间的相互作用作为运行导向，由铁路线路承受压力，借助于车轮沿着钢轨滚动前进。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起，使整个列车悬浮在轨道上，利用电磁力进行导向，并利用直线电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进的交通运输工具。磁悬浮列车的突出优点是速度快、噪声污染轻、能源消耗小以及安静舒适等。世界许多工业发达国家为占领技术制高点，争夺未来的国际市场，在这一
投入很多人力和经费进行研究和开发，并取得了重大发展。按悬浮方式分类，磁悬浮列车可分为以下两种一种是常导电磁吸引式磁悬浮列车，它是利用装在车身下的电磁铁和轨道上的电磁铁产生的异性磁极相互吸引力的原理将列车悬起，悬空运行，悬浮的气隙较小，一般在10毫米左右，再由直线电动机驱动前进，这种结构又称电磁式悬浮。其技术特点是常导电磁铁比较容易控制，通常由蓄电池或发电设备给电磁铁和直线电机提供电力，实现列车的悬浮和驱动。但由于这种常导系统的电磁吸引力相对较小，列车悬浮的高度约10mm，故控制精度要求很高，这种列车以德国的TR型磁悬浮列车为代表。另一种是超导推斥型磁悬浮列车，超导磁悬浮列车由车上的超导磁体产生极强的磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，将列车悬浮在空中，悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。但超导技术相当复杂，并需屏蔽发散的强磁场。这种车以日本山梨线的MLU型车为代表。利用高温超导磁悬浮原理制作的磁悬浮列车模型已有报道，其中我国西南交通大学研制的列车是世界上第一辆载人高温超导磁悬浮实验车系统。此高温超导磁悬浮实验车采用高温超导块材，在液氮温度条件下(77K)，底部3毫米厚的车载薄底液氮低温容器可以连续工作超过6小时，悬浮总重量530公斤，可载5人，悬浮净高度23毫米，稳定性较好，悬浮刚度较高。该“车”的永磁导轨长15.5米，用直线电机推进，加速度1米/秒2，它是迄今为止世界上悬浮重量最大的载人“高温超导磁悬浮实验车”。但是这辆高温超导磁悬浮实验车制造工艺复杂，耗资大，而且形体巨大，不能普及到一般的高校实验室和展览馆，因此很多人无法亲眼看到列车运行的演示。目前，已有的小型高温超导磁悬浮实验车模型只能让人们有一个感性的认识，远不能满足高校、重点中学等老师和同学对该系统的详细了解，所以非常需要有一套高技术含量的多功能装置，让老师、学生和广大群众了解与超导磁悬浮列车系统相关的各种技术。形体较小的超导磁悬浮列车演示装置目前国内也有报道，例如陕西师范大学，北京同方辰源科技发展中心的THP-1型超导磁悬浮演示装置，北京英纳超导技术有限公司的高温超导磁悬浮演示装置，北京特运科技有限公司的超导磁悬浮车演示模型等。这些模型装置都是利用超导体的抗磁性使高温超导体悬浮在永磁轨道上。THP-1型超导磁悬浮演示装置是一台高临界温度超导体磁悬浮列车物理课堂演示装置，该装置为一个盛放高温度超导体的列车模型，在具有磁束缚的封闭磁轨道上方悬浮，或在磁轨道下方倒挂“悬挂”，并可在旋转磁场加速装置作用下，沿着长度约为1.7m的封闭磁轨道，以悬浮或倒挂状态无摩擦的连续运转。高温超导磁悬浮演示装置是一种适用于大、中学的物理学课堂演示以及科技馆、少年宫等单位的展示、教学用超导教学仪器，此实验仪器综合了超导、仪表、电子、低温、磁路设计、直线电机原理、自动控制等方面的知识，可以加强学生对现代科技的认识并激发其对高新技术的兴趣。超导磁悬浮车演示模型由环形轨道和超导小车模型组成，轨道由铁环和吸附在其上的钕铁硼(NdFeB)永久磁铁材料构成，当钇钡铜氧(YBCO)超导材料被冷却到液氮温度时，车体就可以稳定地悬浮在轨道上方。此时只要沿轨道方向给车体一个很小的推动力，悬浮车就将沿轨道延伸方向运动。如果轨道磁场非常均匀(没有磁阻尼的理想状态)，且车体在封闭的真空环境中运动，车的运动速度将不会衰减。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述超导磁悬浮车演示模型的缺点，提供一种设计合理、结构简单、体积小、演示直观、演示效果好、实验项目多的高温超导磁悬浮列车实验和演示装置。解决上述技术问题所采用的技术方案是在底座上设置有支架、电源控制器、直线电机安装架，在支架和底座上设置有磁体附着板，磁体附着板上表面设置有至少用2排永久磁体排列成的磁性轨道，超导磁浮小车悬浮在磁性轨道上，在直线电机安装架上设置有位于磁性轨道前侧的前直线电机、后侧的后直线电机，在直线电机安装架上设置有光电开关固定板，在底座上非闭合磁性轨道端部设置安装有弹簧的弹簧座。本专利技术的磁体附着板的内表面是底平面与底平面成0～60°的斜面连为一体的曲面或半径大于等于超导磁浮小车长度3倍的至少1个圆弧构成的曲面或半径大于等于超导磁浮小车长度3倍的圆周面。本专利技术的设置在支架和底座上的磁体附着板为磁性材料板。本专利技术的磁性轨道每一排的一块永久磁体与相邻一块永久磁体的极性相同，每一排的永久磁体与相邻一排的永久磁体的极性相反。本专利技术的超导磁浮小车为在非磁性材料小车壳体内设置有液氮以及浸没在液氮内的至少1个超导体，在小车壳体内前后两侧设置有厚度为0.1～3mm的非磁性导电板。本专利技术的非磁性导电板为铝板或铜板。本专利技术的非磁性材料为玻璃纤维或环氧树脂或夹布胶木。本专利技术的前直线电机和后直线电机为平板型直线电机或圆弧形直线电机。本专利技术的电源控制器为开关电源AC/DC1的一输入端通过熔断器FU1和按钮SB1接220V交流电源火线、另一输入端接220V交流电源零线，开关电源AC/DC1的正电源端接直流接触器KM-DC1线圈的一端和光电接近开关SQ1的1脚、负电源端接光电接近开关SQ1的3脚，直流接触器KM-DC1线圈的另一端接光电接近开关SQ1的2脚，直流接触器KM-DC1两常开触点分别连接在220V交流电源的火线、零线上，交流接触器KM1线圈的一端通过时间继电器KT1的线圈以及时间继电器KT1的常闭触点接连接在220V交流电源火线上直流接触器KM-DC1常开触点的一端，交流接触器KM1线圈的另一端接连接在220V交流电源零线上直流接触器KM-DC1常开触点的一端，交流接触器KM1常开触点的一端分别接前直线电机和后直线电机的绕组，交流接触器KM1常开触点另一端的一个触点通过熔断器FU1和按钮SB1接220V交流电源火线、另一个触点接220V交流电源零线、第三个触点接C1的一端，C1的另一端通过熔断器FU1和按钮SB1接220V交流电源火线。本专利技术的电源控制器也可以为开关电源AC/DC2的一输入端通过熔断器FU2接220V交流电源火线、另一输入端接220V交流电源零线，开关电源AC/DC2的正电源端接直流接触器KM-DC2线圈的一端和光电接近开关SQ2的1脚、负电源端接光电接近开关SQ2的3脚，直流接触器KM-DC2线圈的另一端接光电接近开关SQ2的2脚，直流接触器KM-DC2两常开触点分别连接在220V交流电源的火线、零线上，交流接触器KM2线圈的一端通过时间继电器KT2的线圈以及时间继电器KT2的常闭本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高温超导磁悬浮列车实验和演示装置，其特征在于：在底座（４）上设置有支架（３）、电源控制器（５）、直线电机安装架（６），在支架（３）和底座（４）上设置有磁体附着板（２），磁体附着板（２）上表面设置有至少用２排永久磁体（１）排列成的磁性轨道，超导磁浮小车（８）悬浮在磁性轨道上，在直线电机安装架（６）上设置有位于磁性轨道前侧的前直线电机（１１）、后侧的后直线电机（１２），在直线电机安装架（６）上设置有光电开关固定板（７），在底座（４）上非闭合磁性轨道端部设置安装有弹簧（９）的弹簧座（１０）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨万民，钞曦旭，武晓亮，朱思华，李国政，刘鹏，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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