一种具有高温度稳定性的Halbach型永磁轨道的制作方法

一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道
技术领域
1.本发明涉及磁悬浮技术领域，具体而言，涉及一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道。


背景技术：

2.目前世界上研制成功高温超导磁悬浮系统的国家有中国、德国、巴西和俄罗斯等国。然而上述高温超导磁悬浮系统中的永磁轨道在设计时仅考虑了永磁轨道在室温下的磁性能，未考虑永磁轨道的磁性能的温度稳定性。在实际应用中环境温度的变化会引起永磁轨道磁性能的波动，进而影响磁轨上方高温超导块材的悬浮导向性能，而目前尚未有一种温度稳定性优异的永磁轨道。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
4.本技术提供了一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道，包括：
5.至少三个第一永磁体，所述第一永磁体的磁化方向为水平方向，记所述第一永磁体的宽与所述第一永磁体的高的比值为第一比值；
6.至少一个左右对称的第二永磁体组，每个所述第二永磁体组设置于两个所述第一永磁体之间，每个所述第二永磁体组中包括第一子永磁体和第二子永磁体，所述第一子永磁体和所述第二子永磁体的磁化方向在竖直方向的分量竖直向上设置，所述第一子永磁体和所述第二子永磁体的磁化方向在水平方向的分量相反设置，记所述第二子永磁体的宽与所述第二子永磁体的高的比值为第二比值，所述第二比值不同于所述第一比值；
7.至少一个左右对称的第三永磁体组，每个所述第三永磁体组设置于两个所述第一永磁体之间，每个所述第三永磁体组中包括第三子永磁体和第四子永磁体，所述第三子永磁体和所述第四子永磁体的磁化方向在竖直方向的分量竖直向下设置，所述第一子永磁体和所述第二子永磁体的磁化方向在水平方向的分量相反设置，记所述第三子永磁体的宽与所述第三子永磁体的高的比值为第三比值，所述第三比值不同于所述第一比值。
8.进一步地，所述第一子永磁体、所述第二子永磁体、所述第三子永磁体和所述第四子永磁体的磁化方向与水平方向所形成的锐角均大于0度且小于45度，所述第二比值和第三比值大于0.9且小于1.5。
9.进一步地，所述第二比值和第三比值大于1且小于1。
10.进一步地，所述第一子永磁体、所述第二子永磁体、所述第三子永磁体和所述第四子永磁体的磁化方向与水平方向所形成的锐角均大于等于45度且小于90度，所述第二比值和第三比值大于0.4且小于1.1。
11.进一步地，所述第二比值和第三比值大于0.8且小于1。
12.进一步地，所述第一子永磁体、所述第二子永磁体、所述第三子永磁体和所述第四
子永磁体的磁化方向与水平方向所形成的锐角等于60度，所述第二比值和第三比值等于0.44。
13.进一步地，每个所述第三永磁体组、每个所述第二永磁体组和每个第一永磁体的高度相同。
14.进一步地，所述第一比值为1。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明通过在未增加永磁轨道截面积的条件下，调整各子永磁体的外形尺寸，改善第一永磁体、第一子永磁体、第二子永磁体、第三子永磁体和第四子永磁体的温度稳定性；其磁性能的衰减作用小于现有磁轨，改善了磁轨的磁场不平顺情况，适合工程化实际应用。
17.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
19.图1为本技术的结构示意图；
20.图2为现有技术中α为60度的永磁轨道在25摄氏度上升到85摄氏度后的退磁分布云图；
21.图3为实施例2在25摄氏度上升到85摄氏度后的退磁分布云图。
22.图中标记：1、聚磁铁板；2、第一永磁体；3、无磁底板；4、第二永磁体组；41、第一子永磁体；42、第二子永磁体；5、第三永磁体组；51、第三子永磁体；52、第四子永磁体。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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.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定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.实施例1：
26.如图1所示，本实施例提供了一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道。
27.参见图1，图1为halbach型永磁轨道横截面示意图，图中示出了本实施例中包括至少三个第一永磁体2、至少一个左右对称的第二永磁体组4和至少一个左右对称的第三永磁体组5，在实际使用的halbach型永磁轨道中，其由多个第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5构成，本实施例中，图中只示出了三个第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5，但是可以理解的理解是，在实际使用中，是由多个第一永磁体2、多个第二永磁体组4和多个第三永磁体组5构成的永磁轨道，且一个第二永磁体组4设置于两个第一永磁体2之间，且一个第三永磁体组5设置于两个第一永磁体2之间，为了永磁轨道的磁场更加平顺，从左到右依次为第一永磁体2、第二永磁体组4、第一永磁体2、第三永磁体组5和第一永磁体2，且每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5的高度相同。同时每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5之间固定连接构成永磁轨道，可选地，可以采用焊接或者螺旋副连接的方式，以保持每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5之间相对位置关系。具体地，在本实施例中，还包括两块聚磁铁板1和无磁底板3，两块聚磁铁板1用于协助固定第一永磁体2，而无磁底板3用于放置第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5等。聚磁铁板1在本实施例中可以选用磁导率高的材料，如铁、45钢和q235钢等；无磁底板3需采用磁导率低的材料，如304不锈钢等。
28.参见图1，在本实施例中，三个第一永磁体2间隔设置，同时，从左到右数的第一个第一永磁体2与第三个第一永磁体2的磁化方向相同，而第二个第一永磁体2与第一个第一永磁体2和第三个第一永磁体2的磁化方向相反。需要说明的是，对于本领域的技术人员而言，第二个第一永磁体其实质上与其他第一永磁体2相同，在本实施中，其磁化方向相反只是为使得永磁轨道的磁场聚集在其上方的区域。对于每个第二永磁体而言，在本实施例中，每个第二永磁体组4中包括第一子永磁体41和一个与第一子永磁体41对称的第二子永磁体42，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在竖直方向的分量竖直向上设置，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在水平方向的分量相反设置；对于每个第三永磁体组5而言，每个第三永磁体组5中包括第三子永磁体51和一个与第三子永磁体51对称的第四子永磁体52，第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向在竖直方向的分量竖直向下设置，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在水平方向的分量相反设置。参见图1，图中空心箭头表示第一永磁体2、第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向；且第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向在水平方向的分量均与其相邻的第一永磁体2的磁化方向相同。
29.同时为了提升永磁轨道的磁场稳定性，在本实施例中，记每个第一永磁体2沿永磁轨道宽度方向为每个第一永磁体2的宽度的方向，记第一永磁体2的宽与第一永磁体2的高为第一比值；同理，记每个第二子永磁体42沿永磁轨道宽度方向的边为每个第二子永磁体42的宽，记第二子永磁体42的宽与第二子永磁体42的高为第二比值；以及，记每个第三子永磁体51沿永磁轨道宽度方向的边为每个第三子永磁体51的宽，记第三子永磁体51的宽与第三子永磁体51的高为第三比值；在本实施例中，第二比值不同于第一比值，第三比值不同于第一比值；通过以上设置，改变了第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5，在原有在垂直充磁方向的边长不变的情况下，延长了沿着充磁方向的边长，提高第一永磁体2、第二永磁体组4、第三永磁体组5和第一永磁体2的工作点，提升其矫顽力，进而提高其温度稳定性。
30.进一步地，在本实施例中，为了进一步地改善矫顽力，提升本实施例的温度稳定性，记第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向与水平方向所形成的锐角为α，而0<α<45
°
，第二比值和第三比值大于0.9且小于1.5。
31.对于0<α<45
°
的第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52其宽高比越大，其温度稳定性越佳，但考虑到其高度一定的情况下，宽高比越大则其宽度越大，必然导致永磁轨道的宽度加大和永磁用量的增加，所以为了降低成本，在本实施例中第二比值和第三比值大于1且小于1.1，而第一比值为1。
32.实施例2：
33.本实施例与实施例1的区别在于第二比值和第三比值的不同以及第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向与水平方向所形成的锐角不同，所以在本技术中，实施例1与本实施例均使用图1均可。
34.如图1所示，本实施例提供了一种具有高温度稳定性的halbach型永磁轨道。
35.参见图1，图1为halbach型永磁轨道横截面示意图，图中示出了本实施例中包括至少三个第一永磁体2、至少一个左右对称的第二永磁体组4和至少一个左右对称的第三永磁体组5，在实际使用的halbach型永磁轨道中，其由多个第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5构成，本实施例中，由于篇幅有限，只示出了三个第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5，且一个第二永磁体组4设置于两个第一永磁体2之间，且一个第三永磁体组5设置于两个第一永磁体2之间，为了永磁轨道的磁场更加平顺，从左到右依次为第一永磁体2、第二永磁体组4、第一永磁体2、第三永磁体组5和第一永磁体2，且每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5的高度相同。同时每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5之间固定连接构成永磁轨道，可选地，可以采用焊接或者螺旋副连接的方式，以保持每个第一永磁体2、每个第二永磁体组4和每个第三永磁体组5之间相对位置关系。具体地，在本实施例中，还包括两块聚磁铁板1和无磁底板3，两块聚磁铁板1用于协助固定第一永磁体2，而无磁底板3用于放置第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5等。聚磁铁板1在本实施例中可以选用磁导率高的材料，如铁、45钢和q235钢等；无磁底板3需采用磁导率低的材料，如304不锈钢等。
36.参见图1，在本实施例中，三个第一永磁体2间隔设置，同时，从左到右数的第一个第一永磁体2与第三个第一永磁体2的磁化方向相同，而第二个第一永磁体2与第一个第一永磁体2和第三个第一永磁体2的磁化方向相反。需要说明的是，对于本领域的技术人员而言，第二个永磁体其实质上与其他第一永磁体2相同，在本实施中，其磁化方向相反只是为使得永磁轨道的磁场聚集在其上方区域。对于每个第二永磁体而言，在本实施例中，每个第二永磁体组4中包括第一子永磁体41和一个与第一子永磁体41对称的第二子永磁体42，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在竖直方向的分量竖直向上设置，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在水平方向的分量相反设置；对于每个第三永磁体组5而言，每个第三永磁体组5中包括第三子永磁体51和一个与第三子永磁体51对称的第四子永磁体52，第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向在竖直方向的分量竖直向下设置，第一子永磁体41和第二子永磁体42的磁化方向在水平方向的分量相反设置。参见图1，图中空心箭头表示第一永磁体2、第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向；且第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子
永磁体52的磁化方向在水平方向的分量均与其相邻的第一永磁体2的磁化方向相同。
37.同时为了提升永磁轨道的磁场稳定性，在本实施例中，记每个第一永磁体2沿永磁轨道宽度方向为每个第一永磁体2的宽度的方向，记第一永磁体2的宽和第一永磁体2的高为第一比值；同理，记每个第二子永磁体42沿永磁轨道宽度方向的边为每个第二子永磁体42的宽，记第二子永磁体42的宽和第二子永磁体42的高为第二比值；以及，记每个第三子永磁体51沿永磁轨道宽度方向的边为每个第三子永磁体51的宽，记第三子永磁体51的宽和第三子永磁体51的高为第三比值；在本实施例中，第二比值不同于第一比值，第三比值不同于第一比值；通过以上设置，改变了第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5，在原有在垂直充磁方向的边长不变的情况下，延长了沿着充磁方向的边长，提高第一永磁体2、第二永磁体组4和第三永磁体组5的工作点，提升其矫顽力，进而提高其温度稳定性。
38.进一步地，在本实施例中，为了进一步地改善矫顽力，提升本实施例的温度稳定性，记第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向与水平方向所形成的锐角为α，而45
°
≤α<90
°
，第二比值和第三比值大于0.4且小于1.1。
39.对于45
°
≤α<90
°
的第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52其宽高比越小，其温度稳定性越佳，但考虑到其高度一定的情况下，宽高比越小则其宽度越小，宽度过小不利于加工，所以为了便于加工，，在本实施例中第二比值和第三比值大于0.8且小于1，而第一比值为1。按照这样的取值，能提高第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51第四子永磁体52和第一永磁体2的工作点，提升其矫顽力，进而提高其温度稳定性。同时也兼顾了成本。
40.可选地，在本实施例中，第一子永磁体41、第二子永磁体42、第三子永磁体51和第四子永磁体52的磁化方向与水平方向所形成的锐角等于60度，第二比值和第三比值等于0.44。
41.参见图2以及图3，图2中示出现有技术中α为60度的永磁轨道在25摄氏度上升到85摄氏度后的退磁分布云图，图3为本实施例在25摄氏度上升到85摄氏度后的退磁分布云图。其中本实施例在85摄氏度下平均退磁率为：13.64％，而现有技术在85摄氏度下平均退磁率为：17.45％。并由图3和图2对比可见，从图中可以看出，本实施例的退磁分布区域较小且各点的退磁率小于现有技术。说明本实施例的温度稳定性好于现有技术。值得注意的是，本实施例与现有技术相比其横截面积相同，永磁体牌号相同，这说明了本实施例在未增加成本的情况下，改善了永磁轨道的温度稳定性。
42.以上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。
43.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。