一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统的制作方法

1.本实用新型涉及高温超导磁浮技术应用领域，尤其涉及一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统。


背景技术：

2.高温超导磁浮系统具有自稳定的悬浮与导向能力，其平移系统理论最高运行速度可达3000 km/h，因此，在地面超高速运输系统中具有广阔的应用前景。然而，高温超导磁浮系统的悬浮承载性能相对较弱，提高其悬浮性能是其实用化的关键。现有技术主要包括：
3.（1）如图1所示，相关专利使水平超导块c轴22与垂直超导块c轴29平行于正对磁体的磁化方向设置时，系统可以获得更高的悬浮性能。然而，在实际的应用中，超导块通常采用水平设置，并使超导块籽晶点23面向永磁轨道3，当其厚度超过10 mm左右时，其悬浮性能趋于饱和；将超导块垂直设置使用时，一方面，超导块需要进行机械加工，由于超导块常温下为陶瓷材料，机加工容易受损导致性能下降或损坏，另一方面，当水平磁化磁体区域较宽（超过10 mm）时，会降低超导块材的使用效率，当采用多块超导体组合垂直设置时，除需进行机械加工外，增加了超导材料使用量，从而带来更高的成本；
4.（2）如图2所示，据文献（ieee trans. appl. supercond, 2018, 28(4): 3601605）报道，使超导带材水平堆叠体c轴27与超导带材垂直堆叠c轴25平行于正对磁体的磁化方向设置时，系统可以获得更高的悬浮性能，但这种设置方式使系统导向不稳定。此外，相关专利使超导带材表面沿正交于永磁轨道外磁场流线走向设置，从而具有比平面堆叠方式更高的悬浮性能，该系统同样存在导向不稳定性。此外，如图3、图4所示，由于永磁轨道沿纵向存在连接处的磁场衰减，当超导带材水平堆叠体在永磁轨道上方高速运行时，等效于施加了一个交变磁场，从而在带材表面产生感应涡流i，带来温升，进一步降低系统性能；
5.（3）其它技术还包括：通过固氮冷却或制冷机降低系统的工作温度、采用高性能超导材料及增加超导材料用量等方法，提高系统的临界电流密度及俘获磁通的能力；通过增加永磁材料用量、剩磁及优化永磁轨道构型等方法，提高永磁轨道的应用外磁场强度。以上方法主要是通过提高材料性能、增加材料用量及系统优化的方式使系统获得更高的悬浮性能，同时，也会带来更高的自重与高昂的成本费用。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中超导块材垂直设置使用加工难、效率低与超导带材水平堆叠体感应涡流的不足，本实用新型提供一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统，目的在于不增加系统自重、成本的条件下，使系统实现更高的悬浮性能。
7.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统，其包括冷源、超导体排列和永磁轨道；所述超导体排列由多个水平超导块与超导带材垂直堆叠体组成，所述永
磁轨道由垂直磁化磁体与水平磁化磁体组成；所述冷源和超导体从上至下依次设置在永磁轨道上方，冷源对超导体排列进行冷却，永磁轨道提供应用外磁场；所述超导带材垂直堆叠体设置在水平磁化磁体正上方，所述水平超导块设置在垂直磁化磁体正上方，使超导块籽晶点面向永磁轨道。
9.本实用新型采用水平超导块材替代超导带材水平堆叠正对垂直磁化方向磁体设置，能够极大减弱超导带材堆叠磁浮系统高速运行下表面涡流带来的温升，使系统更加稳定、可靠与实用化；
10.本实用新型采用超导带材垂直堆叠体替代垂直超导块正对水平磁化方向磁体设置，与超导块材比较，超导带材具有优异的自场临界电流密度与机械强度，同时具有良好的低温高场性能，能够显著提高系统的悬浮性能，且超导带材堆叠体性能均匀、堆叠厚度设置灵活、简单；
11.进一步地，所述水平超导块为rebacuo（re为稀土元素）块材或其它超导材料块材的单一结构或任意二种及以上的组合结构。
12.进一步地，所述超导带材垂直堆叠体由rebacuo（re为稀土元素）带材或其它超导材料带材沿垂直于水平面的方向进行堆叠，通过控制堆叠层数，可以灵活设置不同的堆叠厚度。
13.进一步地，所述冷源由常压或低压液氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列进行直接或间接冷却；
14.进一步地，所述永磁轨道为永磁体、电磁体、超导线（带）材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构，构成的单磁极或多磁极轨道；
15.进一步地，当永磁轨道采用永磁体组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或halbach阵列进行排列。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：克服了超导块材垂直设置使用加工难、效率低及超导带材水平堆叠体感应涡流等不足。与单一类型的高温超导磁浮系统相比，在不增加系统自重、成本的条件下，同时使系统实现具有一定导向能力与更高的悬浮性能。
附图说明
17.以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；
18.图1为超导块材c轴平行于磁化方向设置示意图；
19.图2为超导带材堆叠c轴平行于磁化方向设置示意图；
20.图3为永磁轨道外场纵向分布示意图；
21.图4为超导带材堆叠表面感应电流分布示意图；
22.图5为三磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统示意图；
23.图6为双磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统示意图；
24.图7为带材堆叠厚度调节示意图；
25.附图中标号的名称：
[0026]1‑
冷源，2
‑
超导体排列，21
‑
水平超导块，22
‑
水平超导块c轴，23
‑
超导块籽晶点，24
‑
超导带材垂直堆叠体，25
‑
超导带材垂直堆叠体c轴，26
‑
超导带材水平堆叠体，27
‑
超导带材水平堆叠体c轴，28
‑
垂直超导块，29
‑
垂直超导块c轴，3
‑
永磁轨道，31
‑
水平磁化磁体，
32
‑
垂直磁化磁体，33
‑
磁极轴线，b
⊥
‑
垂直场。
具体实施方式
[0027]
实施例1：
[0028]
如图5所示的三磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统示意图，由冷源1、超导体排列2、永磁轨道构3成。超导体排列2由多个水平超导块21与超导带材垂直堆叠体24组成，永磁轨道3由垂直磁化磁体32与水平磁化磁体31组成。在永磁轨道3上方，从上至下依次设置冷源1与超导体排列2，冷源1对超导体排列2进行冷却，永磁轨道3提供应用外磁场。在垂直磁化磁体32正上方设置水平超导块21，使超导块籽晶点23面向永磁轨道3，在水平磁化磁体31正上方设置超导带材垂直堆叠体24。
[0029]
其中，水平超导块21为rebacuo（re为稀土元素）块材或其它超导材料块材的单一结构或任意二种及以上的组合结构。
[0030]
所述超导带材垂直堆叠体24由rebacuo（re为稀土元素）带材或其它超导材料带材沿垂直于水平面的方向进行堆叠，通过控制堆叠层数，可以灵活设置不同的堆叠厚度。
[0031]
所述冷源1由常压或低压液氮低温容器与制冷机提供，通过液氮、固氮、冷头对超导体排列进行直接或间接冷却；
[0032]
所述永磁轨道3为永磁体、电磁体、超导线（带）材线圈磁体的单一磁体组合结构或任意二种及以上的组合结构，构成的单磁极或多磁极轨道；当永磁轨道3采用永磁体组装时，其横向结构按磁极水平对顶设置或halbach阵列进行排列。
[0033]
在其它基于单磁极与奇数个多磁极轨道的高温超导磁浮系统中，超导体排列的设置方式与上述三磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统的设置方法一致。
[0034]
实施例2：
[0035]
如图6所示的双磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统示意图，由冷源1、超导体排列2、永磁轨道构3成。超导体排列2由多个水平超导块21与超导带材垂直堆叠体24组成，永磁轨道3由垂直磁化磁体32与水平磁化磁体31组成。在永磁轨道3上方，依次设置超导体排列2与冷源1，冷源1对超导体排列2进行冷却，永磁轨道3提供应用外磁场。在垂直磁化磁体32正上方设置水平超导块21，使超导块籽晶点23面向永磁轨道3，在水平磁化磁体31正上方设置超导带材垂直堆叠体24。在其它基于偶数个多磁极轨道的高温超导磁浮系统中，超导体排列的设置方式与上述双磁极高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统的设置方法一致。
[0036]
如图7所示的带材堆叠厚度调节示意图，与图6中的系统结构比较，超导带材垂直堆叠体24沿垂直于水平面的方向进行堆叠，通过减少堆叠层数，可以减小超导带材垂直堆叠体24的厚度，从而使水平超导块21与超导带材垂直堆叠体24间的占比可调，进一步，实现系统导向性能与悬浮性能的调控。
[0037]
可以看出，与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：克服了超导块材垂直设置使用加工难、效率低及超导带材水平堆叠感应涡流等不足。与单一类型的高温超导磁浮系统相比，在不增加系统自重、成本的条件下，可以同时使系统实现具有一定导向能力与更高的悬浮性能。
[0038]
上面结合附图对本实用新型的实施加以描述，但是本实用新型不局限于上述的具
体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本实用新型，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。