CN106218441B - 高温超导磁悬浮***及磁悬浮列车 - Google Patents

高温超导磁悬浮***及磁悬浮列车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温超导磁悬浮***及磁悬浮列车，该高温超导磁悬浮***包括：磁悬浮机构，其包括由永磁体及铁磁性物质制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内由多个超导块沿所述轨道宽度方向平铺形成的超导块层，其中，与所述轨道中部的水平磁场的主导区域对应的所述低温容器内侧立c轴为水平方向的两块所述超导块以将所述超导块层分割成左右两段；缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动。本发明将两块超导块侧立并使其c轴方向与其下的轨道的磁场方向平行，一方面，提高了该处的磁场利用率，并能有效提高悬浮力；另一方面，充分利用了轨道两侧的磁场能量。

Description

高温超导磁悬浮***及磁悬浮列车
技术领域
本发明涉及高温超导磁悬浮技术领域，尤其涉及一种高温超导磁悬浮***及装备有该高温超导磁悬浮***的磁悬浮列车。
背景技术
高温超导磁悬浮技术，由于高温超导体独特的磁通钉扎特性，具有无源自稳定的悬浮优势，在无摩擦轴承、飞轮储能、轨道交通等领域展现出良好的应用前景。其中，2000年我国世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车的诞生展示了高温超导磁悬浮技术在未来新型(高速、环保、舒适等特点)轨道交通工具的巨大吸引力，引起了国际社会的广泛关注。目前，德国、俄罗斯、巴西、日本等国均研制出高温超导磁悬浮车样机，各国都在努力推进高温超导磁悬浮车的实用化进程。如何进一步提高现有高温超导磁悬浮车***的承载能力和稳定性能，成为其中一个技术重点。
超导块是高温超导磁悬浮***中的核心部分之一，通常固定于低温容器中。目前，具有三个均匀分布籽晶轴(c轴)的三籽晶YBa2Cu3O7-x的超导块相比于单籽晶块材在性能上更优，因此广泛应用于高温超导磁悬浮***中。研究发现，高温超导体材料YBa2Cu3O7-x的晶体内部a-b面上的导电率要明显高于垂直于a-b面的c轴方向上的导电率，前者的临界电流密度大小约为后者的3倍左右。但目前很好利用该特性来提高高温超导磁悬浮***，或者利用该特性后高温超导磁悬浮***并没有获得较优的效果。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高温超导磁悬浮***及具有该高温超导磁悬浮***的磁悬浮列车，该高温超导磁悬浮***能够大大提高磁悬浮性能，而且具有良好的减震性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高温超导磁悬浮***，包括：磁悬浮机构，其包括由永磁体及铁磁性物质制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内由多个超导块沿所述轨道宽度方向平铺形成的超导块层，其中，与所述轨道中部的水平磁场的主导区域对应的所述低温容器内侧立c轴为水平方向的两块所述超导块以将所述超导块层分割成左右两段；缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动。
优选地，左段超导层和右段超导层至少具有一块c轴垂直于所述轨道的磁场的超导块。
优选地，所述缓冲机构包括固定在所述低温容器的上部的缸体、设置在所述缸体的腔室中并将所述腔室分别成上腔室和下腔室的活塞以及上端固定在所述车架上，下端伸入所述缸体与所述活塞连接的活塞杆；其中：所述活塞上装设有入口和出口分别对应与所述下腔室和所述上腔室连通的第一单向阀以及入口和出口分别对应与所述上腔室和所述下腔室连通的第二单向阀。
优选地，所述上腔室和所述下腔室分别设置有上减震弹簧和下减震弹簧。
本发明还公开了一种磁悬浮列车，包括车架，还包括设置在所述车架和轨道之间的上述的高温超导磁悬浮***。
与现有技术相比，本发明的高温超导磁悬浮***及磁悬浮列车的有益效果是：本发明将两块超导块侧立并使其c轴方向与其下的轨道的磁场方向平行，一方面，提高了该处的磁场利用率，并能有效提高悬浮力；另一方面，引入两个超导块使超导块层的宽度增加，恰好能够将轨道覆盖完全，充分利用了轨道两侧的磁场能量。
附图说明
图1为本发明的高温超导磁悬浮***的结构示意图；
图2为轨道磁场分别示意图；
图3为图1的局部A的放大视图。
图中：
10-轨道；20-低温容器；30-超导块层；31-超导块；40-缓冲机构；41-缸体；42-活塞；43-活塞杆；44-下减震弹簧；45-第一单向阀；46-第二单向阀；47-上减震弹簧；50-车架。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明的优选实施例公开了一种高温超导磁悬浮***，该高温超导磁悬浮***可应用于轨道10交通车辆但不限于应用于此。该高温超导磁悬浮***包括磁悬浮机构和缓冲机构40，磁悬浮机构用于为车辆提供悬浮力和导向力以使车辆在承载一定载荷情况下行驶，缓冲机构40用于减缓车辆在竖直方向上的运动以缓冲车辆在行驶过程中出现的震动。其中，磁悬浮机构具体包括永磁体及铁磁性物质制成的轨道10、低温容器20以及多个超导块31，低温容器20设置在轨道10的正上方，多个超导块31置于低温容器20内并沿轨道10的宽度方向排列而形成超导块层30，本发明的关键在于：将对应于轨道10中部的水平磁场的主导区域的低温容器20内的位置侧立两块c轴为水平方向的超导块31。本发明将两块超导块31侧立并使其c轴方向与其下的轨道的磁场方向平行，一方面，如图2所示，提高了该处的磁场利用率，并能有效提高悬浮力；另一方面，引入两个超导块31使超导块层30的宽度增加，恰好能够将轨道10覆盖完全(现有技术中的轨道的宽度大于超导块层的宽度，轨道两侧的磁场背浪费)，充分利用了轨道10两侧的磁场能量。为提高车辆的导向力，在侧立的两块超导块31的两侧的左段超导层和右段超导层至少具有一块c轴垂直于所述轨道10的磁场的超导块31。如此，可提高车辆的导向力，进而提高导向性能。
对于高温超导磁悬浮***应用于车辆的情况而言，轨道10与超导块31之间的磁力作用虽然能够为车辆的震动提供部分缓冲作用，但若要最大程度的减小车辆的震动还需单独加装缓冲机构40，这也是本发明将缓冲***引入高温超导磁悬浮***的原因。
具有减震作用的缓冲机构40的结构或组成可以有多种，如减震弹簧，即在低温容器20与车架50之间设置减震弹簧，利用减震弹簧在受到机械力时发生弹性变形而对车辆起到减震作用。然而减震弹簧存在至少两方面的缺陷：一是，减震弹簧对于震动过程中能够因明显阻止车辆竖直向下运动而起到明显的缓冲作用，而对于在震动过程中车辆竖直向上运动时，因减震弹簧对车辆竖直向上运动的阻止能力不强(减震弹簧受压效果好，而受拉效果差)而起到的缓冲作用不强；二是，减震弹簧因频繁的发生弹性变形而容易失效，甚至疲劳破坏，进而导致缓冲作用减弱甚至失效。
为提高车辆的减震性能，本发明的一个优选实施例提供了一种减震效果优良的缓冲机构40，如图3并结合图1所示，具体地，缓冲机构40包括固定在低温容器20上部的缸体41、设置在缸体41的腔室中并将腔室分别成上腔室(上腔室内设置有液压介质)和下腔室(下腔室内设置有液压介质)的活塞42以及上端固定在车架50上，下端伸入缸体41与活塞42连接的活塞杆43，上腔室和下腔室内分别设置有上减震弹簧47和下减震弹簧44。其中：活塞42上装设有入口和出口分别对应与上腔室和下腔室连通的第一单向阀45以及入口和出口分别对应与下腔室和上腔室连通的第二单向阀46，并且使第二单向阀46的导通压力条件设置为当活塞杆43和活塞42承受整个车辆的重力时，第二单向阀46仍处于关闭状态，而当承受的力为大于车辆重力某一数值时，第二单向阀46导通，对于第一单向阀45的导通条件可以设定为任意压力值。
上述缓冲机构40能够起到减震作用的原因在于：当车辆在竖直方向上未发生震动时，下腔室内的液压介质因承受整个车辆的重力而具有一定压力，活塞42上的第二单向阀46因未达到导通条件而关闭，而第一单向阀45因具有逆止功能，从而使下腔室内的液压介质无法通过第一单向阀45和第二单向阀46进入上腔室，从而使得活塞杆43在竖直方向上保持不动，车辆在水平方向上平稳行驶。当因某种原因(如轨道10铺设不平整)缸体41下方的行走部分(如低温容器20和超导块31)在竖直方向上发生震动时，当行走部分突然竖直向上运动时，下腔室内的液压介质受到活塞42的挤压而压力升高，当压力升高到第二单向阀46的导通条件时，第二单向阀46导通，下腔室内的液压介质通过第二单向阀46进入上腔室，缸体41随行走部分向上运动，行走部分和缸体41不会带动活塞42、活塞杆43以及车辆向上运动或是活塞42、活塞杆43以及车辆缓慢的向上运动，从而达到缓冲的目的，当行走部分突然竖直向下运动时，上腔室内的液压介质受到活塞42的挤压而压力升高，当压力升高到第一单向阀45的导通条件时，第一单向阀45导通，上腔室内的液压介质通过第一单向阀45进入下腔室，缸体41随行走部分向下运动，行走部分和缸体41不会带动活塞42、活塞杆43以及车辆向下运动或是活塞42、活塞杆43以及车辆缓慢的向下运动，从而达到缓冲的目的。
上述缓冲机构40利用液压介质在第一单向阀45和第二单向阀46的控制下于上腔室和下腔室之间流动，从而使缸体41与活塞杆43形成相对运动，进而实现对车辆的缓冲，这种液压式减震方式相比减震弹簧的减震方式具有缓冲柔和的特点，更重要的是不存在弹性失效的缺陷，且能够克服减震弹簧对竖直向上运动的车辆缓冲效果不好的缺陷。
对于上述的第二单向阀46的导通条件可以解释为：当车辆平稳运行时，第二单向阀46必须保持断开状态，只有这样才能使下腔室的液压介质支撑车辆，而当行走部分突然向上运动时，活塞42挤压下腔室，此时下腔室内的液压介质的压力要高于车辆平稳运行时的压力，将第二单向阀46的导通条件设置在升高的某一压力值上就会使得行走部分在向上运动到某一程度时，第二单向阀46导通。
从上述解释可以看出，第二单向阀46所设定的导通条件越接近车辆平稳运行时下腔室的液压介质的压力，缓冲机构40的缓冲效果越好。
为进一步提高缓冲机构40的减震效果，在本发明的一个优选实施例中，上腔室和下腔室内分别设置有上减震弹簧47和下减震弹簧44，如此，缓冲机构40利用液压方式和机械方式两种减震方式，大大提高了车辆的减震效果。
此外，本发明还公开了一种磁悬浮列车，包括车架50，还包括设置在车架50和轨道10之间的上述的高温超导磁悬浮***。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高温超导磁悬浮***，其特征在于，包括：
磁悬浮机构，其包括由永磁体及铁磁性物质制成的轨道、设置在所述轨道上方的低温容器以及设置在所述低温容器内由多个超导块沿所述轨道宽度方向平铺形成的超导块层，其中，与所述轨道中部的水平磁场的主导区域对应的所述低温容器内侧立c轴为水平方向的两块所述超导块以将所述超导块层分割成左右两段，引入两个超导块使超导块层的宽度增加，恰好能够将轨道覆盖完全；左段超导层和右段超导层至少具有一块c轴垂直于所述轨道的磁场的超导块；
缓冲机构，其设置在车架与所述低温容器之间以减缓所述车架在竖直方向的运动；其中：
所述缓冲机构包括固定在所述低温容器的上部的缸体、设置在所述缸体的腔室中并将所述腔室分别成上腔室和下腔室的活塞以及上端固定在所述车架上，下端伸入所述缸体与所述活塞连接的活塞杆；其中：
所述活塞上装设有入口和出口分别对应与所述下腔室和所述上腔室连通的第一单向阀以及入口和出口分别对应与所述上腔室和所述下腔室连通的第二单向阀；
第二单向阀的导通压力条件设置为当活塞杆和活塞承受整个车辆的重力时，第二单向阀仍处于关闭状态，而当承受的力为大于车辆重力某一数值时，第二单向阀导通。
2.如权利要求1所述的高温超导磁悬浮***，其特征在于，所述上腔室和所述下腔室分别设置有上减震弹簧和下减震弹簧。
3.一种磁悬浮列车，包括车架，其特征在于，还包括设置在所述车架和轨道之间的如权利要求1至2任意一项所述高温超导磁悬浮***。
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