高温超导带材堆叠单元及排列方法、杜瓦、磁浮列车及系统与流程

文档序号:17934210发布日期:2019-06-15 01:12阅读:726来源:国知局
高温超导带材堆叠单元及排列方法、杜瓦、磁浮列车及系统与流程

本发明涉及磁悬浮技术领域,具体涉及一种高温超导带材堆叠单元及其排列方法、及其杜瓦及制备方法、及其列车和磁浮系统。



背景技术:

高温超导磁浮是指工作在液氮温区(77k)以上的超导体与永磁体之间形成的自稳定悬浮。

在以ybco高温超导块材(以下简称为“高温超导块材”)与第二代高温超导涂层导体(以下简称为“高温超导带材”)的比较上,由于前者脆性大,机械强度弱,临界电流密度小,因此其综合性能不如高温超导带材。特别是超导块材批量化制备难度大、成本高,成为未来大规模应用的瓶颈。而高温超导带材商业规模大,已经大规模量产,热稳定性高且机械强度强,有助于冷却与安装,展现出高温超导带材在磁浮技术领域广阔的应用前景。

传统磁浮系统采用的高温超导块材或高温超导带材采取水平排布,但是完全水平排布的方式会导致磁浮列车高速运行或者转弯的稳定性较差。



技术实现要素:

针对现有技术中的上述不足,本发明旨在提供一种能够提高磁浮列车高速运行或者转弯时稳定性的高温超导带材堆叠单元及排列方法、杜瓦、磁浮列车及系统。

为了达到上述发明创造的目的,本发明采用的技术方案为:

第一方面,提供一种高温超导带材堆叠单元的排列方法,其包括:

剪裁、叠压并封装高温超导带材形成第一高温超导带材单元盒和第二高温超导带材单元盒;

在磁场分布图中每个bz峰值区域上正向分布一个第一高温超导带材单元盒,在磁场分布图中每个bx峰值区域上侧向分布一个第二高温超导带材单元盒形成高温超导带材堆叠单元;磁场分布图为轨道横截面正上方设定高度处的磁场分布,bz和bx分别为以轨道截面方向为x轴、以轨道正上方为z轴的坐标系中z轴方向的磁场分量和x轴方向的磁场分量。

第二方面,提供一种根据上述排列方法得到的高温超导带材堆叠单元,其包括至少一个第一高温超导带材单元盒和至少一个第二高温超导带材单元盒,所有第一高温超导带材单元盒和第二高温超导带材单元盒均由高温超导带材经剪裁、叠压并封装形成;所有第一高温超导带材单元盒一一正向分布于磁场分布图中bz峰值区域上,所有第二高温超导带材单元盒一一侧向分布于磁场分布图中bx峰值区域上;磁场分布图为轨道横截面正上方设定高度处的磁场分布,bz和bx分别为以轨道截面方向为x轴、以轨道正上方为z轴的坐标系中z轴方向的磁场分量和x轴方向的磁场分量。

第三方面,提供一种杜瓦,其包括本体,本体内设置有上述高温超导带材堆叠单元。

第四方面,提供一种磁浮列车,其包括车架,车架上设置有上述杜瓦。

第五方面,提供一种列车磁浮系统,其包括轨道和与轨道配合的上述磁浮列车。

本发明的有益效果为:

1.由于高温超导材料存在各向异性,其晶格ab面具有较高的临界电流密度,而含c轴的面性能较差。以常用的永磁轨道为例,由于磁力线的互相排斥,轨道上部空间磁场可以分解为z轴和x轴方向的两个磁场分量(bz和bx),且二者的峰值不重合。因而,完全水平排布的方式将使得在bx较大处的高温超导块以含c轴的面处于工作状态。而对于完全水平布置的带材而言,由于超导层对磁力线的排斥作用,在bx较大处的磁场将更倾向于从带材的金属基带中通过,从而使得超导体对磁通的钉扎效应不能充分体现出来。而导向力主要是通过磁通钉扎力钉扎磁通量子来维持导向的刚度及稳定性,因此完全水平的布置方式会导致悬浮车高速运行或者转弯的稳定性较差。高温超导带材是以晶格ab面为工作面,在bz大的地方采用正向放置,bx大的地方采取侧向放置,均是为了使得晶格ab面充分与磁场发生作用,从而获得最优化的悬浮力与导向力。因而本发明采用的高温超导带材堆叠单元可以在充分增大悬浮力的同时提高导向的稳定性,其中高温超导带材的正向放置主要提供悬浮力,侧向放置主要提供导向力,极大地发挥了高温超导带材的优势。

2.相比于传统高温超导块材,高温超导带材具有更高的成相质量,更高的磁通钉扎能力,从而具有更高的临界电流密度。这使得其抵抗交变磁场诱发的磁通量子进出超导体的能力增强,从而减小了交流损耗;同时,由于带材的镍基金属基带的导热能力较好,从而可以抑制因热扰动引起磁痛跳跃导致的局部升温现象,减小因此而产生的能量损耗。

3.高温超导带材的金属镍基地产生的涡流效应可同时起到阻尼减震的效果,同时也不会减小磁悬浮间隙,减小了对行车安全的影响。

综上,由于高温超导带材的几何延展性,可以根据要求剪裁堆叠成需要的几何形状,最大限度充分利用磁场的分布方式。相比较于高温超导块材构成的悬浮方式,高温超导带材成相质量远好于高温超导块材,因而可以获得更好的悬浮及导向性能。针对永磁轨道空间磁场分布状态,在磁场bz分量峰值区域位置安排正向布置的第一高温超导带材单元盒,而在bx分量峰值区域安排侧向布置的第二高温超导带材单元盒,实现了磁浮系统的磁浮力和导向力的优化配置。

附图说明

图1为典型halbach永磁轨道结构及其横截面正上方15mm处空间磁场的不同磁场分量分布状态示意图;

图2为具体实施例中列车磁浮系统工作状态示意图。

其中:1、杜瓦;2、halbach永磁轨道;3、第二高温超导带材单元盒;4、第一高温超导带材单元盒。

具体实施方式

下面结合附图,对本发明的具体实施方式做详细说明,以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚,下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。

第一方面,提供一种高温超导带材堆叠单元的排列方法,其包括:

剪裁、叠压并封装高温超导带材形成第一高温超导带材单元盒4和第二高温超导带材单元盒3;

在磁场分布图中每个bz峰值区域上正向分布一个第一高温超导带材单元盒4,正向是指第一高温超导带材盒内的高温超导带材的法向量方向与轨道上方z轴方向一致;在磁场分布图中每个bx峰值区域上侧向分布一个第二高温超导带材单元盒3形成高温超导带材堆叠单元,侧向是指第二高温超导带材盒内的高温超导带材的法向量方向与轨道上方x轴方向一致;磁场分布图为轨道横截面正上方设定高度处的磁场分布,bz和bx分别为以轨道截面方向为x轴、以轨道正上方为z轴的坐标系中z轴方向的磁场分量和x轴方向的磁场分量。

实施时,以典型halbach永磁轨道2结构为例,其轨道结构及其横截面正上方15mm处空间磁场的不同磁场分量分布状态示意图如图1所示,具有该轨道的列车磁浮系统工作状态示意图如图2所示,图1和图2中宽箭头方向表示各组成磁体的磁化方向。

优选第一高温超导带材盒内的高温超导带材的长度与杜瓦内部空间的长度相同,宽度覆盖bx>bz的空间区域。第二高温超导带材盒内的高温超导带材的长度与杜瓦内部空间的长度相同,宽度覆盖bz>bx的空间区域。另外,第一高温超导带材盒内和第二高温超导带材盒内的高温超导带材的长度均可以小于杜瓦的长度,宽度均可以小于或大于上述优选宽度。第一高温超导带材盒和第二高温超导带材盒内的高温超导带材的高度与具体列车需求相关。

第二方面,提供一种根据本方案设计的排列方法得到的高温超导带材堆叠单元,其包括至少一个第一高温超导带材单元盒4和至少一个第二高温超导带材单元盒3,所有第一高温超导带材单元盒4和第二高温超导带材单元盒3均由高温超导带材经剪裁、叠压并封装形成;所有第一高温超导带材单元盒4一一正向分布于磁场分布图中bz峰值区域上,所有第二高温超导带材单元盒3一一侧向分布于磁场分布图中bx峰值区域上;磁场分布图为轨道横截面正上方设定高度处的磁场分布,bz和bx分别为以轨道截面方向为x轴、以轨道正上方为z轴的坐标系中z轴方向的磁场分量和x轴方向的磁场分量。

第三方面,提供一种杜瓦1,其包括本体,本体内设置有本方案设计的高温超导带材堆叠单元。

第四方面,提供一种磁浮列车,其包括车架,车架上设置有本方案设计的杜瓦1。

第五方面,提供一种列车磁浮系统,其包括轨道和与该轨道配合的本方案设计的磁浮列车。

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