專利名稱：一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)因其具有的無機械接觸特性在交通、能源等領(lǐng)域廣受青睞。目
前用于交通的^t懸浮車包括以德國為首的常導(dǎo)^f茲懸浮列車(EMS)、以日本為首 的低溫超導(dǎo)^f茲懸浮車(EDS)以及2000年底在中國實-瞼成功的高溫超導(dǎo)塊材》茲 懸浮車(HTS-Maglev)等。
常導(dǎo)磁懸浮列車(EMS)通過車載懸浮導(dǎo)向電磁鐵與鐵磁性軌道的電磁吸力 實現(xiàn)列車的穩(wěn)定懸浮，以直線電機作為列車的驅(qū)動系統(tǒng)。低溫超導(dǎo)磁懸浮車 (EDS)以運動的車載超導(dǎo)或者永久磁體與非磁性導(dǎo)電軌道(線圈)的電磁排斥 力作為車體的懸浮力，以基于零磁通原理的導(dǎo)向線圏實現(xiàn)車體的側(cè)向穩(wěn)定，為
了利用車載》茲體的磁場，釆用同步直線電機進行驅(qū)動。高溫超導(dǎo)塊材磁懸浮車 (HTS-Maglev )通過高溫超導(dǎo)塊材與永磁軌道的電磁互作用提供系統(tǒng)穩(wěn)定工作 必需的懸浮與導(dǎo)向力，利用直線電機完成系統(tǒng)的驅(qū)動。
EMS必須有一套復(fù)雜的懸浮導(dǎo)向控制單元才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定懸浮，必須沿 線鋪設(shè)初級線圈才能保證驅(qū)動單元的正常工作。另外，大量的車載電磁鐵導(dǎo)致 車體的自重大，有效載荷低，同時系統(tǒng)雖然可以實現(xiàn)靜止懸浮，但需要消耗大 量的電能。
以低溫超導(dǎo)磁體為場源的EDS以液氦為冷制，價格較高且需要復(fù)雜龐大的 低溫循環(huán)系統(tǒng)，同時超導(dǎo)磁體的高磁場(達5T)容易對車廂造成電磁污染。以 Halbach結(jié)構(gòu)的永久》茲體為場源的EDS需要大量的車載f茲體，自重很大，車體有 效載荷較低，并且EDS不能實現(xiàn)靜止懸浮，需要輔助輪。
HTS-Maglev中涉及的高溫超導(dǎo)塊材可工作在液氮溫度下，成本低且對低溫 部分的要求較低。由于同樣使用直線電機驅(qū)動，HTS-Maglev也需要沿線鋪設(shè)線 圏。另外，現(xiàn)有的HTS-Mag 1 ev涉及的永磁軌道的上下部空間的^茲場對稱分布， 但目前系統(tǒng)僅利用了上部空間磁場，這對永磁軌道是一個極大的浪費。
以上三種^f茲懸浮方式均未能將懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動三個子系統(tǒng)集成為一體。為了提供驅(qū)動力而需要在軌道沿線鋪設(shè)直線電機的初級電磁線圍，電磁線圏使 用量很大，成本高，使其在磁懸浮列車系統(tǒng)的總體造價中占據(jù)很大的比例，大 大增加了高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的造價，不利于提高磁懸浮列車在軌道交通領(lǐng)域 的竟爭力。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo)磁懸 浮系統(tǒng)，該磁懸浮系統(tǒng)不用沿線鋪設(shè)線圈，磁懸浮系統(tǒng)的造價低，在保證低能 耗靜止懸浮的同時，具有較高的每延米懸浮重量和較低的自重，有效栽荷高。
本實用新型解決其技術(shù)問題采用的方案如下 一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一 體的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，包括7Jc磁體及兩邊的聚磁極構(gòu)成的左、右永磁軌道； 車體左、右兩側(cè)固定的低溫容器及低溫容器中的高溫超導(dǎo)塊材，其結(jié)構(gòu)特點是
左、右永磁軌道通過橫向穿過的緊固螺桿螺紋連接在離地的軌道梁上，左、 右辦Jt軌道的下方均設(shè)有與車體相連的、由鐵磁材料組成的"山"字形的附加 聚磁極，附加聚磁極向上凸起的外側(cè)聚磁極，中間聚磁極和內(nèi)側(cè)聚磁極分別位 于永磁軌道聚磁極的正下方；附加聚磁極繞有由車體上的車栽直流電源供電的 驅(qū)動線圏，驅(qū)動線圏繞過附加聚磁極的三個聚磁極的頂部且外側(cè)聚磁極，內(nèi)側(cè)聚 磁極頂部線閨中流過的電流方向相同，而與中間聚磁極頂部線團中流過的電流 方向相反。
本實用新型的工作原理是
懸浮作用系統(tǒng)的懸浮力主要由車體上的高溫超導(dǎo)塊材與永磁軌道之間的 電磁排斥力產(chǎn)生；同時，附加聚磁極被永磁軌道磁化，二者之間產(chǎn)生吸引力， 使車體向上，起懸浮力的作用；系統(tǒng)的懸浮能力得到增強。
導(dǎo)向作用系統(tǒng)的導(dǎo)向力主要由高溫超導(dǎo)塊材與永磁軌道作用產(chǎn)生的釘扎 力形成，同時被磁化的"山，，字形的附加聚磁極與永磁軌道之間也有側(cè)向電磁 吸引力。二者共同作用，形成系統(tǒng)穩(wěn)定的導(dǎo)向能力。
驅(qū)動作用采用直流直線電機的方式。通過在永磁軌道下部空間的附加聚 磁極，使從永磁軌道下方的磁通線絕大部分聚集到附加聚磁極的三個凸出的聚 磁極的上方，而形成強磁場區(qū)域，當在這三個聚磁極頂部的線團中通入直流電 時，由于中間聚磁極與內(nèi)、外側(cè)聚磁極的磁通線方向相反，而它們的頂部線團 中電流方向也相反，根據(jù)安培定律，中間與內(nèi)外側(cè)聚磁極頂部的線圏與永磁軌
5道之間將產(chǎn)生方向相同的縱向安培力，形成磁懸浮系統(tǒng)的驅(qū)動力，驅(qū)動磁懸浮 車體縱向運行。系統(tǒng)中永磁軌道即構(gòu)成直線電機的定子，附加聚磁極上的線圈 成為直線電機的轉(zhuǎn)子。同時，由于聚磁極其它部分繞過的線圏所處的區(qū)域為弱 磁場區(qū)域，產(chǎn)生的安培力很小，對驅(qū)動力的影響很小。總之，中間與內(nèi)外側(cè)聚 磁極頂部的線圈產(chǎn)生的縱向安培力構(gòu)成磁懸浮系統(tǒng)的驅(qū)動力，驅(qū)動磁懸浮車向 前運行。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是
1、 系統(tǒng)造價低。車體下方的聚》茲極上的線圏構(gòu)成驅(qū)動車體直線電機的轉(zhuǎn)子， 車體所在位置處永^茲4i道構(gòu)成直線電機定子，作為f茲懸浮系統(tǒng)的驅(qū)動子系統(tǒng)。
充分利用了車體所在位置處永^磁軌道下方的空閑〃磁場，而無需在遠遠超過車體 長度的軌道全線鋪設(shè)產(chǎn)生直線電機定子^f茲場的線圏，線圏用量大大降低，明顯 降低了系統(tǒng)造價。
2、 調(diào)速性能好。本系統(tǒng)的直線電機為直流電^U,相比于現(xiàn)有》茲懸浮系統(tǒng)的 交流直線電機具有更好的調(diào)速性能。
3、 懸浮導(dǎo)向能力強。與目前的高溫超導(dǎo)/F茲懸浮車相比，附加聚》茲極與永》茲 軌道之間的磁吸力能增加系統(tǒng)的懸浮力作用與導(dǎo)向力作用，提高了系統(tǒng)的懸浮 及導(dǎo)向性能；可實現(xiàn)幾乎無能耗的靜止懸浮，無需任何懸浮控制單元。
上述的附加聚磁極的驅(qū)動線圏任意一圈的具體繞法為導(dǎo)線從車載直流電 源一極經(jīng)外側(cè)聚》茲極外側(cè)下部，翻過外側(cè)聚磁極的頂部，再經(jīng)外側(cè)聚》茲極的內(nèi) 側(cè)下部進入中間聚磁極的內(nèi)側(cè)下部，翻過中間聚磁極的頂部進入到中間聚磁極 外側(cè)下部，從中間聚磁極外側(cè)下部進入到內(nèi)側(cè)聚磁極內(nèi)側(cè)下部，翻過內(nèi)側(cè)聚磁 極頂部后，經(jīng)內(nèi)側(cè)聚》茲極外側(cè)下部與車載直流電源的另 一極連接。
這樣，能確保附加聚磁極的驅(qū)動線圈內(nèi)、外側(cè)聚^f茲極頂部線圏中流過的電 流方向相同，而與中間聚浪t才及頂部線圈中流過的電流方向相反，保i正中間與內(nèi) 外側(cè)聚磁極頂部的線圈與永磁軌道之間將產(chǎn)生方向相同的縱向安培驅(qū)動力；同 時，也使聚磁極其它部分繞過的線圏所處的弱磁場區(qū)域內(nèi)，任意一圈在同一區(qū) 域中有兩條電流方向相反的導(dǎo)線，其產(chǎn)生的安培力可基本相互抵消，對驅(qū)動力 的影響降到最小。
上述的附加聚磁極的中間聚磁極寬度為正上方的永磁軌道聚磁極寬度的 2~5倍；內(nèi)、外側(cè)聚磁極的寬度為正上方的永磁軌道聚磁極寬度的1. 5~4.5倍。這樣能使附加聚磁極的聚磁效果更好，能更好地聚集永磁軌道下方的磁力線。
上述的附加聚磁極通過升降機構(gòu)與車體相連。這樣便于調(diào)節(jié)附加聚磁極與 車體及永i茲軌道間的間距，從而調(diào)整系統(tǒng)的驅(qū)動力及懸浮、導(dǎo)向力。
上述的永磁軌道、附加聚磁極以及低溫容器均向中間傾斜0 90° 。這樣將 在水平方向上產(chǎn)生兩個爭文大的大小相同、方向相反的從兩側(cè)指向中間(內(nèi))的 力，適用于在需要高側(cè)向穩(wěn)定性的場合。
上述的附加聚《茲極在縱向上由多段形狀相同的附加聚f茲極模塊組成。這樣 可降低附加聚磁極的制造成本。
上述的驅(qū)動線圈的導(dǎo)線為常規(guī)的金屬導(dǎo)體或超導(dǎo)體材料線材及帶材構(gòu)成。 采用超導(dǎo)材料時，可提高系統(tǒng)的驅(qū)動效率，節(jié)約能源。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的描述。

圖l是本實用新型實施例的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型實施例的左永磁軌道下方的附加聚磁極及其上的驅(qū)動線 圈的繞向示意圖(為便于觀察圖中僅畫出一圈驅(qū)動線圏)。
圖3是本實用新型實施例的左永磁軌道及其下方的附加聚磁極的磁場分布 示意圖。
具體實施方式

實施例
圖l示出，本實用新型的一種具體實施方式
為 一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于 一體的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，包括永磁體5a及兩邊的聚磁極5b構(gòu)成的左、右 永磁軌道5;車體1左、右兩側(cè)固定的低溫容器2及低溫容器2中的高溫超導(dǎo)塊 材3。左、右永磁軌道5通過橫向穿過的緊固螺桿6螺紋連接在離地的軌道梁 11上，左、右永^茲軌道5的下方均設(shè)有與車體1相連的、由鐵》茲材料組成的"山" 字形的附加聚磁極9， 附加聚i茲極9向上凸起的外側(cè)聚磁極9a，中間聚磁極9b 和內(nèi)側(cè)聚磁極9c分別位于永磁軌道5聚磁極5b的正下方；附加聚磁極9繞有 由車體1上的車載直流電源IO供電的驅(qū)動線圏14,驅(qū)動線圏14繞過附加聚磁 極9的三個聚》茲極9a、 9b、 9c的頂部且內(nèi)、外側(cè)聚》茲極9c、 9a頂部線圈中流 過的電流方向相同，而與中間聚^茲極9b頂部線圏中流過的電流方向相反。
圖2示出，附加聚磁極9的驅(qū)動線圏14任意一圏的具體繞法為導(dǎo)線從車載直流電源10 —才及經(jīng)外側(cè)聚;茲極9a外側(cè)下部，翻過外側(cè)聚;茲極9a的頂部，再 經(jīng)外側(cè)聚磁極9a的內(nèi)側(cè)下部進入中間聚磁極9b的內(nèi)側(cè)下部，翻過中間聚磁極 9b的頂部進入到中間聚磁極9b外側(cè)下部，從中間聚》茲極9b外側(cè)下部進入到內(nèi) 側(cè)聚磁極9c內(nèi)側(cè)下部，翻過內(nèi)側(cè)聚磁極9c頂部后，經(jīng)內(nèi)側(cè)聚磁極9c外側(cè)下部 與車載直流電源10的另一極連接。
附加聚磁極9的中間聚磁極9b寬度為正上方的永f茲軌道5聚磁極5b寬度 的2~5倍；內(nèi)、外側(cè)聚磁極9c、 9a的寬度為正上方的永磁軌道5聚磁極5b寬度 的1. 5~4.5倍。
附加聚磁極9通過升降機構(gòu)與車體1相連。永磁軌道5、附加聚磁極9以及 低溫容器2均向中間傾斜0 90。。附加聚,茲極9在縱向上由多段形狀相同的附 加聚磁極模塊組成。
圖3為永磁軌道及其下方的附加聚磁極的磁場分布示意圖。從圖中可以看 出，磁力線主要聚集在7lc磁軌道5內(nèi)部及其正下方，以及附加聚,茲極9內(nèi)部及 其凸起的三個聚磁極9a、 9b、 9c正上方。而附加聚磁極旁及三個凸起聚磁極旁 的間隙部位則》茲力線^艮少，為弱》茲場區(qū)域。
驅(qū)動線圈14的導(dǎo)線為常規(guī)的金屬導(dǎo)體或超導(dǎo)體材料線材及帶材構(gòu)成。使用 超導(dǎo)體時需要一套低溫系統(tǒng)，這套低溫系統(tǒng)與懸浮低溫系統(tǒng)可以集成，構(gòu)成全 超導(dǎo)化的磁懸浮車系統(tǒng)。
為減小運動過程中倒附加聚磁極9與永磁軌道5的》茲場產(chǎn)生的渦流阻力， 附加聚磁極9可由雙面涂有絕緣漆的高磁導(dǎo)率的硅鋼片通過真空環(huán)氧浸漬的方 法制作。
本實用新型的軌道梁，可以通過其下部或側(cè)下部的軌道柱與地相連，而使 軌道梁離地。其離地高度以保證磁懸浮車運行時，附加聚磁極的底部不著地即 可。通常為5~20cm。
該磁懸浮系統(tǒng)可用于軌道交通、游樂場所的磁懸浮車、磁懸浮演示實驗以 及生產(chǎn)車間的貨物的無機械摩擦傳送等。
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權(quán)利要求1、一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，包括永磁體(5a)及兩邊的聚磁極(5b)構(gòu)成的左、右永磁軌道(5)；車體(1)左、右兩側(cè)固定的低溫容器(2)及低溫容器(2)中的高溫超導(dǎo)塊材(3)，其特征在于所述的左、右永磁軌道(5)通過橫向穿過的緊固螺桿(6)螺紋連接在離地的軌道梁(11)上，左、右永磁軌道(5)的下方均設(shè)有與車體(1)相連的、由鐵磁材料組成的“山”字形的附加聚磁極(9)，附加聚磁極(9)向上凸起的外側(cè)聚磁極(9a)，中間聚磁極(9b)和內(nèi)側(cè)聚磁極(9c)分別位于永磁軌道(5)聚磁極(5b)的正下方；附加聚磁極(9)繞有由車體(1)上的車載直流電源(10)供電的驅(qū)動線圈(14)，驅(qū)動線圈(14)繞過附加聚磁極(9)的三個聚磁極(9a、9b、9c)的頂部且內(nèi)、外側(cè)聚磁極(9c、9a)頂部線圈中流過的電流方向相同，而與中間聚磁極(9b)頂部線圈中流過的電流方向相反。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo)磁懸 浮系統(tǒng)，其特征在于所述的附加聚磁極(9)的驅(qū)動線圏(14)任意一圈的具體 繞法為導(dǎo)線從車載直流電源(10) —極經(jīng)外側(cè)聚磁極(9a)外側(cè)下部，翻過外 側(cè)聚磁極(9a)的頂部，再經(jīng)外側(cè)聚磁極(9a)的內(nèi)側(cè)下部進入中間聚磁極(9b)的 內(nèi)側(cè)下部，翻過中間聚》茲極(9b)的頂部進入到中間聚i茲極(9b)外側(cè)下部，從中 間聚磁極(9b)外側(cè)下部進入到內(nèi)側(cè)聚磁極(9c)內(nèi)側(cè)下部，翻過內(nèi)側(cè)聚磁極(9c) 頂部后，經(jīng)內(nèi)側(cè)聚^茲極(9c)外側(cè)下部與車載直流電源(10)的另一極連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo) 磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的附加聚磁極(9)的中間聚磁極(9b)寬度為正 上方的永磁軌道(5 )聚磁極(5b )寬度的2~5倍；內(nèi)、外側(cè)聚磁極(9c、 9a ) 的寬度為正上方的永^磁軌道(5)聚磁極(5b)寬度的1. 5~4. 5倍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo) 磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的附加聚磁極(9)通過升降機構(gòu)與車體(1) 相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo) 磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的永磁軌道(5)、附加聚磁極(9)以及低溫容器(2)均向中間傾斜0 90。。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo) 磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的附加聚磁極(9)在縱向上由多段形狀相同的 附加聚磁極模塊組成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo) 磁懸浮系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動線圈(14)的導(dǎo)線為常規(guī)的金屬導(dǎo)體或 超導(dǎo)體材料線材及帶材構(gòu)成。
專利摘要一種集懸浮、導(dǎo)向及驅(qū)動于一體的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，左、右永磁軌道通過橫向穿過的緊固螺桿螺紋連接在離地的軌道梁上，左、右永磁軌道的下方均設(shè)有與車體相連的、由鐵磁材料組成的“山”字形的附加聚磁極，附加聚磁極向上凸起的外側(cè)聚磁極，中間聚磁極和內(nèi)側(cè)聚磁極分別位于永磁軌道聚磁極的正下方；附加聚磁極繞有由車體上的車載直流電源供電的驅(qū)動線圈，驅(qū)動線圈繞過附加聚磁極的三個聚磁極的頂部且內(nèi)、外側(cè)聚磁極頂部線圈中流過的電流方向相同，而與中間聚磁極頂部線圈中流過的電流方向相反。該磁懸浮系統(tǒng)不用沿線鋪設(shè)線圈，磁懸浮系統(tǒng)的造價低，在保證低能耗靜止懸浮的同時，具有較高的每延米懸浮重量和較低的自重，有效載荷高。
文檔編號B60L13/04GK201240289SQ20082006403
公開日2009年5月20日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者宋宏海, 王家素, 王素玉, 馬光同 申請人:西南交通大學(xué)