[发明专利]采用高温超导块材磁体的直线悬浮推进系统

说明书

技术领域

本发明属于高温超导磁体应用技术领域，特别是一种采用高温超导块材磁体的直线 悬浮推进系统；该悬浮推进系统可广泛作为运输机械、磁悬浮列车的磁悬浮和推进系统用。

背景技术

目前已采用的应用高温超导磁悬浮机构的直线磁悬浮推进系统包括由动子和定子组 成的直线电机推进机构及由永磁导轨和高温超导块材磁体组成的磁悬浮机构，以及设于直 线电机与两侧磁悬浮机构之间的支承杆。其中：

在直线电机中直线感应电机应用较为广泛，因为它的次级结构简单，安装、维修和除 屑容易，次级可以是整块均匀的金属材料，适宜于做得较长，但直线感应电动机采用电激 磁，因此效率低，发热大，次级也需要冷却，气隙公差严格，通常只有0.1mm，工艺性 差，且需要复杂的矢量变换技术，生产成本高。而直线同步电机分为电磁式、永磁式和磁 阻式，其中永磁式直线同步电动机具有较好的发展空间，在速度、定位精度、效率等方面 与直线感应电机相比有一定优势。但在实际应用中，大多永磁直线同步电动机都将初级作 为动子，次级作为定子，一方面可降低电机的制造成本，减少电机的运行损耗；但另一方 面，由于初级三相绕组处于运动当中，为此动子必须带拖链式电缆一起运动，既不方便、 又易发生故障；且常规永磁直线同步电动机的初级与次级之间有很强的法向力，为了克服 法向力的影响、保持直线电机初级与次级之间稳定的气隙，直线电机两侧需要安装直线导 轨，使动子保持滑动推进状态，这又加大了系统的静摩擦力和滑动摩擦力，增加了能耗； 此外，目前所用的永久磁体(如钕铁硼磁体)，磁场强度远不能达到1T(特斯拉)，一般在 0.5T左右，这也就制约了永磁直线同步电动机的推力的进一步提高，因而、永磁直线同 步电动机又难以满足需要大推力的直线悬浮推进系统的要求。

而磁悬浮列车的磁悬浮机构按其悬浮原理分：主要有电磁型(电磁吸力型)和电动型 (电动斥力型)两种；前者在车体内装有电磁铁，轨道为一导磁体，电磁铁绕组中电流的 大小根据间隙传感器的信号进行调节，使车体与轨道间保持一定距离，但由于车体较重， 悬浮气隙较小，出于安全考虑，还需设有应急备用车轮；而后者则在车体内安装超导线圈， 轨道上分布有按一定规则排列的短路铝(铜)环，当超导线圈内通电时就产生强磁场，在 列车以一定速度前进时，该强磁场就在路轨的铝环内产生感应电流，两者相互排斥而产生 上浮力，速度愈大这个排斥力就愈大，当速度超过一定值(时速80km以上)时，列车就脱 离轨道表面；这种结构产生的磁场，一是若不加屏蔽，则会增加环境的电磁污染，二是在 低速行驶时，列车还需轮轨系统支撑，且侧向稳定性问题也需另加控制设备给予保证。目 前国内外已有将高温超导块材和常规永磁体轨道组成的磁悬浮系统应用到磁悬浮列车中， 这种磁悬浮系统具有自悬浮、自导向功能，在静止条件下，也能实现稳定的悬浮，且无需 导向控制等特点。但到目前为止，此类磁悬浮列车都还只是采用常规直线感应电动机实现 推进，因此仍旧难以摆脱前面阐述的常规直线电动机自身的缺点。悬浮系统对永磁轨道的 要求是希望永磁轨道提供尽可能强的按一定规律分布的磁场，而现有技术为：永磁轨道主 要由永磁体、铁磁物体两部分组成，永磁体产生的磁场在铁磁物体中得到聚集，从而在永 磁轨道上方产生较强磁场；但目前由于永磁体和铁磁体组成的永磁轨道安装复杂、难度大， 为了使永磁体和铁磁体能稳定固定，需要用螺栓将永磁体和铁磁体横向贯穿后栓紧，这既 增加了永磁体的加工难度、又破坏了磁路结构，且安装精度要求高；在运行中由于永磁体 和螺栓的长期相互摩擦，亦将损伤磁体性能及其稳定性。

因而，上述背景技术存在：直线电机采用初级作为动子、次级作为定子，其动子必须 连带拖链式电缆一起运动，既不方便、行程受限，又易发生故障；且常规永磁直线同步电 动机的初级与次级之间有很强的法向力，电机两侧需要安装直线导轨来保持直线电机初级 与次级之间稳定的气隙、维持动子的滑动推进状态，从而增加了能耗，以及难以满足需大 推力的直线悬浮推进系统的要求；而磁悬浮机构需采用横向螺栓贯穿永磁体和铁磁体来进 行固定、既增加了永磁体的加工及安装难度、又破坏了磁路结构，且在运行中亦将对磁体 性能及稳定性造不利影响等缺陷。

发明内容