[发明专利]一种提高磁悬浮系统性能的方法及其磁悬浮系统

说明书

技术领域

本发明涉及高温超导磁悬浮领域，具体来讲是一种利用高温超导体材料的各向异性特性来提高磁悬浮系统性能的方法及其磁悬浮系统。 

背景技术

对于高温超导体材料YBa₂Cu₃O_7-x（简称：YBCO）的晶体结构而言，其内部有两种Cu-O面：载流子库层Cu-O面和导电层Cu-O面，目前已公认的超导电流主要发生在导电层Cu-O面上。导电层Cu-O面被彼此隔开，整个晶体好像由若干二维导电平面叠合而成，这就决定了高温超导体导电性能的各向异性。在导电层Cu-O面(ab面)内，导电率极高，在垂直于导电层Cu-O面的方向(c轴方向)上导电率则低得多。实验中发现平行于ab面的临界电流密度是沿c轴方向临界电流密度的3倍左右。 

在目前中国、德国、俄罗斯、巴西、日本、意大利等国的高温磁悬浮车系统中，高温超导块材ab面均设计为平行于永磁轨道摆放，一方面充分利用了永磁轨道中间铁磁材料聚磁极带来的强磁场；另一方面由于块材饱和高度的限制，ab面尺寸要大于c轴方向尺寸，对于同一块块材而言，块材ab面正对外磁场摆放可以铺满更大的磁场区域，从而节约块材数量和成本。研究发现，基于常规的块材设计摆放，块材处于永磁轨道竖直分量磁场最大的位置时将获得最大的悬浮力，而处于水平分量磁场最大的位置时将获得最大的导向力。这一结果说明在实际应用过程中可以根据磁场结构来设计块材的摆放方向，以达到系统磁悬浮性能最优。 

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高温超导体c轴排布提高磁悬浮系统性能的方法，提高其磁悬浮性能。 

本发明是这样实现的，构造一种提高磁悬浮系统性能的方法，其特征在于： 

（1）提高悬浮性能：将高温超导块材c轴方向与所在工作位置处的主导磁场方向平行布置，即，水平分量磁场主导的区域将高温超导块材c轴方向水平布置，竖直分量磁场主导的区域将高温超导块材c轴方向竖直布置；

（2）提高导向性能：将高温超导块材c轴方向与所在工作位置处的主导磁场方向垂直布置，即，水平分量磁场主导的区域中将高温超导块材c轴方向竖直布置，竖直分量磁场主导的区域中将高温超导块材c轴方向水平布置。

一种利用上述方法构建的磁悬浮系统，其特征在于：包括由永磁体及聚磁材料等构成的轨道、固定于车体架子中的低温容器，低温容器内固定有高温超导块材，高温超导块材按其c轴方向与所在工作位置处的主导磁场方向平行布置。 

一种利用上述方法构建的另一磁悬浮系统，其特征在于：包括由永磁体及聚磁材料等构成的轨道、固定于车体架子中的低温容器，低温容器内固定有高温超导块材，高温超导块材按其c轴方向与所在工作位置处的主导磁场方向垂直布置。 

本发明的优点在于：本发明中通过改变块材c轴方向的排布来改善其磁悬浮性能，在实际应用中，可以根据实际需要（提高悬浮力还是导向力）和永磁轨道结构及其磁场分布来设计块材的c轴方向排布，以实现方案目标。本发明不限于永磁轨道的类型及其磁场分布结构特点，适用于目前广泛应用的单极和多级磁场分布结构。 

附图说明

图1a为对应提高悬浮性能的高温超导块材排列示意图，其中超导块材中的细箭头表示其c轴方向，轨道中的粗箭头表示永磁体的磁化方向。 

图1b为对应提高导向性能的高温超导块材排列示意图，其中超导块材中的细箭头表示其c轴方向，轨道中的粗箭头表示永磁体的磁化方向。 

图2a为图1a对应磁悬浮系统结构示意图，其中超导块材中的细箭头表示其c轴方向，轨道中的粗箭头表示永磁体的磁化方向。 

图2b为图1b对应磁悬浮系统结构示意图，其中超导块材中的细箭头表示其c轴方向，轨道中的粗箭头表示永磁体的磁化方向。 

图3为验证用Halbach永磁轨道结构及磁通线分布，其中箭头表示永磁体的磁化方向。 

图4为验证用Halbach永磁轨道上方15 mm处磁场分布：合磁场、法向和切向磁场分量。 

图5a、b为不同c轴方向摆放的超导块材与水平外磁场作用示意图。