[发明专利]一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统

说明书

本发明公开一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统，其包括冷源、超导体排列和永磁轨道；超导体排列由多个水平超导块与超导带材垂直堆叠体组成，所述永磁轨道由垂直磁化磁体与水平磁化磁体组成；冷源和超导体从上至下依次设置在永磁轨道上方，冷源对超导体排列进行冷却，永磁轨道提供应用外磁场；超导带材垂直堆叠体设置在水平磁化磁体正上方，水平超导块设置在垂直磁化磁体正上方，使超导块籽晶点面向永磁轨道。本发明克服了超导块材垂直设置使用加工难、效率低及超导带材水平堆叠体感应涡流等不足。与单一类型的高温超导磁浮系统相比，在不增加系统自重、成本的条件下，同时使系统实现具有一定导向能力与更高的悬浮性能。

技术领域

本发明涉及高温超导磁浮技术应用领域，尤其涉及一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统。

背景技术

高温超导磁浮系统具有自稳定的悬浮与导向能力，其平移系统理论最高运行速度可达3000 km/h，因此，在地面超高速运输系统中具有广阔的应用前景。然而，高温超导磁浮系统的悬浮承载性能相对较弱，提高其悬浮性能是其实用化的关键。现有技术主要包括：

（1）如图1所示，相关专利使水平超导块C轴22与垂直超导块C轴29平行于正对磁体的磁化方向设置时，系统可以获得更高的悬浮性能。然而，在实际的应用中，超导块通常采用水平设置，并使超导块籽晶点23面向永磁轨道3，当其厚度超过10 mm左右时，其悬浮性能趋于饱和；将超导块垂直设置使用时，一方面，超导块需要进行机械加工，由于超导块常温下为陶瓷材料，机加工容易受损导致性能下降或损坏，另一方面，当水平磁化磁体区域较宽（超过10 mm）时，会降低超导块材的使用效率，当采用多块超导体组合垂直设置时，除需进行机械加工外，增加了超导材料使用量，从而带来更高的成本；

（2）如图2所示，据文献（IEEE Trans. Appl. Supercond., 2018, 28(4):3601605）报道，使超导带材水平堆叠体C轴27与超导带材垂直堆叠C轴25平行于正对磁体的磁化方向设置时，系统可以获得更高的悬浮性能，但这种设置方式使系统导向不稳定。此外，相关专利使超导带材表面沿正交于永磁轨道外磁场流线走向设置，从而具有比平面堆叠方式更高的悬浮性能，该系统同样存在导向不稳定性。此外，如图3、图4所示，由于永磁轨道沿纵向存在连接处的磁场衰减，当超导带材水平堆叠体在永磁轨道上方高速运行时，等效于施加了一个交变磁场，从而在带材表面产生感应涡流i，带来温升，进一步降低系统性能；

（3）其它技术还包括：通过固氮冷却或制冷机降低系统的工作温度、采用高性能超导材料及增加超导材料用量等方法，提高系统的临界电流密度及俘获磁通的能力；通过增加永磁材料用量、剩磁及优化永磁轨道构型等方法，提高永磁轨道的应用外磁场强度。以上方法主要是通过提高材料性能、增加材料用量及系统优化的方式使系统获得更高的悬浮性能，同时，也会带来更高的自重与高昂的成本费用。

发明内容

为了克服现有技术中超导块材垂直设置使用加工难、效率低与超导带材水平堆叠体感应涡流的不足，本发明提供一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统，目的在于不增加系统自重、成本的条件下，使系统实现更高的悬浮性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高悬浮性能的高温超导块材与带材堆叠混合磁浮系统，其包括冷源、超导体排列和永磁轨道；所述超导体排列由多个水平超导块与超导带材垂直堆叠体组成，所述永磁轨道由垂直磁化磁体与水平磁化磁体组成；所述冷源和超导体从上至下依次设置在永磁轨道上方，冷源对超导体排列进行冷却，永磁轨道提供应用外磁场；所述超导带材垂直堆叠体设置在水平磁化磁体正上方，所述水平超导块设置在垂直磁化磁体正上方，使超导块籽晶点面向永磁轨道。

本发明采用水平超导块材替代超导带材水平堆叠正对垂直磁化方向磁体设置，能够极大减弱超导带材堆叠磁浮系统高速运行下表面涡流带来的温升，使系统更加稳定、可靠与实用化；