一種含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，用于懸浮車體完成非接觸電磁制動，由直線Halbach組合磁體和置于懸浮車體制動用的超導渦流制動裝置構成:所述直線Halbach組合磁軌側圍采用兩根直線Halbach組合磁體沿路線縱向延伸方向垂直安裝在懸浮用永磁導軌的側上方;所述超導渦流制動裝置的渦流線圈采用超導材料構成超導線圈。本發明可在有效空間內獲得比常規排列方式更高的氣隙磁通，同時良好的磁屏蔽作用有效降低磁場對磁懸浮系統的影響。并具有渦流制動電磁力大且可控的優點。
【專利說明】一種含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及高溫超導磁懸浮車輛，特別是車輛超導渦流制動裝置【技術領域】。
【背景技術】
[0002]高溫超導磁懸浮系統利用長定子直線感應電機來提供無接觸驅動力。盡管可通過改變三相長定子繞組中的電流方向達到制動的效果，但在高速運行或者緊急制動情況下，僅憑一種制動方式并不能有效保證懸浮車體制動的可靠性。依靠接觸摩擦力的傳統制動方式不適用于處于自由懸浮狀態下的高溫超導磁懸浮車體，更不適用于高速運行狀態的懸浮車體，為保證懸浮車體的穩定、安全運行，必須配置制動效率高、反應速度快的有效制動裝置。
[0003]目前高溫超導磁懸浮列車運行的制動段，將非接觸式的永磁式渦流制動作為其主要制動方式之一。如圖1所示，采用在軌道兩側(或軌道上)布置一系列N、s極交替的永磁體，同時在車廂上與永磁體正對的地方安裝導體板。當列車通過此段時，永磁體產生的磁通，在氣隙中建立行波磁場，使得布置在列車上的導體板內產生感應出電動勢和渦流，通過渦流磁場與永磁體磁場的相互作用，產生切向電磁力(制動力)。
[0004]這種渦流制動的原理是:將永磁體作為磁場源，在車體的制動段，永磁體按照某種拓撲結構進行排列，在車體運行方向建立隨空間變化的永磁體磁場，當車體通過此路段時，使布置在運動車體上的導體內切割磁力線產生渦流，通過渦流磁場與永磁體磁場的相互作用，產生與運動方向相反的制動電磁力。通過制動電磁力作用于行進的車體上，使車體制動減速。由此得出:增強永磁體磁場強度和增加導體數量可有效提高制動電磁力。然而在永磁體制備過程中，繼續提高永磁體磁場強度已達到難以突破的瓶頸，而增加導體數量也勢必降低懸浮車體的懸浮承載能力，對系統的懸浮穩定性帶來不利因素。
【發明內容】
[0005]鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是提供一種質量輕、磁場能量利用率高、適用于高溫超導磁懸浮系統的非接觸式制動裝置，使之克服現有技術的以上缺點。
[0006]本發明的目的是通過如下的手段實現的。
[0007]含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，用于懸浮車體完成非接觸電磁制動，由直線Halbach組合磁體200和置于懸浮車體上制動用的超導渦流制動裝置400構成:所述直線Halbach組合磁體采用兩根直線Halbach組合磁體200沿路線縱向延伸方向垂直安裝在懸浮用永磁導軌300的側上方；所述超導渦流制動裝置400的渦流線圈420采用超導材料構成超導線圈，超導線圈與現有高溫超導磁懸浮系統共用一套低溫系統。
[0008]采用本發明的結構，沿車體前進方向按照halbach排列方式鋪設的若干磁極，以及安裝于車體上的短路連接的高溫超導線圈，可明顯加強磁體某一側的磁感應強度，并將另一側磁感應強度削弱近乎為零。采用這種排列可將有效區域的磁場增強1.4倍，提高磁場能量的利用率，另外Halbach排列方式不僅可在有效空間內獲得比常規排列方式更高的氣隙磁通，還可以起到磁屏蔽作用，有效降低磁場對磁懸浮系統的影響。由于超導材料電阻趨近于零，在外磁場相同情況下，也可產生比常規導體更高的感應電流，因此產生的渦流制動電磁力更大。借助于超導開關，可不影響制動效率的前提下有效控制渦流制動力啟動與關閉。另外渦流制動方式屬非接觸式電磁制動，避免了接觸摩擦造成的發熱、磨損等一系列問題。本裝置可與現有磁懸浮系統共用同一套低溫系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為現有技術示意圖。
[0010]圖2為本發明直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置沿軌道橫斷面示意圖。
[0011]圖3為圖2的A-A剖視圖。
[0012]圖4為本發明Halbach組合磁體立面(即圖2的右視方向)圖。
[0013]圖5為圖4的B-B剖視圖。
[0014]圖6為本發明Halbach組合磁軌側圍的磁體排布圖(箭頭為N極方向)。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0016]參照圖2-6,以高溫超導磁懸浮車體為例，含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，用于懸浮車體完成非接觸電磁制動，由直線Halbach組合磁體200和置于懸浮車體制動用渦流載體400構成:直線Halbach組合磁軌側圍采用兩根直線Halbach組合磁體200沿路線縱向延伸方向垂直安裝在懸浮用永磁導軌300的側上方；所述渦流載體400的渦流線圈410采用超導材料構成超導線圈，超導線圈與現有高溫超導磁懸浮系統共用一套低溫系統。
[0017]本發明直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置包括直線Halbach組合磁軌側圍和超導渦流制動裝置兩部分。圖1是本發明裝置的示意圖。該裝置與現有高溫超導磁懸浮系統共用同一套低溫系統。利用現有“井”字形固定支撐140同時將超導渦流制動裝置400和懸浮用超導塊材分別固定至真空低溫保持器3的側部和底部。真空低溫保持器130固定于磁懸浮車體100底部的兩側。兩根直線Halbach組合磁體200沿路線縱向延伸方向垂直安裝在懸浮用永磁導軌300的側上方。圖中，110為制冷劑輸入口、120為制冷劑輸出口、130為真空低溫保持器、410為磁屏蔽網、420為制動用超導線圈、200為制動用直線Halbach組合磁體。為避免超導線圈420的無謂啟動，超導線圈420串聯有超導開關430。當高溫超導磁懸浮車在啟動與正常運行過程中，超導開關處于斷開狀態，單個超導線圈處于開路狀態，超導線圈420與直線Halbach組合磁體200之間不產生制動力。當高溫超導磁懸浮車需要制動減速地區時，接通超導開關，使單個超導線圈形成獨立的無阻回路，會在超導線圈內產生渦流，這樣作用在磁體200與超導線圈420之間的渦流制動力使懸浮車體減速。
[0018]圖4和圖5表達了本發明直線Halbach組合磁體200的結構和安裝方式，220為“L”型夾具、240為固定不銹鋼底板、210為永磁體。用螺栓將內部打孔的永磁體210依次固定至“L”型夾具220上，再將固定好的永磁體整體安置到不銹鋼底板240上。完成后的Halbach組合磁軌側圍表面垂直于懸浮用永磁導軌300,并與超導線圈平面平行。制動用Halbach組合磁軌側圍表面與超導線圈間氣隙寬度應盡可能小，但是又要防止實際運行中低溫保持器130側壁與磁體200表面的意外接觸，通常以3cm左右。
[0019]超導線圈沿車體前進方向逐個布置。圖3是以四個超導線圈為例制動用超導線圈結構示意圖。超導線圈420的采用YBCO涂層帶材繞制而成跑道型雙餅結構，采用“bridgejoint”焊接方式將超導線圈的兩端連接，單個超導線圈分別設置超導開關，用以控制超導線圈的接通與斷開。超導線圈420背部設有磁屏蔽網410，用于杜絕感應電磁場對懸浮系統的影響。在本發明的其他實例中，超導線圈420的導線也可采用其他超導材料，可根據具體應用需求采用其他形狀、采用多個線圈串并聯的組合線圈結構。超導線圈個數可根據線圈寬度與低溫保持器長度改變。在本發明的其他實例中，不排除采用其他導磁材料或低溫導磁材料作為超導線圈內部支撐的選擇。
[0020]以上所述是本發明的【具體實施方式】，凡屬本發明思路下的技術方案均屬于本專利保護范圍。在不脫離本發明原理前提顯得若干改進和變形也應視為本專利的保護范圍。
[0021]本發明的使用超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置的工作過程說明如下:
[0022]本發明的超導渦流制動裝置質量輕、磁場能量利用率高、控制便捷，在高溫超導磁懸浮制動減速控制中顯示出優良的性能。
[0023]用于渦流制動的現有傳統器件，被的本發明所述的超導線圈所替代。借助于超導開關，可不影響制動效率的前提下有效控制渦流制動力啟動與關閉。采用Halbach排列方式可在有效空間內獲得比常規排列方式更高的氣隙磁通，提高磁場能量的利用率。本發明也使渦流制動力均勻分布于懸浮車體兩側，不僅制動效果更好，還可為懸浮系統提供額外導向力，提高懸浮穩定性。
【權利要求】
1.含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，用于懸浮車體完成非接觸電磁制動，其特征在于，由直線Halbach組合磁體(200)和置于懸浮車體上制動用的超導潤流制動裝置(400)構成:所述直線Halbach組合磁體采用兩根直線Halbach組合磁體(200)沿路線縱向延伸方向垂直安裝在懸浮用永磁導軌(300)的側上方；所述超導渦流制動裝置(400)的渦流線圈(420)采用超導材料構成超導線圈，超導線圈與現有高溫超導磁懸浮系統共用一套低溫系統。
2.根據權利要求1所述之含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，其特征在于，所述超導線圈(420)串聯有超導開關(430)。
3.根據權利要求1所述之含超導開關的直線Halbach永磁體排列的超導渦流制動裝置，其特征在于，所述渦流線圈(420)外包覆有磁屏蔽網(410)。
【文檔編號】B60L7/28GK103552473SQ201310553009
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】李婧 申請人:西南交通大學