[发明专利]一种提高高温超导磁悬浮系统稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导磁悬浮系统性能的改进，尤其涉及一种高温超导磁悬浮系统稳定性的改进方法。

背景技术

高温超导磁悬浮系统主要分为两大应用方向：倘若轴对称式的旋转运动，将应用于轴承或飞轮等领域；倘若平移对称式的线形运动，则将作为并进运动的磁悬浮(磁浮)装置，如线性电机传送装置和磁悬浮车。目前，这两大方面的技术研究已经处于大规模实际应用的前夜，各式各样的高温超导磁悬浮样机纷纷研制并试运行成功，2000年以来中国、德国、俄国等已研制出载人型高温超导磁悬浮实验车。

由于高温超导块材具备的磁通钉扎效应，例如常用的是钇钡铜氧超导体(YBaCuO)或钆系氧化物超导体(GdBaCuO)等稀土类REBaCuO超导体，所以高温超导磁悬浮系统是非控制非接触的自稳定悬浮功能。高温超导磁悬浮系统在工作时，首先通过外力的作用将高温超导块材在一定的位置上固定，然后高温超导块材在应用外磁场中冷却并达到超导态，此时高温超导块材被固定冷却的位置称为场冷位置，这一过程称为场冷。随后释放高温超导块材的固定位置后，由于超导体是在应用外磁场中冷却，超导体俘获了来自应用磁场的磁通而被钉扎，因此在超导块材的作用下，高温超导磁悬浮系统将稳定在某一悬浮点上，相应的悬浮位置称为钉扎位置，这一过程称为释放。当系统因某种因素偏离了稳定点时，超导体内俘获的磁通将可能被迫偏离原来钉扎位置。这时，一方面由于超导体中产生的感应电流的作用，另一方面由于超导体的钉扎中心的阻力，都将抑制磁通的偏离，表现为整个超导系统的回复力，这样的回复能力在一定范围内为弹性系统，使得系统在偏移量不大时，可以回到初始工作位置，达到新的平衡点，即高温超导磁悬浮系统具有一定的稳定自调节能力。在此过程中，不需要外部能量的支持或控制，称为被动式的稳定悬浮系统。在现有的高温磁悬浮系统中通常只需要完成了上述的场冷→释放过程后，形成的稳定悬浮点就被直接用作系统的运行点或工作点。

但是，在实际工作过程中，尽管大多数情况下高温超导磁悬浮系统偏离工作位置后仍可以在新的平衡点继续工作，然而却不能回复到初始的工作位置，而这一工作位置是设计时预定的磁悬浮系统的最佳工作位置。由于系统的稳定性有限，在极端情况下，系统运行受到外界干扰而远离平衡位置，甚至发生崩塌，使得整个系统无法工作。如何避免这一情况的发生，在最大程度上提高系统稳定性和承载能力，是高温超导磁悬浮系统工程化商业化过程中的重要课题。

现有提高高温超导磁悬浮系统稳定性的方法有三种：一、励磁方式的改进，即场冷方式的选择及场冷位置的选择。二、高温超导块材俘获磁场能力的提高，即超导材料性能的提高。三、应用外磁场强度和梯度的提高，即优化应用外磁场。

然而，受到当前高温超导块材制备技术和磁性材料工艺的限制，方法二、三中高温超导磁悬浮系统稳定性提升的空间不大；同时由于受到成本、空间及能耗的限制，方法三对稳定性的提升空间也有限。并且，以上方法在实施过程中，通常需要改变高温超导磁悬浮系统的组成构件，其实施过程较复杂，耗资较大，且效果不理想。

发明内容

本发明的目的就是提供一种提高高温超导磁悬浮系统稳定性的方法，该方法不需要改变高温超导磁悬浮系统的组成、结构，操作简单，节约成本，可以明显提高高温超导磁悬浮系统的稳定性，并且适用于任何高温超导块材式磁悬浮原理的高温超导磁悬浮系统。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案为：一种提高高温超导磁悬浮系统稳定性的方法，其具体作法为：

A、场冷：通过支撑系统，将高温超导磁悬浮系统的悬浮体支撑在设定位置，其后启动制冷设备，使超导块材进入超导状态。

B、释放支撑：支撑系统释放对悬浮体的支撑，使悬浮体处于空载下的稳定悬浮状态。

C、加载：对悬浮体施加外力，使其处于外力负载下的稳定状态。

D、释放负载：释放所加外力，悬浮体再次使处于稳定悬浮状态，并以此状态作为高温超导磁悬浮系统运行的初始状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过场冷后增加的加载和释放负载，使高温超导磁悬浮系统中超导块材和应用外磁场相互位置被迫改变。加载使高温超导块材的空间位置更接近于应用外磁场源，有利于超导块材俘获更多磁通，使超导块材“磁性”增强，与应用外磁场作用力增强，承载能力将增强；同时，由于俘获了更多的磁通，将导致超导体内部钉扎作用增强，释放负载后，俘获的磁通也更多地得到保持，使整个系统在运行或工作时，回复能力变强，稳定性增强，动态性能更好。