[发明专利]高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统

说明书

技术领域

本发明属于电磁技术领域，尤其涉及高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统。

背景技术

根据楞次定理，运动的磁场和变化的磁场都能够在导体中感应出电流，感应电流产生的磁场方向与源运动磁场极性相反，两磁场的相互作用力表现为斥力。根据这一原理，各国学者提出了多种利用导体中的涡流电磁场产生的斥力实现磁悬浮的方案，称为电动式磁悬浮。

其中比较具有代表性的是日本MLU超导磁悬浮交通运输系统，车载超导磁铁随列车快速运动产生运动磁场，在两侧轨道安装的“8”字线圈中感应出涡流，产生斥力性质的复原力实现电动式磁悬浮，这种磁悬浮方案能够产生较强的悬浮力，应用较为成熟，但这种悬浮方案在列车静止的情况无法产生悬浮力，只能应用于高速运动状况。

为实现静止条件下的电动式磁悬浮，20世纪90年代日本九州大学藤井教授提出的立式永磁磁轮，将钕铁硼永磁材料在沿水平圆周安装于圆盘形铁轭上作为永磁盘式电机的转子，在定子绕组中通入交变电流，带动永磁转子做水平圆周运动，转子背面磁通在气隙中产生圆周运动的磁场，在铝导体感应板中感应出涡流，涡流磁场与永磁体旋转磁场共同作用产生悬浮力，实现电动式磁悬浮。该磁场相对车辆运动，能够在车辆静止时产生电动式悬浮力。

此种方式虽然实现了静止条件下固有稳定的电动式磁悬浮，但如果需要磁场运动，则必须附加复杂的机械结构带动永磁体转动实现磁场的运动，使整个结构沉重，带来了巨大的机械振动和机械噪声。

发明内容

针对上述背景技术中提到现有电动式磁悬浮系统结构复杂、存在机械振动和机械噪音等不足，本发明提出了一种高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统。

本发明的技术方案是，高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统，其特征是该系统包括初级铁心、初级绕组、杜瓦罐和次级铝导体板；

所述初级绕组安装在初级铁心的槽内；初级铁心置于杜瓦罐的底部；次级铝导体板位于杜瓦罐的下方，并且次级铝导体板的面积大于初级铁心的面积；

所述初级绕组接入三相交变电流或多相交变电流；

所述杜瓦罐内装满液氮。

所述初级绕组采用多层绕组设计。

所述初级铁心为环形硅钢制成。

所述系统运行时，杜瓦罐和次级铝导体板之间的距离为8毫米到12毫米。

所述系统的工作频率为使得初级绕组输出较高悬浮力时的最低频率。

所述杜瓦罐采用不导磁的绝缘材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

采用电动式斥力磁悬浮，悬浮力随输入电流的增大和气隙长度的减小而增大，属于固有的稳定系统，不需要复杂的控制系统也能维持悬浮状态；磁场相对初级做圆周运动，在初级静止的情况下也能够产生悬浮力，静止时不需要物理支承；不存在机械旋转机构，可以避免机械损耗，机械振动和陀螺仪效应；能够通过改变初级电流的大小和频率改变旋转磁场的幅值和转速，悬浮力控制更为便捷有效。

附图说明

图1是本发明优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统结构原理图；

图2是本发明优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统初级铁心、绕组和次级导体板的结构示意图，分别为俯视图和左视图；

图3是本发明优选的一种旋转磁场电动式磁悬浮系统次级导体板叠片结构图，分别为俯视图和左视图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明的目的是提供一种超导磁悬浮系统——高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统，该系统能够在不存在任何机械运动的条件下实现静止的固有稳定的电动式磁悬浮。在初级绕组中通入交变电流，会在图1所示的悬浮气隙中产生旋转变化的磁场，这一磁场会在次级导体板内感应产生涡流磁场，气隙磁场和涡流磁场相互作用，在初级和次级之间产生斥力作为系统的悬浮力，稳定工作时，悬浮力与次级的重力相等，使次级稳定悬浮在一定的高度。当初级和次级的垂直距离接近，即悬浮气隙减小时，这一悬浮力增大，将次级推开，悬浮气隙增大时，这一悬浮力减小，使次级接近，这一悬浮力的变化趋势使初级和次级之间的垂直距离能够稳定在一个固定值附近。

为了实现上述功能，本发明公开了一种高温超导旋转磁场电动式磁悬浮系统，包括径向开槽的硅钢带卷绕而成的环形初级铁心；安装在初级铁心槽内的多相初级绕组；保持超导必需的低温环境的液氮和杜瓦罐；充当悬浮系统次级的光滑扁平铝导体板。