[实用新型]一种具有磁屏蔽高稳定性的高温超导磁悬浮车模型

说明书

本实用新型公开了一种具有磁屏蔽高稳定性的高温超导磁悬浮车模型，属于高温超导磁悬浮技术领域，包括设置在永磁轨道上的小车外壳，在小车外壳内设有低温容器，在低温容器内设有超导体，在超导体的上表面使用低温胶粘覆软磁材料，其中，软磁材料和超导体与永磁轨道整体呈现软磁材料‑超导体‑永磁体轨道的三明治结构。本实用新型主要采用“软磁材料‑超导体‑永磁体轨道”三明治结构，软磁材料对永磁体轨道产生的梯度磁场具有聚合效果，从而减小了磁感应线的发散程度，这样超导体表面的磁场梯度将会显著增大，从而导致悬浮力的增大，三明治结构中的软磁材料同时能够实现磁屏蔽的效果，这样磁场将不能进入车厢，从而避免了磁场对车厢内人员的伤害。

技术领域

本实用新型属于高温超导磁悬浮技术领域，具体涉及一种具有磁屏蔽高稳定性的高温超导磁悬浮车模型。

背景技术

超导体具有零电阻(ρ＝0)和完全抗磁性(χ＝-1，即迈斯纳效应)的两个基本特性。两者相对独立又相互联系，单纯的零电阻并不能保证迈斯纳效应的存在，但零电阻效应又是迈斯纳效应的必要条件。其中，迈斯纳效应是由德国物理学家W.Meissner和R.Ochsebfekd在1933年对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现的。超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，且不论对超导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把体内的全部磁通量排出体外。

磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。鉴于技术的复杂性和经济效益性，磁悬浮列车在相当长的时间内并没有得到实际的应用。目前世界上的磁悬浮列车技术主要分为两类：第一类是以德国为代表的常导磁悬浮，其技术特点是常导电磁铁比较容易控制，通常由蓄电池或发电设备给电磁铁和直线电机提供电力，实现列车的悬浮和驱动，所以这种结构又称电磁式悬浮，速度可达400-500Km/h。但由于这种常导系统的电磁吸引力相对较小，列车与轨道之间的缝隙大约10mm,故控制精度要求很高。世界第一辆磁悬浮列车2003年1月开始在上海通车运行，即是采用这种技术，标志着磁悬浮列车投入商业应用。第二类是利用超导体的完全抗磁特性，超导磁悬浮列车由车上的超导磁体产生极强的磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，将列车悬浮在空中，悬浮气隙较大，一般为100mm左右，列车运行速度更快，可以实现时速500Km以上运行；缺点是技术复杂，产生的磁场较大对人体有伤害。目前日本正在建设世界上首条城际超导磁悬浮高速铁路，从东京至名古屋全程286公里，设计运行速度每小时505Km，预计2027年正式投入商业化运行。

目前国内高温超导磁悬浮应用的研究有一部分与上述两种类型的磁悬浮技术路线不同，即采用永磁体作为列车运行的轨道基础，根据迈斯纳效应和磁通钉扎效应，高温超导体“锁定”并悬浮在永磁体轨道上方运行。这种磁悬浮方法，延续了超导磁悬浮技术中大的悬浮气隙(100mm左右)，较高的运行速度，在技术操作上也更加方便。但是这种方法也存在着悬浮力相对小，导致不稳定的风险，以及磁场的伤害。

从相关文献中可知，零场冷却超导体所获得的悬浮力要大于场冷却超导体所获得悬浮力。这是因为在场冷情况下，超导体会先俘获一部分磁通，而此磁通与导轨的磁通方向是一致的，可以理解为一块永磁体。由于磁通钉扎效应，当超导体靠近磁轨道时，磁通钉扎阻止更多磁通进入超导体，从而产生悬浮排斥力；而当超导体远离磁轨道时，磁通钉扎阻止磁通流出超导体，从而产生吸引力；因此，在场冷情况下所测得悬浮力，实际为这两个力的合力，形成了稳定的、自锁定的磁悬浮。由于俘获的磁通多少与导轨之间的作用力成正比，当超导体偏离导轨中心位置时，吸引力的水平分量表现为侧向回复力，其作用是阻止超导体偏离中心，使超导体回到导轨中心位置。可见，侧向回复力的大小直接决定着侧向的稳定性，而回复力又取决于俘获的磁通量。随着超导体与永磁体导轨距离的减小，俘获的磁通量增加，吸引力和悬浮斥力都在增大，只是悬浮力比吸引力增加的更快。但距离太小，会影响磁悬浮列车的运行。