一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道技术方案

一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，包括并行排列的两根轨道，其特征在于所述两根轨道内嵌有永磁体阵列和超导驱动模块，所述超导悬浮列车的两侧对应位置设置有悬浮与驱动并用的超导悬浮线圈；所述永磁体阵列由若干个不同充磁方向的多边形永磁体拼接而成，所述多边形永磁体为可以通过平面旋转排列以填充整个平面的多边形组合或单一多边形。本发明专利技术采用不同充磁方向的永磁体拼接形成永磁体阵列，通过三角形、矩形等的不同拓扑结构，不仅仅可以完成水平、竖直方向的磁钢充磁，还可以完成与水平方向不同角度的充磁。通过充磁角度的调整，轨道截面有规律排布的永磁体的充磁方向将可以更迫近空气中自由传播的磁场方向，以实现更好效果的磁场增强。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道
本专利技术涉及超导磁悬浮
，具体为一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道。技术背景目前通用的超导体为第二类超导体，其在混合状态中表现的迈斯纳效应并不完全，较薄的超导体会在内部形成量子化的磁通管道，以使得磁力线得以通过。通过的这部分磁力线将对超导材料实现钉扎作用，若产生位置偏离，磁力线将以更长的路径穿过磁通管道，则根据第一定理，会产生使超导材料回复到原有位置的作用力。因此，第二类超导体的高温超导悬浮系统具有自稳定的性质，而且并不需要额外的控制系统。现有技术中，实现的高温超导材料悬浮是指常用的钇钡铜氧超导体(YBCO)、钆系氧化物超导体(GdBaCuO)等与稀土类ReBaCuO超导体的悬浮。悬浮过程通常为在恒定磁场中使得材料冷却至临界温度以下，被恒定磁场捕获，以实现超导体对于磁通的钉扎作用，此时的超导悬浮为自稳定的无源系统。传统超导悬浮模型中的永磁体导轨，仅通过永磁体以N-S的方式排列，以形成稳定磁场，达到使超导材料悬浮的目的，普通方案中为了增强永磁轨道上方的磁场，通常永磁体选用稀土永磁体，即使是这样，其轨道提供的表面磁场强度也非常低，对于超导体悬浮力的增强作用十分有限。CN106240399B、CN2027345548U、CN105463957B、CN102717725A以及CN105803872B、CN201049595Y、以及CN106240398B等专利技术为一个系列，在这一系列专利技术中，可以看出对上述永磁体阵列的永磁轨道的改进。传统永磁体阵列的充磁方向为竖直方向相反，这一系列专利技术中，永磁体的充磁方向不但有竖直方向相反，而且在水平方向相反，以起到对于传统永磁导轨磁上方磁场强度的增益。这些专利技术中所描述的用于超导列车悬浮的永磁体导轨均为特定的矩形磁钢，以沿水平、竖直两个方向上的特定充磁方向进行排列，以达到增加轨道上放磁场强度的目的。这些专利技术中对5块、7块、9块矩形磁钢的排列方式也进行了介绍，但其中的区别仅在于不同的磁钢排列产生单峰与多峰的磁场的区别。这一系列专利技术中不仅对矩形磁钢的长宽比，矩形磁钢与不同软磁材料的组合以及不同矩形磁钢组合之后的再组合进行了保护，其共同的目的与本专利技术相同，都是为了增加永磁体导轨上表面的磁场强度。这一系列专利技术仅就所选用的矩形磁钢进行了限定，并未限定磁钢可以使用不同拓扑结构，而且更没有涉及因为多边形拓扑结构磁钢的选择，永磁体可以有更多的充磁方向。专利技术CN106218441B为上述特定充磁方向组合成的永磁体制成导轨的应用，因为导轨本身的拓补结构不同，所以应用原理不同，且本专利技术描述的永磁体导轨由于特定排列方式，会产生比此种方案更强的磁场，提供单位体积下更大的悬浮力。CN106671822A、CN206327183U也为超导悬浮列车的专利技术，与本专利技术属于相同的
悬浮列车也可以分为电磁吸力悬浮系统EMS(ElectromagneticSuspension)与电磁斥力悬浮EDS(ElectrodynamicSuspension)。EMS系统成本较低，但需要实现对电磁力的精确控制以达到悬浮效果，EDS悬浮稳定，且超导体悬浮可以通过钉扎效应提供导向力，是自稳定系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的不足而提供的一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道。本专利技术技术方案是：一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，包括并行排列的两根轨道、超导悬浮列车，其特征在于所述两根轨道内嵌有永磁体阵列和超导驱动模块，所述超导悬浮列车的两侧对应位置设置有悬浮与驱动并用的超导悬浮线圈；所述永磁体阵列由若干个不同充磁方向的多边形永磁体拼接而成，所述多边形永磁体为可以通过平面旋转排列以填充整个平面的多边形组合或单一多边形。进一步地，所述永磁体阵列中，相邻的多边形永磁体充磁方向不同，并且相邻磁钢的充磁方向形成一定的夹角β，β≤90°。进一步地，所述多边形永磁体为三角形、矩形、和六边形中的一种或多种的组合。进一步地，所述永磁体阵列由若干块等边三角形永磁体上下相扣，组装方便。进一步地，对于单排等边三角形阵列永磁体个数即永磁体个数Z满足Z＝4*n+3，(n∈N*)。进一步地，所述永磁体阵列有若干块正六边形永磁体拼接而成，在相邻两块六边形永磁体的间隙部位设置正三角形永磁体。进一步地，超导悬浮线圈采用超导带材进行缠卷冷却并充磁制成，以提供超强的1-10T的稳定磁场，不但与永磁体阵列配合提供超导悬浮作用，还与驱动用直线电机定子线圈配合构成同步直线电机，超导悬浮线圈产生的超强稳定磁场作为该同步直线电机的动子，以实现对超导悬浮列车的驱动。根据本专利技术的一个实施例，所述轨道包括轨道底板，位于轨道两侧的轨道侧板，超导悬浮列车位于轨道底板上方，且位于两个轨道侧板之间，所述轨道侧板内嵌入有永磁体阵列，超导驱动模块采用驱动用直线电机定子线圈，驱动用直线电机定子线圈设置于永磁体阵列外侧，超导悬浮列车侧面对应位置设置有超导悬浮线圈，所述超导悬浮列车底部设有可收缩辅助轮。驱动用直线电机定子线圈产生的驱动磁场峰值远小于永磁体阵列退磁曲线的膝点值，使得永磁体阵列不会永久性退磁，且驱动直线电机定子产生的驱动磁场与悬浮磁场在空间中彼此相垂直，不会相互影响。所述永磁体阵列由若干个不同充磁方向的多边形永磁体拼接而成，所述多边形永磁体为可以通过平面旋转排列以填充整个平面的多边形组合或单一多边形，其目的在于通过不同充磁方向的组合，模拟磁感线在空气中自由的能量传导路线，以最大程度的增强其表面单边磁场。所述多边形永磁体采用钕铁硼永磁体或钐钴永磁体制成。本专利技术采用永磁体阵列作为提供悬浮作用的悬浮导轨，超导悬浮列车搭载超导悬浮线圈，所述超导悬浮线圈采用超导带材进行缠卷冷却并充磁以提供超强的2-10T的稳定磁场，不但提供超导悬浮作用，还与超导驱动导轨构成直线电机，超导悬浮线圈产生的超强稳定磁场作为该同步直线电机的动子，以实现对超导悬浮列车的驱动。驱动用直线电机定子产生的驱动磁场峰值远低于永磁体导轨的退磁曲线的膝点值，使得永磁导轨不会永久性退磁，且驱动直线电机定子产生的驱动磁场与悬浮磁场在空间中彼此相垂直，不会相互影响。同时，采用不同充磁方向的永磁体拼接形成永磁体阵列，通过三角形、矩形等的不同拓扑结构，不仅仅可以完成水平、竖直方向的磁钢充磁，还可以完成与水平方向不同角度的充磁。通过充磁角度的调整，轨道截面有规律排布的永磁体的充磁方向将可以更迫近空气中自由传播的磁场方向，以实现更好效果的磁场增强。附图说明图1是本专利技术的一种用于演示超导悬浮列车原理的模型的效果图。图2为该模型的局部放大图之一。图3为该模型的局部放大图之二。图4为该模型的局部放大图之三。图5为该模型的局部放大图之四。图6为现有技术中永磁体阵列的一种充磁方向示意图。图7为本专利技术所述永磁体阵列的第一实施例的充磁方向示意图。图8为本专利技术所述永磁体阵列的第二实施例的充磁方向示意图。图9为采用软磁材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，包括并行排列的两根轨道、超导悬浮列车，其特征在于所述两根轨道内嵌有永磁体阵列和超导驱动模块，所述超导悬浮列车的两侧对应位置设置有悬浮与驱动并用的超导悬浮线圈；所述永磁体阵列由若干个不同充磁方向的多边形永磁体拼接而成，所述多边形永磁体为可以通过平面旋转排列以填充整个平面的多边形组合或单一多边形。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，包括并行排列的两根轨道、超导悬浮列车，其特征在于所述两根轨道内嵌有永磁体阵列和超导驱动模块，所述超导悬浮列车的两侧对应位置设置有悬浮与驱动并用的超导悬浮线圈；所述永磁体阵列由若干个不同充磁方向的多边形永磁体拼接而成，所述多边形永磁体为可以通过平面旋转排列以填充整个平面的多边形组合或单一多边形。


2.如权利要求1所述的磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，其特征在于所述多边形永磁体为三角形、矩形、和六边形中的一种或多种的组合。


3.如权利要求2所述的磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，其特征在于所述永磁体阵列由若干块等边三角形永磁体上下相扣，组装方便。


4.如权利要求1所述的磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，其特征在于对于单排等边三角形永磁体阵列，永磁体个数Z满足Z＝4*n+3，(n∈N*)。


5.如权利要求1所述的磁悬浮列车系统及其悬浮轨道，其特征在于所述永磁体阵列有若干块正六边形永磁体拼接而成，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴瑞琳，高凌宇，张航，张翔健，
申请(专利权)人：苏州英磁新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32