一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关技术方案

本发明专利技术提供一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，包括氧化镁基体，超导开关为薄膜式结构，氧化镁基体的前端面上镀有超导带材YBCO薄膜，超导带材YBCO薄膜在氧化镁基体的前端面上设计为有间隙的蛇形走线，并在位于氧化镁基体上下两端的超导带材YBCO薄膜上镀上一层金箔，氧化镁基体的后端面还缠绕有蛇形走线的加热丝。本发明专利技术的超导开关能够实现超导线圈自身的闭环运行，实现较长时间的高稳定无噪声磁场，并可取消线圈励磁的车载电源，降低磁悬浮列车的重量，在使用中可与低温二极管进行并联使用，实现对超导开关的有效安全保护，降低超导开关的损坏率。降低超导开关的损坏率。降低超导开关的损坏率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关


[0001]本专利技术涉及电磁系统
，具体涉及一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关。

技术介绍

[0002]超导现象自1911年被发现，因其零电阻等优良特性被广泛适用于电磁领域，但由于超导体的临界温度较低，极大的限制了超导体的应用场合；而随着越来越多的高临界温度超导材料被发现，特别是第二类高温超导材料ReBCO的发现，极大降低了超导应用的低温环境，推动了超导的应用范围，使第二类高温超导材料完全具备了商业化应用的基础。城市之间对交通速度和舒适性的要求越来越高，而磁悬浮列车作为高科技轨道交通的代表，成为了新一代高速轨道交通发展的主流方向之一。
[0003]磁悬浮列车是通过轨道和车体上的电磁铁之间的相互电磁作用实现列车的悬浮和导向，因此，电磁铁是列车悬浮系统和推进系统的核心部件。传统电磁铁主要通过铝电磁线圈通电产生电磁力使得列车达到悬浮和推进的目的，但由于传统电磁铁重量大、耗能高，导致磁悬浮列车的经济运营成本居高不下。在线圈尺寸和匝数均相同的情况下，线圈所通的电流越大，磁体产生的磁场就会越强，因此当导体截面相同时，高温超导线圈可以比铝线圈承载高出几十倍的电流，即产生更强的磁场；与此同时，铝线圈在通电时会不断产生焦耳损耗，而超导线圈因为无电阻不会产生焦耳损耗，因此高温超导磁体相比常规磁体来说，在相同悬浮和驱动力要求下，可以做到结构更为紧凑，重量更低，耗能更少等特点。将高温超导磁体系统运用于磁悬浮列车中，可降低列车运行成本，提高列车运行稳定性，同时还可提高列车载客量，但目前高温超导磁悬浮列车还处于研发阶段，未真正投入到商业运用中。
[0004]因此，开发一种用于超导磁悬浮列车的超导磁体系统，满足磁悬浮列车对悬浮和推进力的要求，解决超导磁体及低温系统在运行中的供电问题，使其满足磁悬浮列车运行的各种复杂服役工况，为磁悬浮列车的悬浮和推进系统设计提供技术支持，即所使用的超导磁体在运行过程中需实现闭环运行，并与外界供电电源断开，因此设计专门的超导开关用于在完成线圈励磁后实现线圈和外界电源系统的切断，确保线圈处于闭环运行环境中。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的就是针对现有技术中的不足，提供一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，满足磁悬浮列车运行的各种复杂服役工况，降低列车运行成本，提高列车运行稳定性，解决现有超导磁体及低温系统在运行中的供电问题。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，包括氧化镁基体，其特征在于，所述超导开关为薄膜式结构，所述氧化镁基体的前端面上镀有超导带材 YBCO薄膜，所述超导带材YBCO薄膜在氧化镁基体的前端面上设计为有间隙的蛇形走线，并在位于所述氧化镁基体上下两端的超导带材YBCO薄膜上镀上一层金箔，所述氧化镁基体的后端面还缠绕
有蛇形走线的加热丝。
[0007]优选的，所述超导带材YBCO薄膜的厚度为300nm。
[0008]优选的，所述金箔的厚度为1
‑
5um。
[0009]优选的，所述加热丝可选为铁铬铝电热丝或镍铬电热丝。
[0010]优选的，所述加热丝的直径不低于3mm，扁带厚度不小于2mm。
[0011]本专利技术的有益效果：
[0012]本专利技术的一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，可以在超导线圈完成励磁后将线圈与励磁电源进行断开，实现超导线圈自身的闭环运行，实现较长时间的高稳定无噪声磁场；通过一次供电使得磁体能较长时间维持稳定的励磁电流，避免运行过程中持续电源的励磁输入，并可取消线圈励磁的车载电源，进一步降低磁悬浮列车的重量，提高系统的运行效率。在使用中，采用与低温二极管并联的使用方式，在磁体失超时，二极管两端电压会升高使得二极管导通，从而对超导开关产生分流效果，实现对超导开关的有效保护；本专利技术的超导开关在使用将与低温二极管进行并联使用，可实现对超导开关的有效安全保护，降低超导开关的损坏率。
附图说明
[0013]图1为本专利技术超导开关的正面结构示意图；
[0014]图2为本专利技术超导开关的背面结构示意图；
[0015]图3为本专利技术超导开关的实施电路原理图。
[0016]图中：1、氧化镁基体；2、超导带材YBCO薄膜；3、金箔；4、加热丝。
具体实施方式
[0017]下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：
[0018]实施例1：
[0019]如图1至图2所示，一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，包括氧化镁基体1，本专利技术的超导开关优选为薄膜式结构，即在导热性能好的氧化镁基体1的前端面上镀有具备高温超导功能的超导带材YBCO薄膜2，此镀膜方式不仅可以增强高温超导薄膜的机械强度，还可以在背面加热丝4加热时实现温度的快速传递，完成超导开关的开和关的功能实现；其中超导带材YBCO薄膜2 的厚度优选为300nm，并且超导带材YBCO薄膜2需要在氧化镁基体1的前端面上设计为有间隙的平面电路蛇形走线，设计为蛇形走线能够节约空间，增加线路长度，从而增加超导带材YBCO薄膜2在非超导态下的电阻值，进而提高线圈的升电流和降电流速率；还在位于氧化镁基体1上下两端的超导带材YBCO 薄膜2上再镀一层金箔3，便于和YBCO带材连接，金箔3的厚度设置为1
‑
5um 之间，而在氧化镁基体1的后端面还缠绕有蛇形走线的加热丝4，通过加热丝4 控制超导开关的开断，加热丝4可选为铁铬铝电热丝或镍铬电热丝，且加热丝4 的直径不低于3mm，扁带厚度不小于2mm。
[0020]本专利技术超导开关的工作原理及工作过程如下：
[0021]如图3所示，超导开关与二极管组件和超导线圈之间为并联关系，三者通过电源供电引线与磁体电源进行连接，超导开关背面加热丝4单独与供电电源进行连接，本方案中的二极管在低温下具有一定的导通电压，在线圈和超导开关正常态工作条件下不导通，处于
高阻抗状态，当超导开关或超导线圈在闭环运行状态下处于故障态时，二极管两端电压会增加而导通，对故障态电流进行分流，本专利技术所属的超导开关在使用过程中，需与低温超导二极管进行并联使用，实现对超导开关的安全保护。
[0022]通过将超导线圈，连接线超导段和超导开关置于低温区冷却环境中，确保超导带材YBCO薄膜2进入超导状态，其次打开供电电源，通过加热丝4对氧化镁基体1进行加热，热量可以通过氧化镁基体1传播到超导带材YBCO薄膜2 上，使得超导带材YBCO薄膜2由超导态转变为非超导态；随后通过电源供电引线给超导磁体进行励磁，超导开关与超导线圈为并联结构，由于此时超导开关为非超导态，呈阻性，因此电流只在电源、电流引线和超导线圈之间形成闭合回路；根据设定的电流速率，磁体电源给超导线圈进行通电直到线圈电流达到设定值，即饱和态。
[0023]在完成超导线圈励磁(即超导线圈达到饱和态)后，关闭加热电源，随着加热丝4加热的停止，超导开关逐渐降温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，包括氧化镁基体，其特征在于，所述超导开关为薄膜式结构，所述氧化镁基体的前端面上镀有超导带材YBCO薄膜，所述超导带材YBCO薄膜在氧化镁基体的前端面上设计为有间隙的蛇形走线，并在位于所述氧化镁基体上下两端的超导带材YBCO薄膜上镀上一层金箔，所述氧化镁基体的后端面还缠绕有蛇形走线的加热丝。2.根据权利要求1所述的一种用于超导磁悬浮列车超导磁体系统的超导开关，其特征在于，所述超导带材YB...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑金星，邹春龙，刘旭峰，奚维斌，刘菲，李明，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：