本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)及裝備有該高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的磁懸浮列車。

背景技術(shù)：

高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，由于高溫超導(dǎo)體獨(dú)特的磁通釘扎特性，具有無源自穩(wěn)定的懸浮優(yōu)勢，在無摩擦軸承、飛輪儲能、軌道交通等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。其中，2000年我國世界首輛載人高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車的誕生展示了高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)在未來新型(高速、環(huán)保、舒適等特點(diǎn))軌道交通工具的巨大吸引力，引起了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。目前，德國、俄羅斯、巴西、日本等國均研制出高溫超導(dǎo)磁懸浮車樣機(jī)，各國都在努力推進(jìn)高溫超導(dǎo)磁懸浮車的實(shí)用化進(jìn)程。如何進(jìn)一步提高現(xiàn)有高溫超導(dǎo)磁懸浮車系統(tǒng)的性能成為其中一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)及具有該高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的磁懸浮列車，該高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)能夠提高磁懸浮的導(dǎo)向性能，而且具有良好的減震性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，包括：磁懸浮機(jī)構(gòu)，其包括由永磁體制成的軌道、設(shè)置在所述軌道上方的低溫容器以及設(shè)置在所述低溫容器內(nèi)的超導(dǎo)塊層，其中，在與所述軌道的水平磁場的主導(dǎo)區(qū)域?qū)?yīng)的超導(dǎo)塊層的上表面上覆蓋一層鐵磁性物質(zhì)；緩沖機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在車架與所述低溫容器之間以減緩所述車架在豎直方向的運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述鐵磁性物質(zhì)為高導(dǎo)磁率材料。

優(yōu)選地，所述鐵磁性物質(zhì)為鐵板。

優(yōu)選地，所述鐵板的厚度為1mm。

優(yōu)選地，所述超導(dǎo)塊層由多個(gè)超導(dǎo)塊沿所述軌道寬度方向排列形成，所述鐵磁性物質(zhì)覆蓋在與所述軌道的水平磁場的主導(dǎo)區(qū)域?qū)?yīng)的超導(dǎo)塊的上表面。

優(yōu)選地，所述緩沖機(jī)構(gòu)包括固定在所述低溫容器的上部的缸體、設(shè)置在所述缸體的腔室中并將所述腔室分別成上腔室和下腔室的活塞以及上端固定在所述車架上，下端伸入所述缸體與所述活塞連接的活塞桿；其中：所述活塞上裝設(shè)有入口和出口分別對應(yīng)與所述上腔室和所述下腔室連通的第一單向閥以及入口和出口分別對應(yīng)與所述下腔室和所述上腔室連通的第二單向閥。

優(yōu)選地，所述上腔室和所述下腔室分別設(shè)置有上減震彈簧和下減震彈簧。

本發(fā)明還公開了一種磁懸浮列車，包括車架，還包括設(shè)置在所述車架和軌道之間的上述的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)及磁懸浮列車的有益效果是：本發(fā)明將鐵磁性物質(zhì)設(shè)置在導(dǎo)向塊上方使得車輛的導(dǎo)向力顯著提高，進(jìn)而提高了車輛的整體性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2超導(dǎo)塊上方未引入鐵磁性物質(zhì)的永磁軌道磁場分布示意圖；

圖3超導(dǎo)塊上方引入鐵磁性物質(zhì)的永磁軌道磁場分布示意圖；

圖4軌道中心水平磁化塊上方引入鐵磁性物質(zhì)后對永磁軌道磁場分布的影響；

圖5軌道中心水平磁化塊上方引入鐵磁性物質(zhì)后軌道表面15mm處法向和切向磁場分量分布；

圖6引入和未引入鐵磁性物質(zhì)下超導(dǎo)塊在永磁軌道中心位置處的懸浮力曲線；

圖7引入和未引入鐵磁性物質(zhì)下超導(dǎo)塊在永磁軌道中心位置處的導(dǎo)向力曲線；

圖8為圖1的局部A視圖。

圖中：

10-軌道；20-低溫容器；30-超導(dǎo)塊層；31-超導(dǎo)塊；32-鐵磁性物質(zhì)；40-緩沖機(jī)構(gòu)；41-缸體；42-活塞；43-活塞桿；44-下減震彈簧；45-第一單向閥；46-第二單向閥；47-上減震彈簧；50-車架。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例公開了一種高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，該高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)可應(yīng)用于軌道10交通車輛但不限于應(yīng)用于此。該高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)包括磁懸浮機(jī)構(gòu)和緩沖機(jī)構(gòu)40，磁懸浮機(jī)構(gòu)用于為車輛提供懸浮力和導(dǎo)向力以使車輛在承載一定載荷情況下行駛，緩沖機(jī)構(gòu)40用于減緩車輛在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)以緩沖車輛在行駛過程中出現(xiàn)的震動(dòng)。其中，磁懸浮機(jī)構(gòu)具體包括由永磁體制成的軌道10、低溫容器20以及多個(gè)超導(dǎo)塊31，低溫容器20設(shè)置在軌道10的正上方，多個(gè)超導(dǎo)塊31置于低溫容器20內(nèi)并沿軌道10的寬度方向排列而形成超導(dǎo)塊層30，本發(fā)明的關(guān)鍵在于：在與軌道10的水平磁場的主導(dǎo)區(qū)域?qū)?yīng)的超導(dǎo)塊層30的上表面上覆蓋一層鐵磁性物質(zhì)32，優(yōu)選地，該鐵磁性物質(zhì)32為高導(dǎo)磁率材料，更為優(yōu)選為1mm厚的鐵板。

由于超導(dǎo)塊31獲得的洛侖茲力(懸浮力或?qū)蛄?F＝∫J×Bdv與其所在位置處的磁場密切相關(guān)，若能提高其所處位置的磁場，則可能帶來磁懸浮性能的提高。本發(fā)明通過超導(dǎo)塊31中引入鐵磁性物質(zhì)32(如鐵板)來引導(dǎo)磁力線的分布，從而提高高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的性能。圖2為超導(dǎo)塊31上方未引入鐵磁性物質(zhì)32的永磁軌道磁場分布情況，圖3為超導(dǎo)塊31上方引入鐵磁性物質(zhì)32的永磁軌道磁場分布情況。

實(shí)驗(yàn)中，選用一普通鐵板作為鐵磁性物質(zhì)32，為達(dá)到提高超導(dǎo)塊31位置處磁場的目的，將添加的鐵板直接固定在超導(dǎo)塊31的上表面。同時(shí)考慮到引入的鐵板將會(huì)和永磁軌道產(chǎn)生明顯的吸引力，對懸浮不利，鐵板的厚度不宜太厚，因而選擇1mm厚的鐵板。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以驗(yàn)證，超導(dǎo)塊31上方引入鐵板后，由于超導(dǎo)塊31上方的鐵板和永磁軌道產(chǎn)生較大的吸引力，懸浮力將會(huì)下降，且鐵板尺寸越大，懸浮力下降越多；同時(shí)導(dǎo)向力提高。

圖4和圖5分別給出了軌道中心水平磁化塊上方引入鐵磁性物質(zhì)32后對永磁軌道磁場分布的影響及其表面15mm法向和切向磁場分量的分布，對應(yīng)情況下超導(dǎo)塊31的懸浮力和導(dǎo)向力曲線如圖6和圖7所示。從圖6中可以看出，鐵磁性物質(zhì)32的引入還是帶來了懸浮力的減小。在最低測試距離10mm處，引入鐵磁性物質(zhì)32后，最大懸浮力從92.1N下降到78.7N，下降了14％。而在圖7的導(dǎo)向力曲線中，鐵磁性物質(zhì)32的引入帶來了導(dǎo)向性能的提高，在最大橫向偏移5mm處，最大導(dǎo)向力從-20.3N增大到-30.4N，提高了50％。由此可見，鐵磁性物質(zhì)32的引入對導(dǎo)向力帶來的正面影響比對懸浮力帶來的負(fù)面影響更加顯著。這種引入方法對需要提高導(dǎo)向力的特定應(yīng)用場合具有一定的優(yōu)勢。故本發(fā)明對高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的導(dǎo)向力的提高具有顯著貢獻(xiàn)。

對于高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)應(yīng)用于車輛的情況而言，軌道10與超導(dǎo)塊31之間的磁力作用雖然能夠?yàn)檐囕v的震動(dòng)提供部分緩沖作用，但若要最大程度的減小車輛的震動(dòng)還需單獨(dú)加裝緩沖機(jī)構(gòu)40，這也是本發(fā)明將緩沖系統(tǒng)引入高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的原因。

具有減震作用的緩沖機(jī)構(gòu)40的結(jié)構(gòu)或組成可以有多種，如減震彈簧，即在低溫容器20與車架50之間設(shè)置減震彈簧，利用減震彈簧在受到機(jī)械力時(shí)發(fā)生彈性變形而對車輛起到減震作用。然而減震彈簧存在至少兩方面的缺陷：一是，減震彈簧對于震動(dòng)過程中能夠因明顯阻止車輛豎直向下運(yùn)動(dòng)而起到明顯的緩沖作用，而對于在震動(dòng)過程中車輛豎直向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，因減震彈簧對車輛豎直向上運(yùn)動(dòng)的阻止能力不強(qiáng)(減震彈簧受壓效果好，而受拉效果差)而起到的緩沖作用不強(qiáng)；二是，減震彈簧因頻繁的發(fā)生彈性變形而容易失效，甚至疲勞破壞，進(jìn)而導(dǎo)致緩沖作用減弱甚至失效。

為提高車輛的減震性能，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供了一種減震效果優(yōu)良的緩沖機(jī)構(gòu)40，如圖8并結(jié)合圖1所示，具體地，緩沖機(jī)構(gòu)40包括固定在低溫容器20上部的缸體41、設(shè)置在缸體41的腔室中并將腔室分別成上腔室(上腔室內(nèi)設(shè)置有液壓介質(zhì))和下腔室(下腔室內(nèi)設(shè)置有液壓介質(zhì))的活塞42以及上端固定在車架50上，下端伸入缸體41與活塞42連接的活塞桿43，上腔室和下腔室內(nèi)分別設(shè)置有上減震彈簧47和下減震彈簧44。其中：活塞42上裝設(shè)有入口和出口分別對應(yīng)與上腔室和下腔室連通的第一單向閥45以及入口和出口分別對應(yīng)與下腔室和上腔室連通的第二單向閥46，并且使第二單向閥46的導(dǎo)通壓力條件設(shè)置為當(dāng)活塞桿43和活塞42承受整個(gè)車輛的重力時(shí)，第二單向閥46仍處于關(guān)閉狀態(tài)，而當(dāng)承受的力為大于車輛重力某一數(shù)值時(shí)，第二單向閥46導(dǎo)通，對于第一單向閥45的導(dǎo)通條件可以設(shè)定為任意壓力值。

上述緩沖機(jī)構(gòu)40能夠起到減震作用的原因在于：當(dāng)車輛在豎直方向上未發(fā)生震動(dòng)時(shí)，下腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)因承受整個(gè)車輛的重力而具有一定壓力，活塞42上的第二單向閥46因未達(dá)到導(dǎo)通條件而關(guān)閉，而第一單向閥45因具有逆止功能，從而使下腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)無法通過第一單向閥45和第二單向閥46進(jìn)入上腔室，從而使得活塞桿43在豎直方向上保持不動(dòng)，車輛在水平方向上平穩(wěn)行駛。當(dāng)因某種原因(如軌道10鋪設(shè)不平整)缸體41下方的行走部分(如低溫容器20和超導(dǎo)塊31)在豎直方向上發(fā)生震動(dòng)時(shí)，當(dāng)行走部分突然豎直向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，下腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)受到活塞42的擠壓而壓力升高，當(dāng)壓力升高到第二單向閥46的導(dǎo)通條件時(shí)，第二單向閥46導(dǎo)通，下腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)通過第二單向閥46進(jìn)入上腔室，缸體41隨行走部分向上運(yùn)動(dòng)，行走部分和缸體41不會(huì)帶動(dòng)活塞42、活塞桿43以及車輛向上運(yùn)動(dòng)或是活塞42、活塞桿43以及車輛緩慢的向上運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到緩沖的目的，當(dāng)行走部分突然豎直向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，上腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)受到活塞42的擠壓而壓力升高，當(dāng)壓力升高到第一單向閥45的導(dǎo)通條件時(shí)，第一單向閥45導(dǎo)通，上腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)通過第一單向閥45進(jìn)入下腔室，缸體41隨行走部分向下運(yùn)動(dòng)，行走部分和缸體41不會(huì)帶動(dòng)活塞42、活塞桿43以及車輛向下運(yùn)動(dòng)或是活塞42、活塞桿43以及車輛緩慢的向下運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到緩沖的目的。

上述緩沖機(jī)構(gòu)40利用液壓介質(zhì)在第一單向閥45和第二單向閥46的控制下于上腔室和下腔室之間流動(dòng)，從而使缸體41與活塞桿43形成相對運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對車輛的緩沖，這種液壓式減震方式相比減震彈簧的減震方式具有緩沖柔和的特點(diǎn)，更重要的是不存在彈性失效的缺陷，且能夠克服減震彈簧對豎直向上運(yùn)動(dòng)的車輛緩沖效果不好的缺陷。

對于上述的第二單向閥46的導(dǎo)通條件可以解釋為：當(dāng)車輛平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，第二單向閥46必須保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，只有這樣才能使下腔室的液壓介質(zhì)支撐車輛，而當(dāng)行走部分突然向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞42擠壓下腔室，此時(shí)下腔室內(nèi)的液壓介質(zhì)的壓力要高于車輛平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的壓力，將第二單向閥46的導(dǎo)通條件設(shè)置在升高的某一壓力值上就會(huì)使得行走部分在向上運(yùn)動(dòng)到某一程度時(shí)，第二單向閥46導(dǎo)通。

從上述解釋可以看出，第二單向閥46所設(shè)定的導(dǎo)通條件越接近車輛平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)下腔室的液壓介質(zhì)的壓力，緩沖機(jī)構(gòu)40的緩沖效果越好。

為進(jìn)一步提高緩沖機(jī)構(gòu)40的減震效果，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上腔室和下腔室內(nèi)分別設(shè)置有上減震彈簧47和下減震彈簧44，如此，緩沖機(jī)構(gòu)40利用液壓方式和機(jī)械方式兩種減震方式，大大提高了車輛的減震效果。

此外，本發(fā)明還公開了一種磁懸浮列車，包括車架50，還包括設(shè)置在車架50和軌道10之間的上述的高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。