一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车论文和设计-马光同

全文摘要

一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，两组驱动线圈分别固定在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内，用于悬浮的8字形零磁通线圈固定在线圈卡盒中，两组线圈卡盒安装在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内；两组固氮低温容器分别经螺栓固定在列车车体左、右侧凹槽内，每个固氮低温容器内经螺栓固定有跑道形高温超导磁体，列车高速运行时，依靠上述线圈与跑道形高温超导磁体产生的磁浮力侧挂于梯形轨道墙上。本新型用固氮高温超导代替液氦低温超导，无需使用昂贵的液氦，提高了超导磁体的稳定性和悬浮性能，无需安装车载制冷机，提高了列车有效载荷，具有超导磁体系统结构更简单、性能更稳定、超导材料用量更少、运行成本更低、操作方便等优点。

主设计要求

1.一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，外接三相交流电源用于推进的两组驱动线圈分别固定在梯形轨道墙（2）左、右侧壁的凹槽内，两组驱动线圈（1）均沿对应凹槽中心线设置，用于悬浮的8字形零磁通线圈（3）固定在线圈卡盒（4）中，两组线圈卡盒分别经螺栓安装在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内、并分别沿对应凹槽中心线连续排布；两组固氮低温容器（6）分别经螺栓固定在列车车体（5）的左、右侧凹槽内，每个固氮低温容器内经螺栓固定有跑道形高温超导磁体（7），列车高速运行时，依靠8字形零磁通线圈（3）与跑道形高温超导磁体（7）产生的磁浮力侧挂于梯形轨道墙上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，所述固氮低温容器（6）结构为：内部为真空的容器壳体内壁上依次衬有防辐射层（13）和绝热层（12），该壳体内安装有多个跑道形高温超导磁体（7），该多个跑道形高温超导磁体（7）经超导开关（10）通过导线与壳体外部电源连接，该壳体顶部还设置有用于为容器壳体内完成固氮制取和补充的制冷机冷头（8）的接口。

3.根据权利要求2所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，所述列车车体（5）两侧底部设有列车在低速或紧急情况下使用的可收放式辅助轮；所述梯形轨道墙（2）左右两侧底部设有两列对称的用于列车在低速或紧急情况下依靠辅助轮运行的凸台。

4.根据权利要求3所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，所述固氮低温容器的工作温度为35K及以下。

5.根据权利要求4所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，所述跑道形高温超导磁体（7）带有超导开关（10），能形成闭环恒流，在脱离电源情况下能独立工作数小时。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，所述固氮低温容器（6）中装有传感器（11），用于实时监测低温容器（6）内的固氮量。

7.根据权利要求6所述的一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，其特征在于，还具有固氮制取和补充的系统：当传感器（11）检测到固氮量低于额定值时，会将信号传输至中央控制系统，中央控制系统将信号传输至地方车站，当列车到站停靠后，将固氮低温容器（6）与地面制冷机冷头（8）连接制冷，完成固氮（9）的制取与补充后，低温容器（6）与地面制冷机冷头（8）脱离，列车继续运行。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及磁浮交通、低温工程等技术领域，具体涉及一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车。

背景技术

电动悬浮是利用楞次定律实现列车悬浮的一种悬浮方式。车载磁体产生的磁场，在列车运动时切割安装在地面轨道上的导体板或线圈，从而在导体板或线圈中产生阻止磁通量变化的感应电流，电流与磁体相互作用进而产生排斥性磁浮力，磁浮力随着列车速度的增加而增加，当列车达到一定速度后，磁浮力与列车重力平衡实现悬浮，且悬浮气隙较大。电动悬浮可同时实现悬浮和导向，不需要复杂的控制系统，具有良好的自稳定性。根据地面轨道形式的不同，电动悬浮可分为零磁通线圈型和导电板型。相对于损耗和磁阻较大的导电板型，8字形零磁通线圈型具有高浮阻比、大悬浮间隙、自稳定性好等优点，因此被应用于日本山梨县的高速电动悬浮列车。

液氮在温度降低到63.14K以下时就转变为固氮，继续降温到35.61K时就会发生固-固相变，此时固氮由于热容的剧增可吸收大量热能，因此，将固氮作为高温超导磁体的制冷剂，可抑制磁体温升，从而提高磁体的热稳定性。除此之外，用固氮冷却的超导磁体还可以通过附带超导开关的方式脱离电源、冷源工作数小时；固氮和超导磁体可形成一个整体系统，不会因低温液体的自然液面造成系统的不稳定，从而提高了超导磁体系统的运动稳定性。

一般固氮的冷却方式有三种：液氦传导冷却、真空减压冷却、制冷机传导冷却。液氦传导冷却不仅需要复杂的液氦冷却系统及操作方式，而且需要极高的液氦消耗量，存在运行成本高的问题；真空减压冷却虽然结构简单、操作方便，但通过这种方式得到的固氮具有很高的热阻，且其冷却降温温度有限；而制冷机传导冷却具有无需液氦、结构紧凑、操作方便、运行成本低等优点，通过该冷却方式可将液氮直接变为固氮，并在没有制冷机的情况下，也能通过固氮的大热容维持温度从而实现超导磁体独立可携带式。

目前的超导电动悬浮列车主要是通过液氦低温容器和车载制冷机对低温超导磁体进行冷却，车载制冷机将蒸发变热的氦气液化来冷却磁体，冷、热氦气进行闭循环，可只依靠电能保证超导磁体长期工作，但其结构复杂、操作困难、运行成本很高，且扰动或磁体励磁时的交流损耗容易使磁体温度升高进而失超，车载制冷机也会使列车低温制冷系统质量增加，降低了列车的有效载荷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，旨在用固氮高温超导代替液氦低温超导，且无需安装车载制冷机，提高车载磁体的稳定性与悬浮性能，简化超导磁体系统结构，提高列车有效载荷，降低运行成本。

本实用新型的目的是这样实现的：一种固氮深冷高温超导电动悬浮列车，外接三相交流电源用于推进的两组驱动线圈分别固定在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内，两组驱动线圈均沿对应凹槽中心线设置，用于悬浮的8字形零磁通线圈固定在线圈卡盒中，两组线圈卡盒分别经螺栓安装在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内、并分别沿对应凹槽中心线连续排布；两组固氮低温容器分别经螺栓固定在列车车体的左、右侧凹槽内，每个固氮低温容器内经螺栓固定有跑道形高温超导磁体，列车高速运行时，依靠8字形零磁通线圈与跑道形高温超导磁体产生的磁浮力侧挂于梯形轨道墙上。

所述固氮低温容器结构为：内部为真空的容器壳体内壁上依次衬有防辐射层和绝热层，该壳体内安装有多个跑道形高温超导磁体，该多个跑道形高温超导磁体经超导开关通过导线与壳体外部电源连接，该壳体顶部还设置有用于为容器壳体内完成固氮制取和补充的制冷机冷头的接口。

所述列车车体两侧底部设有列车在低速或紧急情况下使用的可收放式辅助轮；所述梯形轨道墙左右两侧底部设有两列对称的用于列车在低速或紧急情况下依靠辅助轮运行的凸台。

所述固氮低温容器的工作温度为35K及以下。

所述跑道形高温超导磁体带有超导开关，能形成闭环恒流，在脱离电源情况下能独立工作数小时。

所述固氮低温容器中装有传感器，用于实时监测低温容器内的固氮量。

还具有固氮制取和补充的系统：当传感器检测到固氮量低于额定值时，会将信号传输至中央控制系统，中央控制系统将信号传输至地方车站，当列车到站停靠后，将固氮低温容器与地面制冷机冷头连接制冷，完成固氮的制取与补充后，低温容器与地面制冷机冷头脱离，列车继续运行。

本实用新型的有益效果是：相对于目前的低温超导电动悬浮列车，本实用新型用固氮高温超导代替液氦低温超导，且无需安装车载制冷机，解决了超导磁体系统复杂、操作困难、运行成本高的问题，降低列车低温制冷系统质量从而提高了列车有效载荷，降低低温容器底厚从而增加了有效悬浮气隙、降低了超导材料的用量。本实用新型具有超导磁体系统结构更简单、性能更稳定、超导材料用量更少、运行成本更低、操作方便等优点。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图1a是图1的A部放大图。

图2是本实用新型的剖面示意图。

图3是本实用新型的低温容器（制取固氮时）内部结构示意图。

图4是本实用新型的列车运行及固氮补充流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加明确，下面以跑道形高温超导磁体为例，结合附图及具体实例对本实用新型进行详细阐述，但不应理解为对本实用新型的限定。

图1、图2示出本固氮深冷高温超导电动悬浮列车。外接三相交流电源用于推进的两组驱动线圈分别固定在梯形轨道墙2左、右侧壁的凹槽内，两组驱动线圈1均沿对应凹槽中心线设置，用于悬浮的8字形零磁通线圈3固定在线圈卡盒4中，两组线圈卡盒分别经螺栓安装在梯形轨道墙左、右侧壁的凹槽内、并分别沿对应凹槽中心线连续排布；两组固氮低温容器6分别经螺栓固定在列车车体5的左、右侧凹槽内，每个固氮低温容器内经螺栓固定有跑道形高温超导磁体7，列车高速运行时，依靠8字形零磁通线圈3与跑道形高温超导磁体7产生的磁浮力侧挂于梯形轨道墙上。

参见图3，固氮低温容器6结构为：内部为真空的容器壳体内壁上依次衬有防辐射层13和绝热层12，该壳体内安装有多个跑道形高温超导磁体7，该多个跑道形高温超导磁体7经超导开关10通过导线与壳体外部电源连接，该壳体顶部还设置有用于为容器壳体内完成固氮制取和补充的制冷机冷头8的接口。

所述列车车体5无需安装制冷机，所述固氮低温容器6依靠固氮9的大热容可脱离冷源独立工作数小时，仅需要在冷量不足时将固氮低温容器6与地面制冷机冷头8连接制冷。

所述线圈卡盒4通过内部铸有的卡槽对8字形零磁通线圈3进行安装固定。

所述梯形轨道墙2两侧对称设有用于安装固定线圈卡盒4及驱动线圈1的凹槽，并在左、右两侧底部设有两列对称的凸台，用于列车在低速运行或紧急情况下依靠辅助轮运行。

所述列车车体5两侧对称设有用于安装固定固氮低温容器6的凹槽，并在底部两侧设有可收放式辅助轮，列车在低速运行或紧急情况下可依靠辅助轮运行。

所述固氮低温容器6的工作温度可达35K及以下，能提高跑道形高温超导磁体7的临界电流从而实现高磁场，使跑道形高温超导磁体7发挥优异性能。

如图3所示，所述固氮低温容器6内部为真空，可降低外界辐射传热，并设有绝热层12和防辐射屏13，可隔绝外界热量进入固氮腔，从而起到隔热保护的作用。

如图3所示，所述跑道形高温超导磁体7带有超导开关10，可形成闭环恒流，在脱离电源的情况下能独立工作数小时。

图4示出固氮制取和补充系统，所述固氮低温容器6中的传感器11用于实时监测低温容器6内的固氮量，固氮量低于额定值时，会将信号传输至中央控制系统，中央控制系统将信号传输至地方车站，当列车到站停靠后，将固氮低温容器6与地面制冷机冷头8连接制冷，完成固氮9的制取与补充后，固氮低温容器6与地面制冷机冷头8脱离，列车继续运行。

设计图

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