專利名稱：超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，更具體來講，涉及一種利用超導(dǎo)磁懸浮原理對(duì)諸如郵件、食物等貨物執(zhí)行短途或長途運(yùn)輸?shù)某瑢?dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，其能源消耗很小且不對(duì)環(huán)境造成污染，該系統(tǒng)利用了一種以勢(shì)能作為驅(qū)動(dòng)能量的運(yùn)輸車輛。
迄今為止，郵件、食物等的運(yùn)輸都是通過飛機(jī)、輪船、汽車、鐵路和其它的類似工具在空氣中、公路上或鐵路上來實(shí)現(xiàn)的。
在這樣的普通運(yùn)輸方法中，由于在空氣中、公路上或鐵路上進(jìn)行的運(yùn)輸要造成大量的能量消耗，這就需要很高的燃料成本和很大的勞動(dòng)量，以及運(yùn)輸車輛的高昂制造成本，此外，還造成了很嚴(yán)重的環(huán)境惡化。
由于現(xiàn)有運(yùn)輸貨物的措施是通過飛機(jī)、輪船或汽車等利用石油作為驅(qū)動(dòng)能源的運(yùn)輸工具而進(jìn)行的，而這些運(yùn)輸工具對(duì)環(huán)境將有很大的負(fù)面影響例如排出廢氣中的有害物質(zhì)；所產(chǎn)生的二氧化碳加速了全球氣候的變暖現(xiàn)象、由于車輛揚(yáng)灰而對(duì)空氣造成的污染。此外，對(duì)鐵路而言，和環(huán)境污染相關(guān)的很重要的一個(gè)方面則是其要通過核電站或熱電廠來提供電能。此外，這些運(yùn)輸方法由于都在空氣中運(yùn)行，因而都有很大的空氣阻滯損失以及很大的摩擦損耗，而消耗大量的石油資源，而這又和石油資源在未來的儲(chǔ)量有關(guān)。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種利用高溫超導(dǎo)磁懸浮效應(yīng)的節(jié)能超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，由于運(yùn)輸車輛處于非接觸式的懸浮狀態(tài)，所以其摩擦損耗非常小，該系統(tǒng)采用一種內(nèi)部為真空或負(fù)壓狀態(tài)的運(yùn)輸通道，在此通道中運(yùn)行的運(yùn)輸車輛可顯著地減小空氣拖滯損失，將運(yùn)行時(shí)的空氣阻力幾乎降低到零，該系統(tǒng)來用勢(shì)能提供幾乎全部的運(yùn)行動(dòng)力。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種節(jié)約能源的超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其通過將多個(gè)小容量的運(yùn)輸車輛連接在一起、或設(shè)置多個(gè)這樣的車輛來完成大運(yùn)量運(yùn)輸。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，在根據(jù)本發(fā)明的一種超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)中，具有一個(gè)貨物艙的運(yùn)輸車輛利用超導(dǎo)現(xiàn)象之一的抗磁效應(yīng)(pinning effect)實(shí)現(xiàn)懸浮，其中的貨物艙容納了所要運(yùn)輸?shù)呢浳?，該車輛運(yùn)行在一條沿運(yùn)行方向設(shè)置了永久磁鐵或電磁鐵的軌道上，軌道布置在一個(gè)真空的運(yùn)輸通道中，且在其起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)之間有一個(gè)高度差，當(dāng)車輛接近終點(diǎn)時(shí)，通過將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能來使車輛?？吭诮K點(diǎn)區(qū)。
此外，為了能對(duì)所運(yùn)輸?shù)呢浳镞M(jìn)行裝卸并執(zhí)行其它一些操作，在起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)設(shè)置了真空密封門，這些真空密封門可封閉運(yùn)輸管道的末端(即運(yùn)輸車輛的停車位置)，在真空密封門內(nèi)還有一個(gè)結(jié)構(gòu)，其可通向外界大氣并被抽成真空。另外，與運(yùn)行過程中所損失能量相當(dāng)?shù)膭?shì)能部分可通過一個(gè)提升機(jī)或類似的裝置將運(yùn)輸車輛提升到更高的位置來進(jìn)行補(bǔ)償。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其包括具有一個(gè)運(yùn)貨艙的運(yùn)輸車輛，在貨艙內(nèi)裝載了所要運(yùn)輸?shù)呢浳?，在運(yùn)輸車輛上還設(shè)置了一個(gè)具有一個(gè)超導(dǎo)元件的第一磁懸浮元件，以及一個(gè)第一耦合線圈；一條磁懸浮軌道，軌道上具有一個(gè)第二磁懸浮元件，該元件包括一個(gè)和第一磁懸浮元件相對(duì)的磁體，以及一個(gè)和第一耦合線圈保持磁耦合的第二耦合線圈，從而將運(yùn)輸車輛懸浮起來；以及一個(gè)運(yùn)輸通道，它圍繞處于真空或減壓狀態(tài)的運(yùn)輸車輛和磁懸浮軌道，該通道的兩端被設(shè)置成有一定的高度差；其中，運(yùn)輸車輛是由運(yùn)輸車輛上的第一磁懸浮元件和磁懸浮軌道上的第二磁懸浮元件之間產(chǎn)生的超導(dǎo)抗磁效應(yīng)懸浮在磁懸浮軌道上方的，從而使得車輛可利用運(yùn)輸通道的高度差所產(chǎn)生的勢(shì)能前進(jìn)。而運(yùn)輸車輛的驅(qū)動(dòng)停止、停車或定位等控制操作是通過運(yùn)輸車輛上的第一耦合線圈和磁懸浮軌道上的第二耦合線圈來實(shí)現(xiàn)的。
此處，運(yùn)輸車輛最好還包括一個(gè)緊貼著超導(dǎo)元件布置的貯冷槽(coldaccumulator)，以及冷凍貯冷槽的一個(gè)制冷機(jī)或一種冷卻劑。
磁體可以是多組在車輛的運(yùn)行方向上沿磁懸浮軌道布置的、具有相同磁極的永久磁鐵。
此外，磁鐵可以是多組在車輛的運(yùn)行方向上沿磁懸浮軌道布置的電磁鐵。
再另外，超導(dǎo)元件最好是一個(gè)高溫超導(dǎo)體，其具有很高的抗磁力(即很高的表面臨界電流密度)，例如可以是一種釔系氧化物超導(dǎo)體(YBa2Cu3Ox)或釤系氧化物超導(dǎo)體(SmBa2Cu3Ox)。
另外，運(yùn)輸車輛還可在相對(duì)于懸浮方向的一個(gè)側(cè)面上安裝一個(gè)第一磁懸浮元件和第一耦合線圈，并在另一側(cè)布置一個(gè)第三磁懸浮元件和一個(gè)第三耦合線圈，磁懸浮軌道包括和運(yùn)輸車輛上的第一磁懸浮元件和第一耦合線圈相對(duì)著的第二磁懸浮元件和第二耦合線圈、以及和運(yùn)輸車輛上的第三磁懸浮元件和第三耦合線圈相對(duì)著的第四磁懸浮元件和第四耦合線圈。
此外，在運(yùn)輸通道發(fā)生轉(zhuǎn)彎的地方，運(yùn)輸車輛還可以在離心力作用的那一側(cè)設(shè)置一個(gè)第五磁懸浮元件和一個(gè)第五耦合線圈，磁懸浮軌道上還包括一個(gè)和運(yùn)輸車輛上的第五磁懸浮元件相對(duì)著的第六磁懸浮元件。
此外，運(yùn)輸車輛最好在運(yùn)行方向的兩端上具有兩個(gè)連接部件，連接部件在其中一端上是一個(gè)超導(dǎo)體，而在另一端上是一個(gè)磁體，這樣，多個(gè)運(yùn)輸車輛就可以通過連接部件接在一起。
此外，運(yùn)輸通道最好由真空密封門在兩相對(duì)的終端處來隔成了一個(gè)起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)。
此外，還可以設(shè)置一條第二磁懸浮軌道，其和所述的磁懸浮軌道相連或?yàn)槠渲Ь€，使得第二磁懸浮軌道的終點(diǎn)勢(shì)能區(qū)別于所述磁懸浮軌道的勢(shì)能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過使用高溫超導(dǎo)磁懸浮效應(yīng)來承載運(yùn)輸車輛，并通過將多個(gè)小容量的運(yùn)輸車輛連接在一起，就可以高效地實(shí)現(xiàn)大容量運(yùn)輸，并顯著地減小了摩擦損耗。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種高效、大運(yùn)量的超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，由于幾乎不需要外部驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，因而也沒有任何環(huán)境污染，該運(yùn)輸系統(tǒng)可為節(jié)約能源和解決環(huán)境問題作出很大的貢獻(xiàn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于每個(gè)運(yùn)輸車輛的動(dòng)能都不是很大，因而還可能增加各個(gè)車輛的固有頻率(natural frequency)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，其能量能被快速地散逸掉，從而減小了其對(duì)其它系統(tǒng)和周邊設(shè)備的影響。


圖1A和圖1B是根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的截面示意圖；圖3是表示設(shè)置有耦合線圈的磁懸浮軌道的視圖；圖4A至圖4C是運(yùn)輸通道在其它實(shí)施方式的運(yùn)輸車輛和磁懸浮軌道情況下的結(jié)構(gòu)圖；圖5A到圖5B的視圖表示了用于將各個(gè)運(yùn)輸車輛連接起來的連接件的結(jié)構(gòu)。
圖1A表示了根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)可安裝在地表、地下、海底或湖泊等環(huán)境中，或者高速公路的側(cè)邊或基底上。
在圖1A中，超導(dǎo)磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)運(yùn)輸車輛1、一個(gè)設(shè)置了永久磁鐵或電磁鐵的磁懸浮軌道2、以及一個(gè)運(yùn)輸通道3。在運(yùn)輸通道3的相對(duì)兩端設(shè)置有一個(gè)起點(diǎn)區(qū)4和一個(gè)終點(diǎn)區(qū)5。此外，起點(diǎn)區(qū)4和終點(diǎn)區(qū)5還分別具有一個(gè)第一和第二真空密封門4a、5a和4b、5b。
運(yùn)輸車輛1在其運(yùn)輸通道3一側(cè)的第一真空密封門4a被關(guān)閉、而載入/卸出側(cè)的第二真空密封門4b被打開的狀態(tài)下，被導(dǎo)引向起點(diǎn)區(qū)4，之后，第二真空密封門4b被關(guān)上，起點(diǎn)區(qū)4的內(nèi)部被抽真空。下一步，第一真空密封門4a被打開，運(yùn)輸車輛1被導(dǎo)入到運(yùn)輸通道3中。運(yùn)輸車輛以很低的摩擦力非接觸地懸浮或漂浮著。超導(dǎo)磁懸浮主要是利用超導(dǎo)抗磁效應(yīng)所產(chǎn)生的約束力使得運(yùn)輸車輛1保持在一個(gè)穩(wěn)定的位置。
質(zhì)量m的運(yùn)輸車輛1在勢(shì)能的作用下在下坡段被加速到一個(gè)很高的速度，該勢(shì)能是由系統(tǒng)最高點(diǎn)處的起點(diǎn)區(qū)在磁懸浮軌道2中之高度差產(chǎn)生的，車輛在中段的平坦部分d以一個(gè)恒定的速度運(yùn)行，而在靠近終點(diǎn)區(qū)域的爬坡過程中，又將運(yùn)輸車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，速度降低直至停車。在終點(diǎn)區(qū)5，第二真空密封門5b被關(guān)閉，而在運(yùn)輸通道3中一側(cè)的第一真空密封門5a則是打開的，終點(diǎn)區(qū)內(nèi)處于真空狀態(tài)。當(dāng)車輛1已經(jīng)進(jìn)入到終點(diǎn)區(qū)5后，第一真空密封門5a被關(guān)上，以使得終點(diǎn)區(qū)5的內(nèi)部狀態(tài)能和外界大氣環(huán)境相同，之后，第二真空密封門5b被打開，這樣就可以進(jìn)行貨物的載入或卸出了。此外，在必要的時(shí)候，運(yùn)輸車輛1還可以由一個(gè)提升機(jī)、運(yùn)輸裝置或類似的機(jī)械設(shè)備提升到一個(gè)特定的高度，這樣就將在下行軌道上所損失的勢(shì)能補(bǔ)償了，這部分能量將應(yīng)用在上行的路途中(圖中未表示出返回的路徑)。在返回路徑上，起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)之間的高度差設(shè)置也同樣也和外發(fā)的路徑相同。
運(yùn)輸通道3此外還包括一個(gè)支線7，由此來使得運(yùn)輸能到達(dá)一個(gè)位于B點(diǎn)處的終點(diǎn)區(qū)6。在這樣的情況下，可通過運(yùn)輸車輛1和磁懸浮軌道2上的耦合線圈22或其它設(shè)置在終點(diǎn)區(qū)6的合適制動(dòng)裝置來進(jìn)行制動(dòng)。
圖1B的視圖表示了運(yùn)輸通道的一種改進(jìn)結(jié)構(gòu)。如圖1B所示，即使運(yùn)輸軌道是頻繁上下起伏時(shí)，運(yùn)輸通道3′和第二磁懸浮軟道2′在運(yùn)行過程中的能量損耗也都很小，在運(yùn)行向一個(gè)較高位置時(shí)，動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，速度降低，而在下坡路段，所儲(chǔ)存的勢(shì)能使車輛的速度增加，因而，除非沒有足夠大的位置高度差，否則路徑的上下起伏幾乎沒有任何影響。簡(jiǎn)而言之，如果高度差被設(shè)置成使得起點(diǎn)區(qū)4和終點(diǎn)區(qū)5之間的高度差產(chǎn)生的勢(shì)能大于運(yùn)輸通道3中能量損失的勢(shì)能相當(dāng)量，則運(yùn)輸通道3內(nèi)的高度變化不會(huì)帶來任何影響。
在這樣的系統(tǒng)中，對(duì)單個(gè)的運(yùn)輸車輛1來說，運(yùn)輸車輛在通道內(nèi)平坦直線段距離d的運(yùn)行速度和從起點(diǎn)區(qū)到終點(diǎn)區(qū)之間的運(yùn)行時(shí)間可如下進(jìn)行計(jì)算。也就是說，參照?qǐng)D1，在時(shí)間t內(nèi)以恒定的加速度a所下降的距離(高度)為h，其中；h=at2/2其中的加速度a可表示成坡度α和重力加速度g的函數(shù)；a=g·sinαt秒后的運(yùn)行速度v為v=2αx]]>從這些公式中，舉例來講，在α=5°、h=200m的情況下，車輛在d=100km的直線段上運(yùn)行所要的分鐘就可計(jì)算出來。
第一步，從斜坡段向直線段的運(yùn)行時(shí)間可從下式a=9.8×sin5°=0.854m/s2；x=200/tan5°=2286m；t=2×x/a=2×2286/0.854=73.2s]]>此處，在直線段所達(dá)到的速度v為t=2×0.854×2286=62.5m/s=225km/h]]>由上述，運(yùn)輸車輛1用27分鐘就可運(yùn)行過d路段的100km路程。
當(dāng)運(yùn)輸車輛1在運(yùn)行過程中有能量損耗時(shí)，損耗的能量用下面的方法來計(jì)算，例如，由于一噸重的物體在200米高度的勢(shì)能為2×105kgm，如果將空氣阻力所造成的能量損失假設(shè)為零(由于是在真空中運(yùn)行)、而由于超導(dǎo)支撐的波動(dòng)而造成的損失為每一噸的車輛為10W，則在運(yùn)行中產(chǎn)生的總能量損失為為10×(2×73.2+27×60)=17664焦耳。這相當(dāng)于高度差為1.8的勢(shì)能。
由于超導(dǎo)體中要產(chǎn)生能量損失，所以車輛必須被冷卻到一定程度，然而，如果車輛自身的蓄冷量足夠大，則無須對(duì)車輛進(jìn)行冷卻。
此外，在運(yùn)行中的能量損失還降低了車輛的速度，由于一個(gè)一噸重的車輛以225km/h速度行駛時(shí)的動(dòng)能e=mv2/2=1/2×1000/9.8×62.522=200000(kgm)=1962000焦耳如假設(shè)總能量損失為17664焦耳，則車輛的實(shí)際速度為v=2×(1962000-17664)=62.36m/s≈224km/h]]>則速度只下降了大約1km/h。
當(dāng)波動(dòng)損失為50W/噸時(shí)，在運(yùn)行過程中的總能量損失為88320焦耳，該能量值相當(dāng)于9米落差的勢(shì)能，此時(shí)速度v=61m/s=220km/h，降低了5km/h。
圖2表示按照本發(fā)明之一種超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
運(yùn)輸車輛1包括一個(gè)位于車輛中央部位的貨物艙11，在車輛1相對(duì)的兩側(cè)布置了一個(gè)制冷機(jī)或一個(gè)制冷劑供應(yīng)源12，在車輛下部的中央部位是一個(gè)貯冷槽13，一個(gè)布置在車輛下方的兩側(cè)的第一耦合線圈14，以及一個(gè)第一磁懸浮元件15。貨物艙11是用來放置貨物的空間。制冷機(jī)或冷卻劑供應(yīng)源12是用來對(duì)貯冷槽13進(jìn)行冷卻的機(jī)構(gòu)，在其中采用了適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)劑或一個(gè)電動(dòng)制冷機(jī)或例如為液氮的制冷劑。此外，還可能用制冷機(jī)或冷卻劑供應(yīng)源12通過對(duì)貨物艙制冷來冷凍其中的貨物。貯冷槽13幾乎是緊貼著超導(dǎo)體來布置的，以對(duì)該物體進(jìn)行降溫，該超導(dǎo)體組成了第一磁懸浮元件15。
第一耦合線圈14是由普通導(dǎo)線或超導(dǎo)導(dǎo)線制成的。它是一個(gè)磁力耦合線圈，用于對(duì)車輛進(jìn)行諸如在終點(diǎn)區(qū)處的停車、緊急停車、或在運(yùn)行過程中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)等運(yùn)行控制。第一磁懸浮元件15是布置在車輛下部中央貯冷槽13下方的一個(gè)板狀的超導(dǎo)體(尤其是高溫超導(dǎo)體)，關(guān)于該裝置下文將作描述，運(yùn)輸車輛1非接觸地懸浮著，以便于在磁懸浮軌道2上高速地前進(jìn)。
此處，考慮到高效地利用抗磁效應(yīng)，目前本發(fā)明所用的超導(dǎo)體最好是釔系氧化物超導(dǎo)體(YBa2Cu3Ox)或釤系氧化物超導(dǎo)體(SmBa2Cu3Ox)。但是，如果發(fā)現(xiàn)了一種超導(dǎo)材料其具有更大的臨界電流密度，則可使用這種材料。此外，由于該材料的臨界溫度大約為90K左右，而液氮中的冷卻溫度可保持在77K上。
一條固定的側(cè)磁懸浮軌道2包括一個(gè)和第一磁懸浮元件15相對(duì)布置的第二磁懸浮元件21，也就是說，在軌道2上部的中央，沿著運(yùn)行通道，在和第一耦合線圈14相對(duì)的地方設(shè)置了一個(gè)第二耦合線圈22，也就是說，沿著運(yùn)行方向設(shè)置在軌道2上方相對(duì)的兩側(cè)。至于第二磁懸浮元件21，其主要是采用了永久磁鐵，所布置的多個(gè)磁體的磁極的朝向相同，從而獲得了一個(gè)統(tǒng)一的磁場(chǎng)分布，避免發(fā)生了運(yùn)行拖阻。和第一耦合線圈配合的第二耦合線圈22是由超導(dǎo)導(dǎo)線或普通導(dǎo)線制成的，以用于進(jìn)行運(yùn)行控制和驅(qū)動(dòng)，它是由一個(gè)外部控制裝置發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行控制的。
固定側(cè)邊磁懸浮軌道2是固定在運(yùn)輸通道3中的，此外，運(yùn)輸通道3內(nèi)是一個(gè)真空狀態(tài)或減壓大氣狀態(tài)，以盡可能地抑制運(yùn)輸車輛1在高速運(yùn)行時(shí)的空氣拖阻損失，并抑制運(yùn)輸車輛1超導(dǎo)磁懸浮部分的熱對(duì)流。
本文中，所描述的情況為超導(dǎo)體被布置在運(yùn)輸車輛1的側(cè)邊的情況，并且，在另一方面，用于懸浮車輛的永久磁鐵也被布置在磁懸浮軌道2的側(cè)邊上。在這樣的情況下，為了將運(yùn)輸車輛1一側(cè)的第一磁懸浮元件15(超導(dǎo)體)降低到臨界溫度以下，使用了布置在運(yùn)輸車輛1上的制冷機(jī)或冷卻劑供應(yīng)源12，環(huán)繞超導(dǎo)體布置的貯冷槽13被冷卻，進(jìn)而第一磁懸浮元件15被冷卻。在這樣的冷卻系統(tǒng)中，例如，當(dāng)運(yùn)輸車輛1在起點(diǎn)區(qū)時(shí)，是通過在運(yùn)輸車輛1和磁懸浮軌道2之間插入一個(gè)疊片來保持懸浮狀態(tài)的，然后超導(dǎo)體15被冷卻到臨界溫度以下，通過這樣的方法，超導(dǎo)體15就從普通的導(dǎo)體狀態(tài)轉(zhuǎn)化到超導(dǎo)狀態(tài)。永久磁鐵21的磁力線由抗磁效應(yīng)而被阻斷在抗磁點(diǎn)處。當(dāng)移去疊片時(shí)，車輛的重量就作用在磁場(chǎng)上，在超導(dǎo)體15中流動(dòng)的超導(dǎo)電流就產(chǎn)生一個(gè)與車輛重力相對(duì)應(yīng)的電磁力。這樣就通過其對(duì)永久磁鐵磁場(chǎng)的排斥力實(shí)現(xiàn)了磁懸浮。在這樣的情況下，受到阻擋的磁場(chǎng)在側(cè)邊方向上也產(chǎn)生了復(fù)原力，該作用力可保持車輛在側(cè)向上不發(fā)生偏靠。
這樣，在運(yùn)輸車輛1被磁力懸浮在磁懸浮軌道2的起點(diǎn)區(qū)4的情況下，在一個(gè)外部控制裝置的控制下，可通過電流在第二耦合線圈22內(nèi)的流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該線圈和運(yùn)輸車輛1上的第一耦合線圈14磁耦合，從而驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸車輛1開始前進(jìn)。
此外，當(dāng)車輛在起點(diǎn)區(qū)或終點(diǎn)區(qū)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，制冷機(jī)12由一個(gè)外部電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)制冷劑儲(chǔ)存在貯冷槽13中，該槽的制冷儲(chǔ)存容量可保持超導(dǎo)體15在超導(dǎo)狀態(tài)下幾個(gè)小時(shí)，制冷機(jī)在運(yùn)行過程中可停止工作。
圖3示意性地表示了一個(gè)用于形成磁場(chǎng)的電磁鐵，該電磁鐵作為第二磁懸浮元件21被布置在磁懸浮軌道2上。
同使用永久磁鐵的情況一樣，可沿運(yùn)行通道設(shè)置多個(gè)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵，以取代永久磁鐵。電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是和運(yùn)輸車輛1的運(yùn)動(dòng)位置保持同步的。當(dāng)然，即使軌道中始終存在磁場(chǎng)也不會(huì)產(chǎn)生任何問題。但是，這樣就會(huì)在線圈中產(chǎn)生能量損失，采用同步工作方式將是較為有利的。此外，第二耦合線圈22還作為這些電磁鐵的感應(yīng)線圈。
圖4表示了本發(fā)明另一方面之運(yùn)輸車輛和磁懸浮軌道的運(yùn)輸通道的結(jié)構(gòu)視圖。
在圖4A所示的結(jié)構(gòu)中，磁懸浮元件404和第一耦合線圈404被設(shè)置在運(yùn)輸車輛1的上側(cè)和下側(cè)，并且對(duì)應(yīng)于這樣的結(jié)構(gòu)，在上方和下方都設(shè)置了磁懸浮軌道402和403。
在圖4B表示的結(jié)構(gòu)中，運(yùn)輸車輛411和412平行地布置在兩層上，同樣，磁懸浮軌道413、414和415也這樣進(jìn)行設(shè)置。對(duì)位于中間的磁懸浮軌道415而言，磁懸浮元件416可同時(shí)被運(yùn)輸車輛411和412兩個(gè)車輛利用。此外，在磁懸浮軌道415上設(shè)置了耦合線圈417，其同樣對(duì)運(yùn)輸車輛411和412都起作用。
圖4C表示圖4A中具有的一個(gè)結(jié)構(gòu)的示意圖，其對(duì)離心力具有強(qiáng)有力的抑制作用，甚至再增加一些作用力都可以。也就是說，除了在運(yùn)輸車輛421上設(shè)置上下方向的磁懸浮元件422和423之外，在側(cè)面部分上設(shè)置了磁懸浮元件424，由側(cè)磁懸浮軌道上的磁懸浮元件425來抵消運(yùn)輸車輛的離心力。
圖5A和5B表示了將各個(gè)運(yùn)輸車輛連接起來的連接部件的結(jié)構(gòu)。
在圖5A中，在各個(gè)方形運(yùn)輸車輛51a的前方和后方都設(shè)置了連接部件52和53。一個(gè)連接部件52(或53)是由超導(dǎo)材料制成的，而另一個(gè)連接部件53(或52)則是由磁鐵制成的，連接是通過超導(dǎo)體的抗磁效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。
圖5B表示了可平滑地連接多個(gè)運(yùn)輸車輛51b的結(jié)構(gòu)。在此處，一個(gè)連接部件55是一個(gè)凹陷結(jié)構(gòu)，另一個(gè)連接部件是外凸結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)連接部件55(或56)是由超導(dǎo)材料制成的，而另一個(gè)連接部件56(或55)則是由磁鐵制成的，因而通過超導(dǎo)體的抗磁效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)連接。用上述的結(jié)構(gòu)，甚至當(dāng)磁懸浮軌道為彎曲或環(huán)形線路時(shí)，運(yùn)輸車輛51b也可平穩(wěn)地運(yùn)行。除了抗磁效應(yīng)之外，運(yùn)輸車輛還可利用各種機(jī)械連接件連接起來。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過為一條磁懸浮軌道2設(shè)置多個(gè)運(yùn)輸車輛1(幾個(gè)到幾十個(gè))，可增大運(yùn)輸量。另外，還可以采用復(fù)線系統(tǒng)的多條磁懸浮軌道來增大運(yùn)輸量。
上文參照多種實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，很顯然，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，完全可在不超出本發(fā)明廣義范圍內(nèi)進(jìn)行多種改動(dòng)和變型，因而本發(fā)明在所附的權(quán)利要求書中涵蓋了所有這樣落入本發(fā)明核心思想范圍內(nèi)的變型和改動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)，其包括具有一個(gè)運(yùn)貨艙的運(yùn)輸車輛，在貨艙內(nèi)裝載了所要運(yùn)輸?shù)呢浳?，一個(gè)具有一個(gè)超導(dǎo)元件的第一磁懸浮元件，以及一個(gè)第一耦合線圈；一條磁懸浮軌道，軌道上具有一個(gè)第二磁懸浮元件，該元件包括一個(gè)和所述第一磁懸浮元件相對(duì)的磁體，以及一個(gè)和所述第一耦合線圈保持磁耦合的第二耦合線圈，從而將所述運(yùn)輸車輛懸浮起來；以及一個(gè)運(yùn)輸通道，它使其圍繞的所述運(yùn)輸車輛和所述磁懸浮軌道處于真空或減壓狀態(tài)，該通道的兩端被設(shè)置成有一定的高度差；其中，所述運(yùn)輸車輛是由運(yùn)輸車輛上的所述第一磁懸浮元件和磁懸浮軌道上的所述第二磁懸浮元件之間產(chǎn)生的超導(dǎo)抗磁效應(yīng)懸浮在磁懸浮軌道上方的，使得車輛可利用運(yùn)輸通道的高度差所產(chǎn)生的勢(shì)能前進(jìn)，而運(yùn)輸車輛的驅(qū)動(dòng)停止、停車或定位等控制操作是通過運(yùn)輸車輛上的第一耦合線圈和磁懸浮軌道上的第二耦合線圈來實(shí)現(xiàn)的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述的運(yùn)輸車輛還包括一個(gè)貯冷槽，其緊貼著超導(dǎo)元件布置，并設(shè)置一個(gè)制冷機(jī)或一種冷卻劑來對(duì)貯冷槽進(jìn)行冷凍。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述磁體可以是多組在車輛的運(yùn)行方向上沿磁懸浮軌道布置的、具有相同磁極的永久磁鐵。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述磁體是多組在車輛的運(yùn)行方向上沿磁懸浮軌道布置的電磁鐵。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述超導(dǎo)元件是一種釔系氧化物超導(dǎo)體(YBa2Cu3Ox)或釤系氧化物超導(dǎo)體(SmBa2Cu3Ox)。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)輸車輛還可在相對(duì)于懸浮方向的一個(gè)側(cè)面上安裝一個(gè)第一磁懸浮元件和第一耦合線圈，并在另一側(cè)布置一個(gè)第三磁懸浮元件和一個(gè)第三耦合線圈，所述磁懸浮軌道包括和運(yùn)輸車輛上的第一磁懸浮元件和第一耦合線圈相對(duì)著的第二磁懸浮元件和第二耦合線圈、以及和運(yùn)輸車輛上的第三磁懸浮元件和第三耦合線圈相對(duì)著的第四磁懸浮元件和第四耦合線圈。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于在運(yùn)輸通道發(fā)生轉(zhuǎn)彎的地方，所述運(yùn)輸車輛還可以在離心力作用的那一側(cè)設(shè)置一個(gè)第五磁懸浮元件和一個(gè)第五耦合線圈，以及所述磁懸浮軌道還包括一個(gè)第六磁懸浮元件，其和運(yùn)輸車輛上的所述第五磁懸浮元件相對(duì)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)輸車輛在運(yùn)行方向的兩端上具有兩個(gè)連接部件，連接部件在其中一端上是一個(gè)超導(dǎo)體，而在另一端上是一個(gè)磁體，以及多個(gè)運(yùn)輸車輛就可以通過所述連接部件接在一起。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)輸通道還由真空密封門分別在兩相對(duì)的終端處來隔成了一個(gè)起點(diǎn)區(qū)和終點(diǎn)區(qū)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)還包括一條第二磁懸浮軌道，其和所述的磁懸浮軌道相連或?yàn)槠渲Ь€，使得第二磁懸浮軌道的終點(diǎn)勢(shì)能不同于所述磁懸浮軌道的勢(shì)能。
全文摘要
一種利用勢(shì)能的高效、大運(yùn)量運(yùn)輸系統(tǒng),一個(gè)在勢(shì)能作用下的運(yùn)輸車輛在真空運(yùn)輸通道中的一條磁懸浮軌道上將貨物運(yùn)輸?shù)侥康牡?其中的勢(shì)能是由磁懸浮軌道的高度差產(chǎn)生的。運(yùn)輸車輛利用超導(dǎo)現(xiàn)象不接觸地懸浮在磁懸浮軌道上,具有很低的摩擦阻力。超導(dǎo)磁懸浮能使運(yùn)輸車輛實(shí)現(xiàn)靜態(tài)懸浮狀態(tài)主要是利用了超導(dǎo)體的抗磁效應(yīng)的約束力。
文檔編號(hào)B65G54/02GK1287961SQ0013169
公開日2001年3月21日 申請(qǐng)日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者岡野真, 玉田紀(jì)治 申請(qǐng)人:工業(yè)技術(shù)院長