專利名稱：直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁場(chǎng)設(shè)備，尤其是高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，交通問題成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活中日益突出的問題。伴隨著全球范圍內(nèi)的能源和氣候問題，以化石燃料為基礎(chǔ)的自由交通有著逐漸被以電力驅(qū)動(dòng)為 基礎(chǔ)的軌道交通所替代的趨勢(shì)。由于克服了傳統(tǒng)輪軌交通的摩擦作用，磁懸浮技術(shù)為實(shí)現(xiàn) 軌道交通的高速化提供了可能，是末來最有前景的交通方式之一。高溫超導(dǎo)磁懸浮獨(dú)有的 自穩(wěn)定特性使其相比于常導(dǎo)和低溫超導(dǎo)磁懸浮更適合于超高速，深入研究該方向所涉及的 理論與實(shí)際問題不僅在學(xué)術(shù)上具有十分重要的意義，同時(shí)具有廣闊的應(yīng)用前景。在高溫超 導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)中，目前，國(guó)內(nèi)外就外磁場(chǎng)對(duì)高溫超導(dǎo)體影響的研究主要集中在對(duì)稱式交流 外磁場(chǎng)和平移對(duì)稱軌道外磁場(chǎng)方面。2004年中科院電工所研究了旋轉(zhuǎn)外磁場(chǎng)對(duì)高溫超導(dǎo)塊 材電磁特性的影響，2006年土耳其的A.O ztUrk、2007年比利時(shí)Ph Laurent以及俄羅斯B M Smolyak等人也采用圓柱形通電線圈對(duì)塊材在交流磁場(chǎng)作用下相關(guān)電磁特性作了研究。 而國(guó)內(nèi)外對(duì)高溫超導(dǎo)塊材所采用平移對(duì)稱式高溫超導(dǎo)磁懸浮永磁軌道的研究主要集中在 以下幾個(gè)方面1.三明治式軌道結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為了增強(qiáng)軌道表面中心附近的磁場(chǎng)，采用磁化方向 相反的永磁體通過鐵聚磁，軌道兩側(cè)磁體的同極相對(duì)，磁力線將相互排斥，只能從中間較窄 的鐵板中擠出，磁力線通過的面積越小，在磁通量一定的情況下，磁感應(yīng)強(qiáng)度將越大，因此 三明治式的永磁軌道結(jié)構(gòu)能夠有效地增強(qiáng)軌道表面中心附近的磁場(chǎng)。目前西南交通大學(xué)超 導(dǎo)技術(shù)研究所所研制的高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車”世紀(jì)號(hào)”的永磁軌道就采用了此種磁場(chǎng)濃 縮的方式，國(guó)際上德國(guó)固體和材料研究所(IFW)小組、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所(AIST)小組和 巴西聯(lián)邦里約熱內(nèi)盧大學(xué)也采用了三明治軌道結(jié)構(gòu)，只是永磁鐵和鐵板的尺寸與”世紀(jì)號(hào)” 有所不同。2.北京航空航天大學(xué)于2006年構(gòu)建了一種用于高溫超導(dǎo)磁懸浮發(fā)射的永磁軌道 結(jié)構(gòu)，相比于三明治式軌道結(jié)構(gòu)，此種軌道結(jié)構(gòu)增加了聚磁極數(shù)，成為具有雙聚磁極的軌道 結(jié)構(gòu)，這有利于改善懸浮系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。3.西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所研制的Halbach軌道結(jié)構(gòu)，它主要由五組NdFeB 永磁體和鐵構(gòu)成，其中第1、3、5組NdFeB永磁體的磁化方向水平，第2、4組NdFeB永磁體 的磁化方向豎直，它們構(gòu)成雙聚磁極磁路。鐵被用在這五組NdFeB永磁體的兩側(cè)是為了保 護(hù)永磁體和易于軌道組裝。具有正弦結(jié)構(gòu)的Halbach軌道磁場(chǎng)不僅可將大部分磁力線聚集 在永磁軌道的上表面，提高軌道永磁材料的利用率，而且有助于提高系統(tǒng)的磁懸浮性能，同 時(shí)使得軌道的安裝方便、容易。這三種軌道在一定程度上改善了軌道的聚磁能力和穩(wěn)定性， 并優(yōu)化了軌道的結(jié)構(gòu)，但是對(duì)軌道磁場(chǎng)的研究都處于靜止?fàn)顟B(tài)下。目前對(duì)軌道磁場(chǎng)處于動(dòng) 態(tài)變化時(shí)塊材性能的研究主要集中在振動(dòng)方向，1997年日本的K. Nagaya將高溫超導(dǎo)塊材 放入圓柱形電磁線圈中，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)直流電流的大小對(duì)永磁軌道對(duì)稱磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞剑芯苛烁邷爻瑢?dǎo)塊材的振動(dòng)控制，2008年北京航空航天大學(xué)在振動(dòng)裝置上通過對(duì)永磁 軌道進(jìn)行振動(dòng)研究了高溫超導(dǎo)塊材的動(dòng)力特性，2009年西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所在振 動(dòng)裝置上通過對(duì)永磁軌道進(jìn)行水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)，研究了外磁場(chǎng)的變化頻率和振幅對(duì)高 溫超導(dǎo)塊材性能的影響進(jìn)行了研究。但這些研究主要集中在軌道的單一變化上，而對(duì)軌道 磁場(chǎng)在實(shí)際裝配中呈現(xiàn)的各種不同變化下對(duì)高溫超導(dǎo)塊材性能的研究，目前尚未見相關(guān)報(bào) 導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是采用電磁體模擬平移對(duì)稱式高溫超導(dǎo) 磁懸浮永磁軌道，通過現(xiàn)代控制變頻技術(shù)對(duì)電磁體中的兩個(gè)電磁線圈分別輸入兩個(gè)不同變 化的直流電流調(diào)節(jié)外磁場(chǎng)的變化，以模擬永磁體在裝配時(shí)的不同變化，從而研究軌道呈現(xiàn) 各種不均勻磁場(chǎng)情況下對(duì)高溫超導(dǎo)塊材懸浮特性的影響，為確定軌道在裝配時(shí)所要達(dá)到的 磁場(chǎng)波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)提供相應(yīng)的依據(jù)，為高溫超導(dǎo)磁懸浮車系統(tǒng)工程的應(yīng)用、磁懸浮發(fā)射能力的 提高提供幫助。本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。一種直流靜、動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)即能產(chǎn)生靜態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱 磁場(chǎng)，也能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱的磁場(chǎng)，包含電磁體和控制單元兩部分，其中控制單元 采用DSP作為控制芯片對(duì)直流電源的電流進(jìn)行分頻斬波實(shí)現(xiàn)電磁體的兩組線圈的電氣參 數(shù)的控制，包含DSP、直流電源和斬波器；電磁體采用三明治式結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)用以導(dǎo)磁的 圓柱形鐵芯，繞在鐵芯上的兩組線圈，以及用以聚磁的三個(gè)鐵片。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，即能產(chǎn)生靜態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)，也能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的對(duì)稱/不 對(duì)稱磁場(chǎng)，使用者可根據(jù)自己的需求編寫相應(yīng)的代碼，下載到主控器，使電磁體所需的產(chǎn)生 磁場(chǎng)，具有使用靈活、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可用于平移對(duì)稱式的常規(guī)磁懸浮、高溫超導(dǎo)磁 懸浮、高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承、高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能以及高溫超導(dǎo)磁懸浮發(fā)射的物理實(shí) 驗(yàn)與研究中，也可適用于常規(guī)磁懸浮、高溫超導(dǎo)磁懸浮、高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承和高溫超導(dǎo)磁 懸浮飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)以及高溫超導(dǎo)磁懸浮發(fā)射或樣機(jī)的研制應(yīng)用中。


圖1是本發(fā)明控制單元的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明電磁體的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3是圖2結(jié)構(gòu)的另一種工作狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示的結(jié)構(gòu)框圖，1為220V交流電源；2整流電路；3斬波電路；4為DSP主 控模塊；5厚膜驅(qū)動(dòng)，控制單元對(duì)直流電源的電流進(jìn)行分頻斬波控制，再將控制后的電流導(dǎo) 入電磁體的導(dǎo)線中，從而調(diào)節(jié)電磁器的磁場(chǎng)。6為與受控供電電路相連的電磁體。電磁體的構(gòu)造如圖2，采用三明治式結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)用以導(dǎo)磁的圓柱形鐵芯7和8， 繞在鐵芯上的兩組銅線圈9和10，以及用以聚磁的上鐵片11、中心鐵片12、下鐵片13，兩個(gè)圓柱形鐵芯和三個(gè)鐵片構(gòu)成了整個(gè)骨架。改變電流的接入方式可實(shí)現(xiàn)如圖3的磁場(chǎng)方向。
實(shí)施例1 電磁體鐵片與鐵芯為硅鋼材料，其中鐵片設(shè)計(jì)為150*150*10mm，鐵芯為 d = 30mm,h為70mm的圓柱體，每一組銅線圈為1000匝，均勻密繞滿鐵片，當(dāng)對(duì)兩個(gè)繞線組 分別通入兩個(gè)不同電源產(chǎn)生的相同功率240瓦，中心鐵片的產(chǎn)生表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 4特斯 拉，達(dá)到了在中心鐵片上方測(cè)試高溫超導(dǎo)塊材性能所需均勻?qū)ΨQ外磁場(chǎng)。實(shí)施例2 電磁體鐵片與鐵芯為硅鋼材料，其中鐵片設(shè)計(jì)為150*150*10mm，鐵芯為 d = 30mm,h為70mm的圓柱體，每一組銅線圈為1000匝，均勻密繞滿鐵片，當(dāng)對(duì)兩個(gè)繞線組 分別通入兩個(gè)不同電源產(chǎn)生的相同功率240瓦，中心鐵片的產(chǎn)生表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 4特斯 拉，達(dá)到了在中心鐵片上方測(cè)試高溫超導(dǎo)塊材性能所需均勻?qū)ΨQ外磁場(chǎng)。實(shí)施例3 電磁體鐵片與鐵芯為硅鋼材料，具中鐵片設(shè)計(jì)為150*150*10mm，鐵芯為 d = 30mm, h為70mm的圓柱體，每一組銅線圈為1000匝，均勻密繞滿鐵片，當(dāng)對(duì)上、下兩個(gè) 繞線組分別通入兩個(gè)不同電源產(chǎn)生不同的功率120瓦和240瓦，上、中心、下鐵片的產(chǎn)生表 面磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為0. 1,0. 3,0. 2特斯拉，達(dá)到了在中心鐵片上方測(cè)試高溫超導(dǎo)塊材性能所 需均勻不對(duì)稱外磁場(chǎng)。采用本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，在實(shí)施中可有不同的具體變化，比如電磁體上兩組線圈 即可由銅質(zhì)也可以又其它材料，如鋁材、常溫超導(dǎo)材料的導(dǎo)線構(gòu)成；同樣，所述導(dǎo)磁片可為 硅鐵也可以其它導(dǎo)磁材料。
權(quán)利要求
直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)即能產(chǎn)生靜態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)，也能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱的磁場(chǎng)，包含電磁體和控制單元兩部分，其中控制單元采用DSP作為控制芯片對(duì)直流電源的電流進(jìn)行分頻斬波實(shí)現(xiàn)電磁體上兩組線圈的電氣參數(shù)的控制，包含DSP、直流電源和斬波器；電磁體采用三明治式結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)用以導(dǎo)磁的圓柱形鐵芯，繞在鐵芯上的兩組線圈，以及用以聚磁的三個(gè)導(dǎo)磁片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述兩 組線圈分別與受控制單元控制的兩組直流電源相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述電 磁體上兩組線圈即可由銅質(zhì)也可以又其它材料導(dǎo)線構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述導(dǎo) 磁片可為硅鐵也可以其它導(dǎo)磁材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流靜動(dòng)態(tài)對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)既能產(chǎn)生靜態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱磁場(chǎng)，也能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的對(duì)稱/不對(duì)稱的磁場(chǎng)，包含電磁體和控制單元兩部分，其中控制單元采用DSP作為控制芯片對(duì)直流電源的電流進(jìn)行分頻斬波實(shí)現(xiàn)電磁體的兩組線圈的電氣參數(shù)的控制，包含DSP、直流電源和斬波器；電磁體采用三明治式結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)用以導(dǎo)磁的圓柱形鐵芯，繞在鐵芯上的兩組線圈，以及用以聚磁的三個(gè)鐵片。本發(fā)明可廣泛地用于平移對(duì)稱式的常規(guī)磁懸浮、高溫超導(dǎo)磁懸浮、高溫超導(dǎo)磁懸浮軸承、高溫超導(dǎo)磁懸浮飛輪儲(chǔ)能以及高溫超導(dǎo)磁懸浮發(fā)射的實(shí)驗(yàn)裝置中。
文檔編號(hào)H02N15/00GK101814871SQ201010144840
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉偉, 劉慧珠, 張程, 張雷, 曾蓉, 樊旭斌, 秦蕾, 郭建波 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)