超导磁悬浮列车模型设计

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1、第6卷第2期华北科技学院学报2009年4月超导磁悬浮列车模型设计①黄昊舟②刘海生王玉鑫(华北科技学院基础部，北京东燕郊101601)摘要：根据磁悬浮和超导工作原理，设计了一台低温超导体磁悬浮列车模型，在摄氏零下二百多度的液态氮环境中，列车不但可以在具有磁束缚的封闭磁轨道上悬浮或在磁轨道下方倒挂“悬浮”，还能够沿着一条60cm左右的直线轨道以悬浮状态无摩擦地运转。关键词：磁悬浮；温超导；磁束缚中图分类号：0511．9文献标识码：A文章编号：1672—7169(2009)02—0075一O2高速磁悬浮列车是2O世纪的一项技术发明。温度。国际上磁悬浮列车有两个发展方向，一种是利用超导磁悬浮

2、列车的最主要特征就是其超导元常规的电磁铁与一般性物体吸引，从而把列车从件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全导轨上悬浮起来，这种技术称之为常导型高速列抗磁性。_2超导磁铁是由超导材料制成的超导线车。主要以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系圈构成，它不仅电流阻力为零，而且可以传导普通统——EMS系统。这种系统的悬浮高度约为10导线根本无法比拟的强大电流，这种特性使其能mm，时速为400～500km。我国上海磁浮示范运够制成体积小而功率强大的电磁铁。如图1营线采用的就是这种常导模式。另一种是以日本所示：为代表的排斥式磁悬浮系统——EDS系统。这种系统的悬浮高度为100～150mm左右，

3、时速在500km以上。⋯我们设计的列车模型是为了让大家对磁悬浮列车的原理有更深刻的认识，而且独特的设计使模型制作成本变低，作为演示器具可以在高校实验课中进行推广。该列车模型有无需轨道槽的特点，它能够在无形的磁性峡谷中运行，更能体现正常态超导态“浮”这个字。这样就可以让观察者有更加直接的视觉感官，从而使他们能够更深刻的了解更多图1正常态超导态示意图有关磁悬浮的知识。2实验材料与装置1工作原理2．1实验材料1．1磁悬浮理论液氮氮是一种无色无味的气体，液氮的蒸发运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使温度为77．36K。在标准大气压下，液氮冷却到磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。

4、63．2K时转变成无色透明的结晶体。液氮的沸磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电磁斥力将点和凝固点之间的温差不到15K。同时存储在列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面轨液氮罐中，存储时问大约为25天左右。道间的无机械接触，再利用线性电机驱动列车超导体根据临界温度的不同，超导材料可以运行。被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里1．2超导理论所说的“高温”其实仍然是远低于冰点摄氏O℃1911年，昂纳斯在研究纯金属的电阻与温度(273．15K)是极低的温度。超导材料通常有：超关系时，发现当温度降到摄氏零下268．85'E(4．3导合金——铌锗合金，其临界超导温度为23．2K)突然消失

5、，即汞变成没有电阻的超导体。这种K；氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K的高温超导现象称之为超导，产生超导时的温度称为临界性；钇一钡一铜一氧系材料；铊一钡一钙一铜一氧①收稿日期：2009—02-03。项目基金：2007年华北科技学院大学生课外学术科技作品。②作者简介：黄吴舟(1987一)，男，华北科技学院基础部信息与计算科学B062班学生。75第6卷第2期华北科技学院学报2009年4月系材料等。超导体，并且不可以有缝隙，防止液氮的遗漏。同永磁铁永磁材料主要有铝镍钴(AlNiCo)系时外部设计一个“外套”，可以扣在装有超导体的金属永磁，第一代SmCo5永磁体(称为1：5型钐盒子上。钴合金)

6、，第二代Sm2Co17(称为2：17型钐钴合支架要求可以把轨道放到其上面，可以保证金)永磁体，第三代稀土永磁合金NdFeB(称作钕其平衡性，安全性，最好样式新颖。铁硼合金)。永磁体最基本的作用是在某一特定挡板在轨道两端分别设计一个挡板弹簧，当的空间产生一恒定的磁场，维持此磁场并不需要小车运行到轨道末端的时候可以碰撞到弹簧上，任何外部电源。标志永磁材料好坏的参数有许利用反冲的作用力可以使小车沿反方向运动，还多，最重要的是最大磁能积max(BH)，磁能积越可以保护小车不会受到破坏。大，材料每单位体积所产生外磁场的能量就越大3调试2．2实验装置给小车里边灌人液氮，并且加盖密封，多次加导轨铺

7、设要求：应选择摩擦系数比较大的铁入液氮后，可以看到小车漫漫浮起，当浮起高度为板作为轨道的底座，这样可以让永磁铁排列的更3cm左右时，用手推动小车，可以发现小车开始加紧凑，而且不会在铁板上随意移动；还要考虑永在轨道上移动。开始阶段，我们用泡沫制作成小磁铁排列的方式选择，即在永磁铁的个数有限时，车，浮起的高度比较理想，但由于它的质量太轻，选择何种排列的方式可以产生更强的磁场，可以又能够渗出液氮，并且在导轨末端和挡板弹簧碰使磁铁之间的吸引力更强；同时铺设永磁铁时