一种高温超导磁浮系统动态场冷过程及测量方法

1.本发明属于高温超导磁浮系统及动态过程应用领域，特别涉及一种高温超导磁浮系统动态场冷过程及测量方法。
2.

背景技术：

3.高温超导磁浮系统具有自稳定的悬浮、导向能力，具有结构简单、无需电力维持、节能、环保等优点。在地面超高速交通运输、电磁发射等领域具有广阔的应用前景。
4.如图4所示，目前，高温超导磁浮系统的场冷过程基本上都是准静态过程，对高温超导磁浮系统测试大多数都是在准静态场冷后进行测量的，也有一部分是静态场冷后再进行的动态测量，但是都没有涉及到低温杜瓦与永磁轨道发生相对运动时的场冷过程。
5.为了研究高温超导磁浮系统在不同场冷速度下，以及不同高度下对高温超导磁浮系统的导向力以及悬浮力的影响，本发明提供了一种高温超导磁浮系统动态场冷过程及测量方法，基于高速旋转机构，在对高温超导体制冷之前，开启高速旋转机构，使环形永磁轨道与低温杜瓦实现高速相对运动，然后在此期间，对高温超导体进行制冷，从而间接模拟低温杜瓦在高速动态时对高温超导体进行场冷。


技术实现要素：

6.本发明的目的为了有效的解决在不同速度、不同高度下高温超导体（ybco）场冷的问题，能够有效的测试动态速度对悬浮力大小的影响，进而扩展了高温超导磁浮系统的动态性能评价指标及测量方法。
7.为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种高温超导磁浮系统动态场冷过程及测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：s1：组建动态场冷过程及测试装置并进行测试前的准备；s2：将高温超导体固定在低温杜瓦底部，调节测试装置，使得圆环形的永磁轨道正对于低温杜瓦；s3：调节低温杜瓦的初始高度，并旋转圆环形的永磁轨道；s4：制冷低温杜瓦，模拟低温杜瓦在动态中场冷；s5：高温超导体完全场冷后，调节低温杜瓦的高度至工作高度，三轴力传感器采集数据实时反馈到信息采集系统，并对信息采集系统采集的数据处理；其中，所述的测试装置包括旋转滑台模组、垂直滑台模组、三轴力传感器、低温杜瓦、永磁轨道和底座构成；在底座上设置旋转滑台模组，旋转滑台模组上固定永磁轨道，旋转滑台模组的旋转电机驱动永磁轨道旋转，永磁轨道上方设置低温杜瓦，低温杜瓦底部设置高温超导体，所述三轴力传感器与垂直滑台模组连接。
8.进一步的，所述s1包括如下步骤：
s101：永磁轨道上方一定间隙放置低温杜瓦，永磁轨道底部固定在永磁轨道基底上，永磁轨道和永磁轨道基底整体固定在旋转滑台模组上；s102：将三轴力传感器的一端通过“π”型连接件连接低温杜瓦，另一端与垂直移动横梁相连接；s103：垂直移动横梁与垂直驱动电机通过传动系统相连接，通过调节垂直移动横梁的高度来间接的调节低温杜瓦的工作高度；s104：将三轴力传感器通过信号线与数据采集系统连接；s105：数据采集系统采集三轴力传感器的测量数据。
9.进一步的，所述s2包括如下步骤：s201：将高温超导体放入低温杜瓦的底部，并锁紧；s202：将永磁轨道的位置横向中心线与其上方低温杜瓦的横向中心线重合；s203: 将永磁轨道的位置纵向中心线与其上方低温杜瓦的纵向中心线重合。
10.进一步的，所述s3包括如下步骤：s301：根据不同初始高度要求，调节垂直移动横梁，通过垂直长度计量器记录达到要求；s302：开启旋转电机，低温杜瓦下的圆形永磁轨道随着旋转电机发生高速旋转。
11.进一步的，所述s4包括如下步骤：s401：通过注入液氮、低压固氮处理、制冷机制冷的单一方法或任意二种及以上的组合方法，对低温杜瓦中的高温超导体进行制冷；s402：在制冷过程，低温杜瓦与圆环形的永磁轨道发生相对运动，间接模拟低温杜瓦在动态状态下进行场冷；s403：通过调节旋转电机的频率，改变其转速，使得其上方低温杜瓦在不同速度运动状态下进行场冷。
12.进一步的，所述s5包括如下步骤：s501：垂直移动横梁与垂直驱动电机相连接，调节低温杜瓦与永磁轨道的间隙为工作高度；s502：三轴力传感器测量低温杜瓦所受的导向力和悬浮力；s503：通过三轴力传感器将数据传到数据采集系统，关闭旋转电机。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：能有效的解决在不同速度、不同高度下高温超导体（ybco）动态场冷的问题，能够有效的测试动态过程中悬浮力和导向力大小，进而扩展了高温超导磁浮系统的动态性能评价指标及测量方法。
14.附图说明
15.本附图说明是对本发明的进一步补充说明，不对本发明实施例的限定，在附图说明中：图1：本发明的测试示意图；图2：本发明测试装置的结构示意图一；图3：环形永磁轨道与低温杜瓦俯视图；
图4：传统场冷过程及测试过程示意图；图5：动态场冷过程及测试过程示意图；图6：侧向环形永磁轨道与低温杜瓦横向视图；附图中标号的名称：1
‑ꢀ
旋转滑台模组，101
‑
永磁轨道，102
‑
永磁轨道基底，105
‑
旋转电机，2
‑ꢀ
垂直滑台模组，202
‑
垂直移动横梁，203
‑
三轴传感器，204
‑“
π”形连接件，205
‑
低温杜瓦，206
‑
高温超导体，207
‑
垂直长度计量器， 211
‑
垂直驱动电机，3
‑
底座， gap
‑
悬浮间隙，ch
‑
初始冷却高度，wh
‑
工作高度。
具体实施方式
16.如图2与图3所示，本发明涉及的测试装置包括旋转滑台模组1、垂直滑台模组2、三轴力传感器203、低温杜瓦205、永磁轨道101和底座3，在底座3上设置旋转滑台模组1，旋转滑台模组1上固定永磁轨道101，旋转滑台模组1的旋转电机105驱动永磁轨道101旋转，永磁轨道101上方设置低温杜瓦205，低温杜瓦205底部设置高温超导体206，所述三轴力传感器203与垂直滑台模2组连接。
17.如图5所示的，永磁轨道101正上方初始冷却高度ch处设置低温杜瓦205，使永磁轨道101随着转盘高速旋转，此时向低温杜瓦205中添加液氮，间接模拟高温超导体206与永磁轨道101在相对运动过程中进行场冷，当高温超导体206完全冷却后，之后分两种情况进行测试，一种是永磁轨道101静止在低温杜瓦下方，使得低温杜瓦与永磁轨道的悬浮间隙gap为工作高度wh，三轴力传感器203测量低温杜瓦205的悬浮力、导向力及磁阻力。另一种是永磁轨道101继续高速旋转在低温杜瓦205下方，使得低温杜瓦205与永磁轨道101的间隙为工作高度wh，通过三轴力传感器测量低温杜瓦205的悬浮力、导向力及磁阻力。
18.如图1、图2、图3、图4与图5所示，本发明提供了一种高温超导磁浮系统动态场冷过程及测量方法，所述方法包括以下步骤：s1：组建动态场冷过程及测试装置并进行测试前的准备；所述步骤s1包括如下步骤：s101：永磁轨道101上方一定间隙放置低温杜瓦205，永磁轨道底部固定在永磁轨道基底102上，永磁轨道和永磁轨道基底整体固定在旋转滑台模组1上；s102：将三轴力传感器203的一端通过“π”型连接件204连接低温杜瓦205，另一端与垂直移动横梁202相连接；s103：垂直移动横梁202与垂直驱动电机211相连接，通过调节垂直移动横梁202的高度来间接的调节低温杜瓦205的高度；s104：将三轴力传感器203通过信号线与数据采集系统连接；s105：数据采集系统采集三轴力传感器203的测量数据；s2：将高温超导体206固定在低温杜瓦205底部，调节旋转滑台模组1，使得圆环形的永磁轨道101正对于低温杜瓦205；所述步骤s2包括如下步骤：s201：将高温超导体206放入低温杜瓦205的底部，并锁紧；s202：将永磁轨道101的位置横向中心线与其上方低温杜瓦205的横向中心线重
合；s203: 将永磁轨道101的位置纵向中心线与其上方低温杜瓦205的纵向中心线重合；s3：调节低温杜瓦初始高度ch，并旋转圆环形的永磁轨道101；所述步骤s3包括如下步骤：s301：根据不同初始高度ch要求，调节垂直移动横梁202，通过垂直长度计量器207记录达到要求；s302：开启旋转电机105，低温杜瓦205下的圆环形永磁轨道101随着旋转电机105发生高速旋转；s4：制冷低温杜瓦205，模拟低温杜瓦205在动态中场冷；所述步骤s4包括如下步骤：s401：通过注入液氮、低压固氮处理、制冷机制冷的单一方法或任意二种及以上的组合方法，对低温杜瓦205中的高温超导体206进行制冷；s402：在制冷过程，低温杜瓦205与圆环形永磁轨道101发生相对运动，间接模拟低温杜瓦205在动态状态下进行场冷；s403：通过调节旋转电机105的频率，改变其转速，使得其上方低温杜瓦205在不同速度运动状态下进行场冷；s5：高温超导体206完全场冷后，调节低温杜瓦205的高度为工作高度wh，三轴力传感器203采集数据实时反馈到信息采集系统，并对信息采集系统采集的数据处理；所述步骤s5包括如下步骤：s501：垂直移动横梁202与垂直驱动电机211通过传动系统相连接，调节低温杜瓦205与永磁轨道101的间隙为工作高度（wh）；s502：三轴力传感器203测量低温杜瓦205所受的导向力和悬浮力；s503：通过三轴力传感器203将数据传到数据采集系统，关闭旋转电机105。
19.以上高温超导磁浮系统的动态场冷过程及测量方法，同样适用于如图6所示的侧向环形永磁轨道所构成的动态性能测试装置中，具体流程与步骤可参考本实施例，这里不再复述。
20.可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的目的为了有效的解决在不同速度、不同高度下高温超导体（ybco）场冷的问题，能够有效的测试动态速度对悬浮力大小的影响，进而扩展了高温超导磁浮系统的动态性能评价指标及测量方法。
21.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。