[发明专利]具有电磁保护部件的超导磁体

说明书

本发明涉及电磁技术领域，公开了一种具有电磁保护部件的超导磁体。其中，该超导磁体包括超导线圈、冷屏，超导磁体外壳和屏蔽装置，所述冷屏设置在所述超导线圈外，所述超导磁体外壳设置在所述冷屏外且与所述冷屏相距预定距离，所述屏蔽装置设置在所述超导磁体外壳与外部磁体之间，所述屏蔽装置用于屏蔽所述外部磁体的谐波磁场并允许所述外部磁体的基频磁场进入所述超导线圈，基频磁场与所述超导线圈的直流磁场相互作用产生推力。由此，可以有效地防止高频磁场进入超导线圈，同时能够简化超导磁体本体内部结构，有效缓解超导磁体本体内部结构紧凑的压力，提高超导磁体运行的安全性。

技术领域

本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种具有电磁保护部件的超导磁体。

背景技术

超导磁体因其产生磁场大、体积小、重量轻和损耗低等诸多优点，常常应用于超高速环境中，如超高速磁悬浮列车，超高速电磁弹射，高速立体水库等领域。尤其是超高速磁悬浮列车，超导磁体是超导直线电机的动子部分，超导直线电机的定子部分由常导线圈绕制而成，动子部分的超导磁体通直流电流，定子部分的常导磁体通交流电流，超导磁体的直流磁场与常导磁体的交流磁场相互作用，在超导磁体产生电磁力，使超导磁体在运动方向上有一定的推力，从而使超导磁体产生有一定的加速度。

超导材料具有零电阻特性，即当超导材料通入直流电流时，超导材料两端电压为零，即没有功率损耗，但当超导材料通入交流电流或处于交变的外界磁场时，由于超导材料的磁通钉扎效应，会产生一定的功率损耗，一般称为交流损耗。

超导直线电机的常导磁体输入电流由变流器提供，由于变流器本身设计的误差及考虑到超导直线电机实际工程应用，因此常导磁体产生的磁场不仅有基波磁场，还含有相当一部分的谐波磁场，其中基波磁场与超导磁体相互作用产生需要的推力，但谐波磁场要是进入超导磁体中，不仅会增加超导磁体的交流损耗，增加超导磁体失超的风险，还与超导磁体的直流磁场发生作用，产生不必要的推力脉动，可能导致超导磁体因振动量过大而引起失超。

不仅仅是超导直线电机，其他超导磁体常常也不需要谐波的磁场，需要将其屏蔽掉，因此需要对超导磁体采取电磁保护措施，该措施既能让一定频率以下的磁场进入超导磁体中，也能防止一定频率以上的磁场进入超导磁体中。

目前超导磁体常常用冷屏装置对超导线圈进行谐波的屏蔽。冷屏的材料一般为高电导率的铝或铜等，其放置于超导磁体内部，即处于超导线圈内杜瓦和外杜瓦之间的真空层中，它是一个具有一定厚度的壳体结构，将超导线圈全部包裹，厚度与所需要屏蔽的磁场频率、冷屏材料的电导率和磁导率有关。冷屏不仅可以防止一定频率以上的磁场进入超导线圈，也可以适当地减小系统的热辐射，减少磁体系统的漏热，增加超导磁体的可靠性。

然而，目前采用冷屏进行电磁保护的方式具有以下缺点：(1)冷屏结构需要放置于超导磁体内部，但在超高速超导磁体中，一般内部结构非常紧凑，不易放置冷屏，且当超导磁体所需屏蔽的磁场频率越低时，冷屏的厚度越厚，这样不仅会增加超导磁体的总装难度，还会增加超导磁体的重量；(2)在超高速高载荷环境中，冷屏的固定及结构加强也很有难度；(3)由于超高速超导磁体内部空间有限，超导磁体抽真空后，外杜瓦向内收缩很可能导致与冷屏接触，从而导致漏热过大，容易引起失超。因此仅仅在超导磁体内部放置冷屏可能达不到屏蔽高频磁场的要求。在超高速环境应用中，超导磁体的重量和漏热是非常重要的指标，如果超导磁体超重或漏热过大，很可能导致超导磁体速度达不到设计要求甚至直接导致失超。

发明内容

本发明提供了一种具有电磁保护部件的超导磁体，能够解决现有技术中超导磁体速度达不到设计要求甚至直接导致失超的技术问题。

本发明提供了一种具有电磁保护部件的超导磁体，其中，该超导磁体包括超导线圈、冷屏，超导磁体外壳和屏蔽装置，所述冷屏设置在所述超导线圈外，所述超导磁体外壳设置在所述冷屏外且与所述冷屏相距预定距离，所述屏蔽装置设置在所述超导磁体外壳与外部磁体之间，所述屏蔽装置用于屏蔽所述外部磁体的谐波磁场并允许所述外部磁体的基频磁场进入所述超导线圈，基频磁场与所述超导线圈的直流磁场相互作用产生推力。