[发明专利]一种混合超导磁体的构造及具有其的磁悬浮轴承

说明书

一种混合超导磁体的构造及具有其的磁悬浮轴承，多个单饼或双饼超导磁体堆叠并联或串联连接组成超导磁体，超导磁体内部放置有堆叠超导块材，堆叠超导块材的外侧面布置有超导屏蔽线圈。超导磁体采用直流电源驱动或工作于闭环恒流模式，堆叠超导块材的充磁方式包括零场冷磁化、场冷磁化或脉冲磁化，磁化场来自于超导磁体或背景磁场，超导屏蔽线圈由超导带材绕制而成并构成闭环。上述超导屏蔽线圈可减弱交变外场对堆叠超导块材的俘获磁场的影响，增强混合超导磁体的磁场稳定性。本发明兼具超导磁体口径大、堆叠超导块材俘获磁场强的优点，能够极大增强磁体的磁场强度，提高磁悬浮轴承的承载能力。

技术领域

本发明涉及超导磁体、磁悬浮等技术领域，具体涉及一种混合超导磁体的构造及具有其的磁悬浮轴承。

背景技术

在超导磁悬浮、超导电机、粒子加速器、医疗成像等系统中，工作面上的磁场强度和磁场均匀性直接影响系统的应用性能。一般而言，工作面上磁场越强、均匀性越好，系统的应用性能越优，但在大气隙应用工况下，普通铁磁体和永磁体已很难满足系统的磁场要求。

超导磁体可制成大口径磁体，在大气隙条件下能够将磁体磁场有效发散到工作面区域。但随着磁体口径的增大，磁体磁场会减小；通过增加超导磁体的匝数或饼数能够提高磁体的磁场，但匝数或饼数的增加必然导致超导磁体临界电流的下降，降低磁体的电流承载能力，从而限制磁体磁场的提高。

超导块材能够俘获磁场，产生普通铁磁体或永磁体数倍甚至数十倍的磁场强度。但受制于超导块材的制作工艺水平，超导块材的直径较小，因此制作的超导块材尺寸较磁体小，超导块材的磁场会随气隙增加迅速衰减，在大气隙条件下难以将磁场有效发散到工作面区域。

在超导块材的实际应用工况中，电磁激扰是其面临的干扰之一。而超导块材的俘获磁场会因电磁激扰发生衰减，导致超导块材的磁场强度的降低。

综上，本申请提出一种混合超导磁体，利用超导磁体的大口径和超导块材产生强磁场的能力，提高系统工作面上有效磁通和磁场强度；为了提高超导块材的磁场稳定性，本申请提出一种超导线圈屏蔽的方法，抑制交变外场对超导块材俘获磁场的影响。

全超导磁悬浮轴承是本申请混合超导磁体的应用前景之一，全超导磁悬浮轴承主要由提供磁场的定子和产生感应电流的悬浮单元组成，悬浮单元内感应电流与定子磁场相互作用产生悬浮力，悬浮力大小直接决定磁悬浮轴承的承载能力。

为提高磁悬浮轴承的悬浮力，一种采用闭环高温超导线圈的悬浮单元被提出（申请号：CN201610373082，专利名称：一种采用闭环恒流高温超导线圈实现磁悬浮状态的方法），该专利申请利用闭合线圈能够形成更大电流回路的特点，充分利用定子磁场以产生比超导块材悬浮单元更大的悬浮力。

为进一步增强系统的悬浮能力，一种采用超导块材和闭合超导线圈构成的混合悬浮单元被提出（申请号：CN201610565711，专利名称：一种基于超导块材与超导线圈组合构建混合型磁悬浮状态的方法），该专利申请期望在闭合超导线圈和超导块材内同时感应出大电流，以增大系统的悬浮力。当外磁场增大到闭合超导线圈发生局部失超时，外场开始进入超导线圈内部，作用于超导块材并在块材内产生感应电流，提供悬浮力，从而提升系统的悬浮能力。但这种混合悬浮单元存在的主要问题是当闭合超导线圈未发生局部失超时，闭合超导线圈会将外磁场屏蔽在线圈外侧，超导块材内部将不产生感应电流；最不利的情况是，超导线圈产生的磁场作用于超导块材，在块材内产生与超导线圈电流反向的感应电流，该反向感应电流与外场作用产生吸引力，导致系统悬浮能力的下降。

上述两个专利是从悬浮单元的角度提升磁悬浮轴承的悬浮能力。

发明内容

本发明的目的之一是在现有技术的基础上，提供一种结构紧凑、口径大、磁场强的混合超导磁体的构造。