一種低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及儲(chǔ)能和導(dǎo)航兩用的超導(dǎo)飛輪領(lǐng)域，尤其是一種低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙 支承結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 具有儲(chǔ)能和導(dǎo)航兩用的超導(dǎo)飛輪，其基本原理是利用轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)存能量，同 時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子具有定軸性實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能?；诘蜏爻瑢?dǎo)體的邁斯納效應(yīng)，在低溫超導(dǎo) 飛輪的支承系統(tǒng)中超導(dǎo)轉(zhuǎn)子和腔體都具有理想的抗磁性。在低溫超導(dǎo)飛輪中球形超導(dǎo)轉(zhuǎn) 子表面的磁場(chǎng)方向總是與表面平行，產(chǎn)生指向球屯、的懸浮力，使得轉(zhuǎn)子能夠穩(wěn)定懸浮在腔 體內(nèi)，而且在旋轉(zhuǎn)時(shí)磁場(chǎng)的阻力矩可W忽略。低溫超導(dǎo)飛輪的支承結(jié)構(gòu)包括勵(lì)磁線圈和磁 場(chǎng)整形部件，該些零部件的結(jié)構(gòu)形式將直接決定轉(zhuǎn)子表面的磁場(chǎng)分布，也決定了轉(zhuǎn)子懸浮、 旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。中國(guó)專利CN200510027930. 7描述了高溫超導(dǎo)體懸浮支承永磁體 轉(zhuǎn)子的微巧螺結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定懸浮，但是高溫超導(dǎo)體本身固有的磁通 釘扎效應(yīng)，產(chǎn)生了阻力矩和干擾力矩，若作為儲(chǔ)能和導(dǎo)航使用，將會(huì)影響能量的轉(zhuǎn)換效率和 導(dǎo)航的精度。在論文[球形腔內(nèi)超導(dǎo)巧螺轉(zhuǎn)子的支承特性分析，彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2004， 24(4) ;136-151]中設(shè)計(jì)了球形腔體作為支承結(jié)構(gòu)，球形腔體的半徑比轉(zhuǎn)子半徑略大，腔體 與轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的懸浮力。該支承結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，但是在該 結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子表面的磁場(chǎng)分布不均勻。當(dāng)轉(zhuǎn)子懸浮于中屯、位置時(shí)，隨著勵(lì)磁電流的增加轉(zhuǎn)子 表面的磁場(chǎng)總是在某些部位首先達(dá)到下臨界磁場(chǎng)Bti，而其它大部分面積上的磁場(chǎng)都小于 6。1，該種磁場(chǎng)值的不均勻性不能充分利用超導(dǎo)材料較高的8。1，影響了轉(zhuǎn)子的懸浮力和支承 剛度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于超導(dǎo)體的完全抗磁性和磁通守恒定律 設(shè)計(jì)出了低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的干擾力矩 大、支承剛度小的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明變間隙支承結(jié)構(gòu)工作原理是基于低溫超導(dǎo)體的完全抗磁性，在低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn) 子表面的磁場(chǎng)方向總是嚴(yán)格平行于轉(zhuǎn)子表面，磁壓力總是指向球形轉(zhuǎn)子的球屯、，水平方向 合力為零，豎直方向的合力等于轉(zhuǎn)子的重力。當(dāng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子偏離中屯、位置時(shí)，氣隙寬度變小的 區(qū)域磁場(chǎng)將增加，同時(shí)該區(qū)域的磁壓力也會(huì)增加，使得超導(dǎo)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在中屯、位置，該是磁懸 浮的自穩(wěn)定性。由磁通守恒定律可知在間隙內(nèi)不同截面處磁通量相等，設(shè)定間隙內(nèi)的磁場(chǎng) 沿徑向均勻分布，則間隙內(nèi)不同極角處的磁場(chǎng)滿足：
[0005]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：主要包括上極瓦、上側(cè)瓦、下側(cè) 瓦、下極瓦、轉(zhuǎn)子、上懸浮線圈、上側(cè)懸浮線圈、下側(cè)懸浮線圈、下懸浮線圈；上極瓦、上側(cè)瓦、 下側(cè)瓦、下極瓦都是由低溫超導(dǎo)棒材加工制成，組裝后形成一個(gè)近似球形腔體，腔體與轉(zhuǎn)子 的間隙寬度隨極角而變化，在不同極角處間隙的沿垂直于極角方向的截面面積相等，使得 間隙內(nèi)磁場(chǎng)沿極角和方位角方向的分布都相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：上懸浮線圈、 上側(cè)懸浮線圈、下側(cè)懸浮線圈、下懸浮線圈各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)不存在耦合，各自的激磁電流和 產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小可獨(dú)立設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：上懸浮線圈 安裝于上極瓦的上端面，激磁電流為順時(shí)針流向，上懸浮線圈產(chǎn)生的磁通線大部分都穿過(guò) 上極瓦形成閉環(huán)；下懸浮線圈安裝于下極瓦的下端面，激磁電流為逆時(shí)針流向，下懸浮線圈 的結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)都與上懸浮線圈關(guān)于轉(zhuǎn)子赤道面對(duì)稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：上側(cè)懸浮線 圈呈圓環(huán)狀，套在上側(cè)瓦的外側(cè)，上側(cè)懸浮線圈產(chǎn)生的磁通線部分穿過(guò)上側(cè)瓦形成閉環(huán)，在 上側(cè)瓦對(duì)應(yīng)間隙內(nèi)的磁場(chǎng)產(chǎn)生懸浮力；下側(cè)懸浮線圈的結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)都與上側(cè)懸浮線圈關(guān)于 轉(zhuǎn)子赤道面對(duì)稱。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：上極瓦、 上側(cè)瓦、下側(cè)瓦、下極瓦都是關(guān)于極軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：上極瓦、上側(cè) 瓦、下側(cè)瓦、下極瓦分別被等分為四分之一圓環(huán)，然后再由電絕緣膠粘結(jié)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)；組裝 后構(gòu)成近似球面腔體內(nèi)表面的半徑由轉(zhuǎn)子赤道面向兩極逐漸增加，使得腔體與轉(zhuǎn)子的間隙 寬度由轉(zhuǎn)子赤道面向兩極逐漸增加。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上極瓦 與下極瓦關(guān)于轉(zhuǎn)子赤道面對(duì)稱，上側(cè)瓦與下側(cè)瓦也關(guān)于轉(zhuǎn)子赤道面對(duì)稱。
【專利摘要】本發(fā)明涉及儲(chǔ)能和導(dǎo)航兩用的超導(dǎo)飛輪領(lǐng)域，具體是一種低溫超導(dǎo)飛輪用變間隙支承結(jié)構(gòu)，其特征在于：主要包括上極瓦、上側(cè)瓦、下側(cè)瓦、下極瓦、轉(zhuǎn)子、上懸浮線圈、上側(cè)懸浮線圈、下側(cè)懸浮線圈、下懸浮線圈；上極瓦、上側(cè)瓦、下側(cè)瓦、下極瓦都是由低溫超導(dǎo)棒材加工制成，組裝后形成一個(gè)近似球形腔體，腔體與轉(zhuǎn)子的間隙寬度隨極角而變化，在不同極角處間隙的沿垂直于極角方向的截面面積相等，使得間隙內(nèi)磁場(chǎng)沿極角和方位角方向的分布都相等。本發(fā)明通過(guò)設(shè)定球形轉(zhuǎn)子與腔體內(nèi)表面的間隙寬度隨極角變化，使得轉(zhuǎn)子表面的磁場(chǎng)沿極角方向均勻分布，提高了低溫超導(dǎo)飛輪的加速能力、抗擾動(dòng)能力，減小了超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的阻力矩，提高了感測(cè)精度和能量轉(zhuǎn)換效率。
【IPC分類】F16C32-04, F16F15-315
【公開(kāi)號(hào)】CN104763746
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510164948
【發(fā)明人】李京波, 趙尚武, 李慶躍, 汪林望, 吳宗澤, 王臻, 吳海虹
【申請(qǐng)人】浙江東晶電子股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日