專利名稱：Ups飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種UPS (不間斷電源系統(tǒng))飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
基于高溫超導(dǎo)磁懸浮支撐技術(shù)而發(fā)展起來的飛輪儲能裝置以其高轉(zhuǎn)速、低損耗、結(jié)構(gòu)簡單和高穩(wěn)定性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)顯示出其在電力儲能領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，因此受到廣泛而高度重視?？紤]到超導(dǎo)材料的特殊結(jié)構(gòu)和磁懸浮特性，一般采用立式磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在我國，目前已經(jīng)報道的超導(dǎo)磁懸浮軸承系統(tǒng)大多都是采用軸向約束型超導(dǎo)磁懸浮軸承來實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的無接觸支撐。雖然，這種軸向約束型超導(dǎo)軸承可以承載較大的負(fù)荷，但缺乏徑向約束剛度而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的高速運(yùn)動特性變差。據(jù)報道，目前在我國已經(jīng)研制成的軸向約束型超導(dǎo)軸承系統(tǒng)最大試驗轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不 到用于飛輪儲能磁懸浮支撐系統(tǒng)的技術(shù)要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對已有技術(shù)存在的上述問題，提供一種改進(jìn)的UPS飛輪儲能的立式磁懸浮支撐系統(tǒng)，最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到>15000轉(zhuǎn)/分,該轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的轉(zhuǎn)軸徑向跳擺〈30i! m，轉(zhuǎn)子載荷20公斤，達(dá)到了用于小功率飛輪儲能轉(zhuǎn)子的技術(shù)要求。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采用下技術(shù)方案—種UPS飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng),包括一個轉(zhuǎn)軸、一套定子系統(tǒng)和一套轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于所述定子系統(tǒng)由一對對稱徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)和一套軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)；所述的徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)是由六塊瓦狀形超導(dǎo)單疇材料粘結(jié)形成內(nèi)徑50mm±25mm,厚度為IOmm土 Imm的管狀結(jié)構(gòu)，整體再粘結(jié)在金屬箍套內(nèi)而形成；所述的軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)是由六塊正六邊形超導(dǎo)單疇材料依次粘結(jié)合攏成為中心孔徑約為53mm±5mm,厚度為10mm±lmm的盤狀結(jié)構(gòu),其整體粘結(jié)再粘結(jié)在外徑165mm±15mm,內(nèi)徑50mm±5mm,厚度為60mm±6mm的黃銅基座上。所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)軸和固連在轉(zhuǎn)軸兩端的軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)，以及固定在轉(zhuǎn)軸中間部位的徑向磁化永磁體機(jī)構(gòu)組成；所述軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)由四片軸向磁化的圓盤狀釹鐵硼永磁體沿垂直于盤面的軸向疊加形成，并嵌套在所述轉(zhuǎn)軸的兩端，永磁體部件的最大外徑與所述徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)內(nèi)徑之間空隙為I 2mm ;所述徑向磁化永磁體結(jié)構(gòu)由3只不同直徑的徑向磁化釹鐵硼圓環(huán)磁體嵌套而成,最大直徑160_±16_。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型將原有轉(zhuǎn)軸兩端的軸向型約束改成徑向型約束，大大增強(qiáng)了轉(zhuǎn)軸的徑向約束剛度，提高了轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行的穩(wěn)定性。這種徑向型超導(dǎo)磁懸浮軸承不但具有徑向約束剛度，還可以產(chǎn)生較大的軸向約束剛度，性能優(yōu)于軸向約束型超導(dǎo)軸承。為了保證軸向負(fù)載能力，本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)軸中間部位還增加了一套軸向約束型超導(dǎo)軸承系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了徑向、軸向全超導(dǎo)磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)。試驗運(yùn)行結(jié)果表明；利用本實(shí)用新型提供的新型超導(dǎo)磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)子載荷20公斤時，最高轉(zhuǎn)速可以達(dá)到>15000轉(zhuǎn)/分，該狀態(tài)下的轉(zhuǎn)軸徑向跳擺<30 u m0
圖I是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I示例結(jié)構(gòu)示意圖中(I)徑向約束定子結(jié)構(gòu)。圖3是圖I示例結(jié)構(gòu)示意圖中(2)軸向約束定子結(jié)構(gòu)。圖4是圖I示例結(jié)構(gòu)示意圖中(3)徑向約束轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。圖5是圖I示例結(jié)構(gòu)示意圖中(4)軸向約束轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖說明如下實(shí)施例一參見圖I、圖2和圖3，本UPS飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng)，包括一個轉(zhuǎn)軸(5)、一套定子系統(tǒng)和一套轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于所述定子系統(tǒng)由一對對稱徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)和一套軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(2)；所述的徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)是由六塊瓦狀形超導(dǎo)單疇材料粘結(jié)形成內(nèi)徑50mm±25mm,厚度為IOmm土 Imm的管狀結(jié)構(gòu)，整體再粘結(jié)在金屬箍套內(nèi)而形成；所述的軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(2)是由六塊正六邊形超導(dǎo)單疇材料依次粘結(jié)合攏成為中心孔徑約為53mm±5mm,厚度為10mm± Imm的盤狀結(jié)構(gòu)，其整體粘結(jié)再粘結(jié)在外徑165mm土 15mm,內(nèi)徑50mm±5mm,厚度為60mm±6mm的黃銅基座上。圖I中標(biāo)號6為電機(jī)驅(qū)動部分，10為超導(dǎo)材料，圖2和圖3中的標(biāo)號7為黃銅基座，8為超導(dǎo)定子。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下參見圖I、圖4和圖5，所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)軸和固連在轉(zhuǎn)軸兩端的軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(3 ),以及固定在轉(zhuǎn)軸中間部位的徑向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(4)組成；所述軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(3)由四片軸向磁化的圓盤狀釹鐵硼永磁體沿垂直于盤面的軸向疊加形成，并嵌套在所述轉(zhuǎn)軸(5)的兩端，永磁體部件的最大外徑與所述徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)內(nèi)徑之間空隙為I 2mm ;所述徑向磁化永磁體結(jié)構(gòu)(4)由3只不同直徑的徑向磁化釹鐵硼圓環(huán)磁體嵌套而成，最大直徑160mm±16mm。圖4中標(biāo)號9為環(huán)形軸向磁化鋼，圖5中標(biāo)號11為環(huán)形徑向磁化銅。實(shí)施例三Aups飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng)，它包括一組可以安裝飛輪本體的轉(zhuǎn)子部件和一組可實(shí)現(xiàn)無接觸懸浮支撐功能的定子系統(tǒng)。所述的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由一根豎直放置的無磁不銹鋼轉(zhuǎn)軸和固定其上的三組永磁體結(jié)構(gòu)組成；所述的定子系統(tǒng)由一對管狀結(jié)構(gòu)超導(dǎo)材料和一個盤狀結(jié)構(gòu)超導(dǎo)材料組成。安裝在轉(zhuǎn)軸上的永磁體部件與相對應(yīng)的定子系統(tǒng)一起構(gòu)成無接觸磁懸浮支撐系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供的磁懸浮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于；對目前常規(guī)軸向約束型超導(dǎo)磁懸浮結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，主要采用一對徑向約束磁懸浮支撐機(jī)構(gòu)，力口以一套軸向約束磁懸浮支撐機(jī)構(gòu)。這一創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)既保持了原來軸向約束的大載荷特性，又發(fā)揮了徑向約束的動態(tài)穩(wěn)定性優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗測試表明，本實(shí)用新型提供的磁懸浮支撐機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)最大軸向靜態(tài)剛度420N/mm(77K)，能夠在20公斤重載荷/15000轉(zhuǎn)/分的動態(tài)工作模式。首次實(shí)現(xiàn)了徑向/軸向全超導(dǎo)磁懸浮約束，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。
權(quán)利要求1.一種UPS飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng),包括一個轉(zhuǎn)軸(5)、一套定子系統(tǒng)和一套轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其特征在于所述定子系統(tǒng)由一對對稱徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)和一套軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(2);所述的徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)是由六塊瓦狀形超導(dǎo)單疇材料粘結(jié)形成內(nèi)徑50mm±25mm,厚度為IOmmilmm的管狀結(jié)構(gòu)，整體再粘結(jié)在金屬箍套內(nèi)而形成；所述的軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(2)是由六塊正六邊形超導(dǎo)單疇材料依次粘結(jié)合攏成為中心孔徑約為53mm±5mm,厚度為IOmm土 Imm的盤狀結(jié)構(gòu)，其整體粘結(jié)再粘結(jié)在外徑165mm土 15mm,內(nèi)徑50mm±5mm,厚度為60mm±6mm的黃銅基座上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種UPS飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由轉(zhuǎn)軸和固連在轉(zhuǎn)軸兩端的軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(3),以及固定在轉(zhuǎn)軸中間部位的徑向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(4)組成；所述軸向磁化永磁體機(jī)構(gòu)(3)由四片軸向磁化的圓盤狀釹鐵硼永磁體沿垂直于盤面的軸向疊加形成，并嵌套在所述轉(zhuǎn)軸(5)的兩端，永磁體部件的最大外徑與所述徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)(I)內(nèi)徑之間空隙為I 2mm ;所述徑向磁化永磁體結(jié)構(gòu)(4)由3只不同直徑的徑向磁化釹鐵硼圓環(huán)磁體嵌套而成，最大直徑160mm+ 16mm0
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種UPS飛輪儲能的立式超導(dǎo)磁懸浮支撐系統(tǒng)。它包括一個轉(zhuǎn)軸、一套定子系統(tǒng)和一套轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，所述定子系統(tǒng)由一對對稱徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)和一套軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)；所述的徑向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)是由六塊瓦狀形超導(dǎo)單疇材料粘結(jié)形成內(nèi)徑50mm±25mm，厚度為10mm±1mm的管狀結(jié)構(gòu)，整體再粘結(jié)在金屬箍套內(nèi)而形成；所述的軸向約束超導(dǎo)磁懸浮支撐定子機(jī)構(gòu)是由六塊正六邊形超導(dǎo)單疇材料依次粘結(jié)合攏成為中心孔徑約為53mm±5mm，厚度為10mm±1mm的盤狀結(jié)構(gòu)，其整體粘結(jié)再粘結(jié)在外徑165mm±15mm，內(nèi)徑50mm±5mm，厚度為60mm±6mm的黃銅基座上。本實(shí)用新型提供的磁懸浮支撐結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)最大軸向靜態(tài)剛度420N/mm(77K)，能夠在20公斤重載荷/15000轉(zhuǎn)/分的動態(tài)工作模式。
文檔編號F16C32/04GK202510551SQ20122006966
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者徐克西, 盛培龍 申請人:上海大學(xué), 徐克西