一種低溫超導飛輪用變間隙支承結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及儲能和導航兩用的超導飛輪領域，尤其是一種低溫超導飛輪用變間隙 支承結構。
【背景技術】
[0002] 具有儲能和導航兩用的超導飛輪，其基本原理是利用轉子高速旋轉儲存能量，同 時高速旋轉的轉子具有定軸性實現(xiàn)導航功能。基于低溫超導體的邁斯納效應，在低溫超導 飛輪的支承系統(tǒng)中超導轉子和腔體都具有理想的抗磁性。在低溫超導飛輪中球形超導轉 子表面的磁場方向總是與表面平行，產生指向球屯、的懸浮力，使得轉子能夠穩(wěn)定懸浮在腔 體內，而且在旋轉時磁場的阻力矩可W忽略。低溫超導飛輪的支承結構包括勵磁線圈和磁 場整形部件，該些零部件的結構形式將直接決定轉子表面的磁場分布，也決定了轉子懸浮、 旋轉的穩(wěn)定性和可靠性。中國專利CN200510027930. 7描述了高溫超導體懸浮支承永磁體 轉子的微巧螺結構，在該結構中轉子能夠實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，但是高溫超導體本身固有的磁通 釘扎效應，產生了阻力矩和干擾力矩，若作為儲能和導航使用，將會影響能量的轉換效率和 導航的精度。在論文[球形腔內超導巧螺轉子的支承特性分析，彈箭與制導學報，2004， 24(4) ;136-151]中設計了球形腔體作為支承結構，球形腔體的半徑比轉子半徑略大，腔體 與轉子間隙內的磁場產生轉子的懸浮力。該支承結構能夠實現(xiàn)轉子的穩(wěn)定懸浮，但是在該 結構中轉子表面的磁場分布不均勻。當轉子懸浮于中屯、位置時，隨著勵磁電流的增加轉子 表面的磁場總是在某些部位首先達到下臨界磁場Bti，而其它大部分面積上的磁場都小于 6。1，該種磁場值的不均勻性不能充分利用超導材料較高的8。1，影響了轉子的懸浮力和支承 剛度。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，基于超導體的完全抗磁性和磁通守恒定律 設計出了低溫超導飛輪用變間隙支承結構，解決了現(xiàn)有技術超導磁懸浮系統(tǒng)的干擾力矩 大、支承剛度小的問題。
[0004] 本發(fā)明變間隙支承結構工作原理是基于低溫超導體的完全抗磁性，在低溫超導轉 子表面的磁場方向總是嚴格平行于轉子表面，磁壓力總是指向球形轉子的球屯、，水平方向 合力為零，豎直方向的合力等于轉子的重力。當超導轉子偏離中屯、位置時，氣隙寬度變小的 區(qū)域磁場將增加，同時該區(qū)域的磁壓力也會增加，使得超導轉子穩(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不同截面處磁通量相等，設定間隙內的磁場 沿徑向均勻分布，則間隙內不同極角處的磁場滿足：
[0005]
【主權項】
1. 一種低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：主要包括上極瓦、上側瓦、下側 瓦、下極瓦、轉子、上懸浮線圈、上側懸浮線圈、下側懸浮線圈、下懸浮線圈；上極瓦、上側瓦、 下側瓦、下極瓦都是由低溫超導棒材加工制成，組裝后形成一個近似球形腔體，腔體與轉子 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 間隙內磁場沿極角和方位角方向的分布都相等。
2. 根據(jù)權利要求1所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：上懸浮線圈、 上側懸浮線圈、下側懸浮線圈、下懸浮線圈各自產生的磁場不存在耦合，各自的激磁電流和 產生的磁場大小可獨立設定。
3. 根據(jù)權利要求2所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：上懸浮線圈 安裝于上極瓦的上端面，激磁電流為順時針流向，上懸浮線圈產生的磁通線大部分都穿過 上極瓦形成閉環(huán)；下懸浮線圈安裝于下極瓦的下端面，激磁電流為逆時針流向，下懸浮線圈 的結構和磁場都與上懸浮線圈關于轉子赤道面對稱。
4. 根據(jù)權利要求2所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：上側懸浮線 圈呈圓環(huán)狀，套在上側瓦的外側，上側懸浮線圈產生的磁通線部分穿過上側瓦形成閉環(huán)，在 上側瓦對應間隙內的磁場產生懸浮力；下側懸浮線圈的結構和磁場都與上側懸浮線圈關于 轉子赤道面對稱。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：上極瓦、 上側瓦、下側瓦、下極瓦都是關于極軸旋轉對稱的環(huán)狀結構。
6. 根據(jù)權利要求5所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：上極瓦、上側 瓦、下側瓦、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為環(huán)狀結構；組裝 后構成近似球面腔體內表面的半徑由轉子赤道面向兩極逐漸增加，使得腔體與轉子的間隙 寬度由轉子赤道面向兩極逐漸增加。
7. 根據(jù)權利要求5所述的低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：所述上極瓦 與下極瓦關于轉子赤道面對稱，上側瓦與下側瓦也關于轉子赤道面對稱。
【專利摘要】本發(fā)明涉及儲能和導航兩用的超導飛輪領域，具體是一種低溫超導飛輪用變間隙支承結構，其特征在于：主要包括上極瓦、上側瓦、下側瓦、下極瓦、轉子、上懸浮線圈、上側懸浮線圈、下側懸浮線圈、下懸浮線圈；上極瓦、上側瓦、下側瓦、下極瓦都是由低溫超導棒材加工制成，組裝后形成一個近似球形腔體，腔體與轉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，使得間隙內磁場沿極角和方位角方向的分布都相等。本發(fā)明通過設定球形轉子與腔體內表面的間隙寬度隨極角變化，使得轉子表面的磁場沿極角方向均勻分布，提高了低溫超導飛輪的加速能力、抗擾動能力，減小了超導轉子的阻力矩，提高了感測精度和能量轉換效率。
【IPC分類】F16C32-04, F16F15-315
【公開號】CN104763746
【申請?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
【申請人】浙江東晶電子股份有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月9日