CN101520301A - 超导球形转子旋转位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测超导球形转子旋转位置的装置。该装置包括空心转子(5)、定子骨架(1)、驱动线圈(2)、磁场线圈(3)和探测线圈(4)。驱动线圈(2)、磁场线圈(3)和探测线圈(4)布置于定子骨架(1)中部。本发明通过磁场线圈(3)产生的磁场在转子旋转内孔窗口(6)的不同位置的变化，利用探测线圈(4)得到感应电压的变化来测量转子的旋转位置。本发明驱动低温超导球形转子旋转的装置简便、测量控制精度高、无能量损耗、可进一步提高转子旋转驱动精度和效率。

Description

超导球形转子旋转位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种转子旋转位置检测装置，特别涉及用于检测超导球形转子旋转位置的装置。
背景技术
随着超导材料和低温技术的不断发展，超导磁悬浮技术在各个领域内的应用也越来越广泛，例如超导磁悬浮列车、超导磁悬浮轴承、超导飞轮储能、重力加速度仪等等。超导体独特的物理特性能有着其它材料不可比拟的应用优势，尤其是超导磁悬浮技术越来越受到广泛关注。由于超导体的完全抗磁性即迈斯纳效应可以得到稳定的超导磁悬浮，同时这种非接触的悬浮可以在没有能量损失的情况下稳定运行，因此应用超导磁悬浮技术研制生产各类高精度精密仪器装置有着巨大的潜能和前景。
处于超导态的理想超导体，不管外加磁场如何变化，超导体内的磁感应强度总是等于零，这个效应称为迈斯纳效应。根据迈斯纳效应的特点，磁场不能穿透超导体，处于外磁场中的超导体产生的感应电流仅在超导体表面的穿透层中流过，感应电流产生的感应磁场与外加磁场大小相等而方向相反，它们之间便有电磁力的相互作用，这个电磁力即磁压力，对外可表现为非接触式的机械力的形式。对于球形超导转子的驱动方法，若装有旋转驱动线圈的定子在球形转子外，每个线圈所产生的磁压力是沿法线作用在转子光滑表面上的，也就不会产生旋转力矩。如果线圈是多相绕组的一部分，在这样的绕组中流过的电流建立旋转磁场，但是这个磁场对所述的转子只表现为垂直于表面的压力，也不会造成旋转力矩。因此借助上述超导磁压力进行驱动旋转，在转子外球面不能破坏的情况下就不能采用定子在转子外面。如果定子在转子内部，就可在处于定子线圈附近区域的转子的内孔侧壁上开窗口，利用定子线圈产生的磁场在窗口侧壁面上产生的电磁转动力矩推动转子旋转。为了能连续加速超导转子的旋转，必须实时测量转子内孔窗口的位置来确定定子线圈通电的时序，才能有效连续产生驱动力矩加速转子旋转。国外文献资料【K.F.Schoch，B.Darrel，A Superconducting Gyroscopefor Gimballed Platform Application，GE Company Tech.Report，pp657-665，1969】和中国专利200810119566.0对于转子旋转位置的测量均采用传感器测量转子顶部平面上的窗口位置标记，该方法不仅需要在转子上方空间安装传感器，而且需要在转子顶部平面上制作窗口位置标记；不仅增加了装置的复杂和安装要求，而且标记的制作误差和传感器的安装误差都会影响到转子的驱动效率，增加了控制时间。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提出了一种新的检测超导球形转子旋转位置的装置。该检测装置能够满足超导球形转子旋转位置精确、驱动效率高的要求。
本发明检测超导球形转子旋转位置的装置包括空心转子，定子骨架、驱动线圈、磁场线圈和探测线圈。驱动线圈、磁场线圈和探测线圈布置于定子骨架中部的线圈槽中。所述定子骨架上装有驱动线圈，磁场线圈和探测线圈。
本发明驱动线圈串联成一组，间隔90°布置于线圈槽中。磁场线圈与探测线圈之间相邻成30°夹角布置于两个驱动线圈之间。空心转子套在定子骨架上。空心转子带有圆柱形内孔，内孔中部一周带有等间隔的4个转子内孔窗口。
本发明检测超导球形转子旋转位置的方法是通过磁场线圈产生的磁场在转子旋转内孔窗口的不同位置的变化，利用探测线圈得到感应电压的变化来测量转子的旋转位置。
本发明驱动低温超导球形转子旋转的装置简便、测量控制精度高、无能量损耗、可进一步提高转子旋转驱动精度和效率。
附图说明
图1是超导转子旋转位置检测装置示意图，图中：1定子骨架、2驱动线圈、3磁场线圈、4探测线圈；
图2是超导转子旋转位置检测装置平面示意图，5空心转子、6转子内孔窗口；
图3超导转子旋转位置检测信号示意图，301探测线圈感应电压，302窗口位置时序。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明检测超导球形转子旋转位置的装置包括定子骨架1、驱动线圈2、磁场线圈3和探测线圈4。驱动线圈2、磁场线圈3和探测线圈4布置于定子骨架1上。4个驱动线圈2串联成一组，每个驱动线圈之间间隔90°，布置于定子骨架1上。磁场线圈3和探测线圈4相邻布置于两个驱动线圈之间，磁场线圈3和探测线圈4相邻30°布置。
如图2所示，空心转子5套在定子骨架1上，与定子骨架1有0.5mm-1mm的间隙。转子内孔窗口6共4个，沿转子内孔壁水平方向的一周等间距布置，其高度为10mm～11mm，内孔窗口6的侧壁厚度为1mm～2mm。
如图3所示，磁场线圈3通1A～2A电流，产生的磁场在转子旋转时根据内孔窗口不同位置产生大小不同的磁场，由探测线圈4得到探测线圈感应电压301，将探测线圈感应电压301通过逻辑处理变换成窗口位置时序302，将窗口位置时序302输入到信号功率放大电源，从电源以脉冲电流方式供给驱动线圈2，通过驱动线圈2在转子内孔窗口6上产生的转动力矩可以推动转子连续加速旋转。
本发明检测超导球形转子旋转位置的方法是通过磁场线圈3产生的磁场在转子旋转内孔窗口6的不同位置的变化，利用探测线圈4得到感应电压301的变化来测量转子的旋转位置。

Claims (4)

1、一种检测超导球形转子旋转位置的装置，其特征在于所述装置包括空心转子(5)、定子骨架(1)、驱动线圈(2)、磁场线圈(3)和探测线圈(4)；驱动线圈(2)、磁场线圈(3)和探测线圈(4)布置于定子骨架(1)中部；磁场线圈(3)和探测线圈(4)相邻布置于两个驱动线圈(2)之间；空心转子(5)带有圆柱形内孔，沿空心转子(5)内孔壁水平方向的一周开有等间隔布置的4个转子内孔窗口(6)；空心转子(5)套在定子骨架(1)上。
2、按照权利要求1所述的用于检测超导球形转子旋转位置的装置，其特征在于所述磁场线圈(3)和探测线圈(4)相邻成30°夹角布置；4个驱动线圈(2)串联成一组，每个驱动线圈之间间隔90°，布置于定子骨架(1)上。
3、按照权利要求1所述的用于检测超导球形转子旋转位置的装置，其特征在于所述空心转子(5)与定子骨架(10)之间有0.5mm-1mm的间隙。
4、按照权利要求1所述的用于检测超导球形转子旋转位置的装置，其特征在于所述装置通过磁场线圈(3)产生的磁场在转子旋转内孔窗口(6)的不同位置的变化，利用探测线圈(4)得到感应电压(301)的变化来测量转子的旋转位置。
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