CN112910218A - 一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，包括伺服电机、电机驱动轴、永磁驱动轮、永磁从动轮、电机底座、驱动轴支架和永磁从动轮支撑轴，镶嵌永磁体的永磁驱动轮和永磁从动轮之间非接触且存在一定的距离，当伺服电机带动永磁驱动轮旋转时，在磁力可影响的距离内（该距离大于低温恒温器壁的厚度），由于在永磁驱动轮和永磁从动轮圆平面上有多块永磁体参与啮合工作，永磁从动轮和永磁驱动轮之间的耦合以磁力作为动源，会产生连续的旋转驱动力，带动永磁从动轮旋转，从而为超导线圈进行近距离励磁。也使得永磁驱动轮和永磁从动轮之间存在无任何接触的支撑，从而实现力和转矩无接触传递，实现无机械连接的耦合。

Description

一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵

技术领域

本发明属于超导应用领域，具体涉及一种能在低温恒温器中为超导线圈进行充电的非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵。

背景技术

高温超导（HTS）磁体系统通常需要正常导电的电流引线，该引线连接在HTS电路和位于室温下的外部电源之间。这些电流引线形成了跨越低温恒温器壁的热桥，并且它们代表了许多磁体应用中的主要热负载。因此超导体应用的可行性取决于电流馈电产生的热泄漏以及电流引线正常部分的耗散。对于超导系统的商业运行，减少这些损失是不可避免的。磁通泵是解决该问题的一种潜在方法。磁通泵提供了一种独特的磁化超导体的方法，而无需在低温和非低温环境之间建立实体联系。如果适当地适合应用，它可以解决低温和非低温环境之间的热连接问题。

目前，高温超导电机的研制是世界的热点。传统方式给超导电机转子励磁是通过从室温中引入金属导线到低温中，由于金属导线发热会造成整体效率下降，世界范围内大都采用旋转磁通泵为超导线圈进行充电。普遍的旋转磁通泵组成是由伺服电机、驱动轴和沿圆周方向镶嵌有永磁铁的旋转圆轮组成。

但是，对于目前所使用的旋转磁通泵来说，复杂的设计挑战之一是在超导电机应用中保持低温和非低温环境之间的隔离，并且超导电机应用这种磁通泵会涉及动态组件，这将变得更加复杂。这种温度环境的隔离会使旋转磁通泵与超导线圈之间隔了一个低温恒温器器壁，由于壁厚较厚,那么旋转磁通泵应用在超导线圈定子上的磁场幅值通常较小，极大的影响了超导线圈的励磁效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，包括位于电机底座上的伺服电机和位于驱动轴支架上的电机驱动轴，还包括通过永磁从动轮支撑轴设置在低温恒温器内的永磁从动轮，永磁从动轮中间安装有轴承，可以让永磁从动轮支撑轴穿过，永磁从动轮穿过永磁从动轮支撑轴，驱动轴支架装有轴承，所述的电机驱动轴穿过驱动轴支架的轴承中心后一端与伺服电机固定连接，一端固定连接有永磁驱动轮，所述的永磁从动轮支撑轴一端端部固定于低温恒温器的内器壁，所述的永磁驱动轮与永磁从动轮非接触分别位于低温恒温器壁面外内侧且存在一定的距离，位于同一水平高度，所述的永磁驱动轮与永磁从动轮的圆平面上分别均匀镶嵌有多个永磁体。所述的永磁从动轮的圆周表面镶嵌有永磁铁能够自由调节从驱动圆轮与超导定子之间的气隙。

所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其永磁从动轮的圆周表面均匀开有安装永磁铁的凹槽。

所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其永磁驱动轮与永磁从动轮的端面均匀开有安装永磁铁的轴向孔。

所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其伺服电机为通过DSP控制转速的可调速电机。

所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其电机底座上设置有用于固定安装伺服电机的安装槽。

本发明的有益效果是：

本发明可以通过无接触式磁耦合作为动力来源驱动低温恒温器内部的旋转磁通泵，进而避免线圈励磁时低温恒温器器壁造成的气隙过大、气隙磁场过小的问题，并且能够自由调节镶嵌有永磁铁的从驱动圆轮与超导定子之间的气隙。

本发明结构简单，加工、制造和装配容易，能够实现在没有金属导线连接的情况下为超导线圈近距离励磁，可以通过改变永磁驱动轮和永磁从动轮的位置来控制气隙的大小。通过改变永磁驱动轮的转速来无接触的实现永磁从动轮的转速。有效的避开了低温恒温器器壁的厚度问题，实现力和扭矩的无接触传递。

附图说明

图1是本发明的整体励磁示意图；

图2是本发明安装固定结构的整体视图；

图3是本发明的正三轴侧视图；

图4为本发明的位置关系示意图；

图5为本发明的外置部件示意图；

图6为本发明的内置安装固定部件示意图；

图7为本发明的内置部件示意图；

图8为本发明提供的永磁驱动轮结构示意图；

图9为本发明的永磁从动轮结构示意图。

附图标记为：1—伺服电机，2—电机底座，3—驱动轴支架，4—电机驱动轴，5—永磁驱动轮，6—永磁从动轮，7—永磁从动轮支撑轴，8—低温恒温器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1～3为本发明提供的近距离非接触式磁耦合旋转磁通泵励磁时固定结构的结构示意图。如图1所示，包括伺服电机1、电机驱动轴4、永磁驱动轮5、永磁从动轮6、电机底座2、驱动轴支架3、永磁从动轮支撑轴7以及隐藏一侧器壁的低温恒温器8。

图4～7为本发明提供的一种用于超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合旋转磁通泵的位置关系示意图。伺服电机1、电机底座2、驱动轴支架3、电机驱动轴4和永磁驱动轮5组成外置部件，如图5所示，该外置部件安装在低温恒温器8外；永磁从动轮6和永磁从动轮支撑轴7组成内置部件，如图7所示，该内置部件安装固定在低温恒温器8内部，如图6所示。

永磁驱动轮5和永磁从动轮6之间是非接触且存在一定的距离，该距离间隔中隔着低温恒温器8的器壁，该器壁在图中被隐藏。永磁驱动轮5和永磁从动轮6在同一水平高度，多个永磁体分别均匀地镶嵌在永磁驱动轮5和永磁从动轮6的圆平面上，永磁驱动轮5与伺服电机1固定连接；电机底座2上安装放置伺服电机1；电机驱动轴4穿过驱动轴支架3的轴承；永磁从动轮支撑轴7一端穿过从永磁驱动轮5的固定轴承。

图8为本发明提供的一种用于超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合旋转磁通泵的永磁驱动轮结构示意图。永磁驱动轮5的圆平面上开有均匀分布的轴向孔，每个轴向孔用于安装固定永磁铁。

图9为本发明提供的一种用于超导线圈励磁的近距离非接触式磁耦合旋转磁通泵的永磁从动轮结构示意图。永磁从动轮6的圆平面上开有均匀分布的轴向孔，每个轴向孔用于安装固定永磁铁，永磁从动轮6沿圆周方向上开有均匀分布的凹槽，每个凹槽用于安装固定永磁铁。永磁从动轮6中间部位装有轴承，用于永磁从动轮支撑轴7穿过。

本具体实施例仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都要受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，包括位于电机底座（2）上的伺服电机（1）和位于驱动轴支架（3）上的电机驱动轴（4），还包括通过永磁从动轮支撑轴（7）设置在低温恒温器（8）内的永磁从动轮（6），所述的电机驱动轴（4）穿过驱动轴支架（3）的轴承中心后一端与伺服电机（1）固定连接，一端固定连接有永磁驱动轮（5），所述的永磁从动轮支撑轴（7）端部固定于低温恒温器（8）的内壁，所述的永磁驱动轮（5）与永磁从动轮（6）分别位于低温恒温器（8）壁面外内侧且位于同一水平高度，所述的永磁驱动轮（5）与永磁从动轮（6）的圆平面上分别均匀镶嵌有永磁体。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其特征在于，所述永磁从动轮（6）的圆周表面均匀开有安装永磁铁的凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其特征在于，所述永磁驱动轮（5）与永磁从动轮（6）的端面均匀开有安装永磁铁的轴向孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其特征在于，所述的伺服电机（1）为通过DSP控制转速的可调速电机。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式磁耦合驱动旋转磁通泵，其特征在于，所述的电机底座（2）上设置有用于固定安装伺服电机（1）的安装槽。

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