CN114810828B - 一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，涉及磁场整形技术领域，所述超导磁悬浮转子支承磁场整形装置包括：支承磁场整形管；支承磁场整形管套设在支承超导线束的外部；超导磁悬浮转子套设在支承磁场整形管的外部，且与支承磁场整形管之间具有间隙；支承磁场整形管用于对支承超导线束产生的磁场进行整形，得到整形后的磁场；整形后的磁场用于为超导磁悬浮转子提供支承力。本发明能提高支承磁场的对称性和均匀性，实现超导磁悬浮转子的长期稳定运行。

Description

一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置
技术领域
本发明涉及磁场整形技术领域，特别是涉及一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置。
背景技术
基于超导体的特殊性质发展形成的超导磁悬浮技术可对目标体实现无接触的支承，当悬浮目标处于旋转状态时，不存在机械摩擦损耗。此外，由于超导体的零电阻效应，利用超导开关技术对超导悬浮系统闭环之后，可摆脱其对外部电源的依赖，实现长期的稳定悬浮，这些特点使得低温超导磁悬浮技术在一些精密测量和加工领域具有特殊优势。
超导磁悬浮转子在加转过程和恒速运行过程中的旋转稳定性与其支承特性密切相关。受超导线自身几何形状和材料机械特性的限制，由多条超导线集成的支承超导线束很难保证线束分布的均匀性和对称性，如果要实现较高的对称性和均匀性，要求的机械加工精度和成本很高。这就使得由支承超导线束直接生成的支承磁场，很难达到较高的对称性和均匀性。当支承磁场存在不对称性和不均匀性时，一方面会产生转速衰减力矩影响超导磁悬浮转子的恒速性，另一方面会影响超导磁悬浮转子的临界振动特性，破坏其旋转稳定性。因此，如何提高支承磁场的对称性和均匀性，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
基于此，本发明实施例提供一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，以提高支承磁场的对称性和均匀性，实现超导磁悬浮转子的长期稳定运行。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，包括：支承磁场整形管；
所述支承磁场整形管套设在支承超导线束的外部；超导磁悬浮转子套设在所述支承磁场整形管的外部，且与所述支承磁场整形管之间具有间隙；所述支承磁场整形管用于对所述支承超导线束产生的磁场进行整形，得到整形后的磁场；所述整形后的磁场用于为所述超导磁悬浮转子提供支承力。
可选地，所述超导磁悬浮转子为中间具有凸部的管状结构；所述凸部的外部设置驱动线圈；所述驱动线圈与所述凸部之间具有间隙。
可选地，所述凸部的外部套设线圈骨架；所述线圈骨架与所述凸部之间具有间隙；所述线圈骨架的内壁上均匀布设所述驱动线圈。
可选地，所述支承超导线束的外部套设绝缘管；所述绝缘管的外部套设所述支承磁场整形管。
可选地，所述凸部为环形。
可选地，所述凸部沿径向的截面为正多边形。
可选地，所述凸部沿径向的截面为正八边形。
可选地，所述超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，还包括：固定板；
所述支承磁场整形管的端部设置所述固定板。
可选地，所述支承磁场整形管和所述超导磁悬浮转子均采用纯度为99.9％的铌材料加工而成。
可选地，所述驱动线圈和所述支承超导线束均为Ni-Ti超导线。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提出了一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，在支承超导线束的外部套设支承磁场整形管，通过支承磁场整形管对支承超导线束产生的磁场进行整形，能大幅提升支承超导线束直接生成磁场的均匀性和对称性，有效削弱了支承磁场的不对称性和不均匀性对超导磁悬浮转子旋转稳定性的不利影响。因此，本发明实施例能提高支承磁场的对称性和均匀性，实现超导磁悬浮转子的长期稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置的立体图；
图2为本发明实施例提供的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置的正视图；
图3为本发明实施例提供的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置的轴向剖面图；
图4为本发明实施例提供的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置的侧视图；
图5为本发明实施例提供的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置的径向剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1-图5，本实施的超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，包括：支承磁场整形管4。
所述支承磁场整形管4套设在支承超导线束6的外部；超导磁悬浮转子1套设在所述支承磁场整形管4的外部，且与所述支承磁场整形管4之间具有间隙；所述支承磁场整形管4用于对所述支承超导线束6产生的磁场进行整形，得到整形后的磁场；所述整形后的磁场用于为所述超导磁悬浮转子1提供支承力。
在一个示例中，所述超导磁悬浮转子1为中间具有凸部的管状结构；所述凸部的外部设置驱动线圈2；所述驱动线圈2与所述凸部之间具有间隙。
具体的，所述凸部可以为环形，所述凸部沿径向的截面可以为正多边形，如所述凸部沿径向的截面设置为正八边形。
在一个示例中，所述凸部的外部套设线圈骨架3；所述线圈骨架3与所述凸部之间具有间隙；所述线圈骨架3的内壁上均匀布设所述驱动线圈2。
具体的，所述线圈骨架3呈环形，套在超导磁悬浮转子1中间的环形凸部的外侧，驱动线圈2的数量可以根据需要灵活设置，如设置四个驱动线圈2，四个驱动线圈2固定在线圈骨架3上，且沿线圈骨架3内侧的圆柱面均匀分布，四个驱动线圈2按照设定控制时序通电可驱动超导磁悬浮转子1旋转。
在一个示例中，所述支承超导线束6的外部套设绝缘管5；所述绝缘管5的外部套设所述支承磁场整形管4。
在一个示例中，所述超导磁悬浮转子1支承磁场整形装置，还包括：固定板7；所述支承磁场整形管4的端部设置所述固定板7。固定板7上均匀分布四个螺孔，固定板7中心内孔与支承磁场整形管4外表面为紧配合，固定板7通过螺孔与外部结构连接从而对支承磁场整形管4进行固定和支撑。
在一个示例中，所述支承磁场整形管4和所述超导磁悬浮转子1均可以采用纯度为99.9％的铌材料加工而成。
在一个示例中，所述驱动线圈2和所述支承超导线束6均可以为Ni-Ti超导线。
在一个示例中，所述绝缘管5可以由G11环氧材料加工而成。
在一个示例中，所述固定板7呈正方形，由不锈钢材料加工而成。
在一个示例中，为了保证支承磁场整形管4的整形效果，需要控制支承磁场整形管4内外壁的表面粗糙度、整体加工的机械对称性和整体加工的机械均匀性。
上述实施例中利用支承磁场整形管4提升支承磁场对称性和均匀性的原理如下：
在液氦温度环境下，超导磁悬浮转子1、支承磁场整形管4和支承超导线束6均处于超导态。由于超导体的迈斯纳效应，在对支承超导线束6通入电流I0后，支承超导线束6产生的磁场会在支承磁场整形管4内壁上感应出均匀分布的屏蔽电流I1，此屏蔽电流I1流过支承磁场整形管4外壁时也成均匀分布。同样地，由于超导体的迈斯纳效应，在支承磁场整形管4外壁流过的均匀分布的屏蔽电流I1会在超导磁悬浮转子1内壁感应出屏蔽电流I2，I1产生的磁场和I2产生的磁场相互作用从而对超导磁悬浮转子1形成支承力。由于I1沿支承磁场整形管4外壁均匀分布，其在超导磁悬浮转子1内壁感应出屏蔽电流I2也均匀分布，使得基于I1和I2形成的支承力实现较高的均匀性和对称性。这个过程中，相当于利用支承磁场整形管4对支承超导线束6的电流I0产生的磁场整形成了支承磁场整形管4外壁上屏蔽电流I1产生的磁场，从而大幅提升了支承磁场的均匀性和对称性。
上述超导磁悬浮转子1支承磁场整形装置的工作过程如下：
(1)利用低温制冷系统将超导磁悬浮转子1、支承磁场整形管4和支承超导线束6等降温至液氦温度，使相关超导部件处于超导态。
(2)利用直流电流源对支承超导线束6通电，当电流增大到一定数值时，超导磁悬浮转子1开始悬浮起来，继续增大通电电流，使超导磁悬浮转子1悬浮至接近中心位置。
(3)利用超导开关对超导支承线束进行闭环，即可实现对超导磁悬浮转子1的长期稳定支承。
(4)按设定控制时序对驱动线圈2通电，使超导磁悬浮转子1旋转至额定转速，即可进入工作状态。
上述超导磁悬浮转子支承磁场整形装置具有如下优点：
在支承超导线束6的外部套设支承磁场整形管4，通过支承磁场整形管4对支承超导线束6产生的磁场进行整形，能大幅提升支承超导线束6直接生成磁场的均匀性和对称性，有效削弱了支承磁场的不对称性和不均匀性对超导磁悬浮转子1旋转稳定性的不利影响。因此，提高了支承磁场的对称性和均匀性，实现超导磁悬浮转子1的长期稳定运行。并且，在同样加工精度要求下，支承磁场整形管4的加工难度和加工成本要远小于支承超导线束6，本发明实施例只需保证支承磁场整形管4的加工精度即可使支承磁场达到较高的均匀性和对称性，结构简单，成本较低，实施效果好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，包括：支承磁场整形管；
所述支承磁场整形管套设在支承超导线束的外部；超导磁悬浮转子套设在所述支承磁场整形管的外部，且与所述支承磁场整形管之间具有间隙；所述支承磁场整形管用于对所述支承超导线束产生的磁场进行整形，得到整形后的磁场；所述整形后的磁场用于为所述超导磁悬浮转子提供支承力。
2.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述超导磁悬浮转子为中间具有凸部的管状结构；所述凸部的外部设置驱动线圈；所述驱动线圈与所述凸部之间具有间隙。
3.根据权利要求2所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述凸部的外部套设线圈骨架；所述线圈骨架与所述凸部之间具有间隙；所述线圈骨架的内壁上均匀布设所述驱动线圈。
4.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述支承超导线束的外部套设绝缘管；所述绝缘管的外部套设所述支承磁场整形管。
5.根据权利要求2所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述凸部为环形。
6.根据权利要求5所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述凸部沿径向的截面为正多边形。
7.根据权利要求5所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述凸部沿径向的截面为正八边形。
8.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，还包括：固定板；
所述支承磁场整形管的端部设置所述固定板。
9.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述支承磁场整形管和所述超导磁悬浮转子均采用纯度为99.9％的铌材料加工而成。
10.根据权利要求2所述的一种超导磁悬浮转子支承磁场整形装置，其特征在于，所述驱动线圈和所述支承超导线束均为Ni-Ti超导线。
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