[发明专利]控制超导磁悬浮转子平衡的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制转子平衡的装置，特别涉及用于控制超导磁悬浮球形转子平衡的装置。

背景技术

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，超导体的迈斯纳效应可以理解为处于超导态的超导体的电阻和磁导率均为零，可把它看成为理想的反磁体，外磁场磁力线无法穿入到超导体的内部。外磁场的磁力线平行于超导体表面，在超导体表面感生出的超导电流产生的磁场方向恰好与外磁场方向相反，两个磁场相互作用产生磁作用力表现为非接触式的机械力的形式使超导转子悬浮和旋转起来。磁场中的超导体表面受到的磁压力的方向垂直于超导体表面向里，并且单位面积上磁压力的大小与超导体表面的磁感应强度的平方成正比。因此，超导转子的悬浮、旋转和转子平衡调节都可基于超导体的迈斯纳效应进行设计。同时这种非接触式电磁力调节可以在无能量损失的情况下稳定运行，使得仪器精度高、能耗低。

由于加工技术条件的限制，绝对理想的转子很难实现，实际上总存在各种性质的工艺误差，最主要反映在转子的质量偏心上。转子质量偏心使得转子的质心和球心不重合，转子在绕旋转轴转动时受到重力、电磁悬浮力和惯性离心力的共同作用，使转子发生偏心旋转运动，转子在高转速下会因干扰力矩的存在发生旋转轴的惯性偏移。为了矫正这种偏移，必须考虑设计控制转子平衡的力矩调节系统，使得转子能够始终保持旋转轴传感器的输出信号为零，从而实现转子旋转轴的定中作用。转子旋转轴位置的检测精度和转子平衡控制精度直接影响着整个转子系统的精度，是整个系统能够实现高精度的基础。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，实现超导磁悬浮转子的平衡控制，本发明提出了一种控制超导磁悬浮转子平衡的调节装置。本发明装置具有结构简便、采用闭环控制等特点，而且由于该装置处于低温环境降低了能量损耗。

本发明控制超导磁悬浮转子平衡的装置包括转子腔外壳、超导转子、旋转轴偏移测量传感器、调节线圈和中心柱定子。调节线圈包括XOZ平面调节线圈和YOZ平面调节线圈。中心柱定子固定在转子腔外壳下端中心位置，空心的超导转子套在中心柱定子上，中心柱定子为圆柱形空筒，筒内上下两端关于中心对称布置有调节线圈。调节线圈为矩形结构。调节线圈共有8个，在中心柱定子的筒内上端位置周向间隔90度布置4个调节线圈，在中心柱定子的筒内下端位置周向间隔90度布置另外4个调节线圈。调节线圈的两条长边与转子旋转轴平行。旋转轴偏移测量传感器通过螺纹固定在转子腔外壳上端，旋转轴偏移测量传感器的光轴垂直于转子顶部平面指向超导转子球心。

本发明通过靠近超导转子内孔壁的调节线圈的一条长边产生的磁场与内孔壁表面磁场相互作用产生的电磁力矩，调节超导转子平衡。XOZ平面调节线圈包含上X1调节线圈、上X2调节线圈、下X1调节线圈和下X2调节线圈，YOZ平面调节线圈包含上Y1调节线圈、上Y2调节线圈、下Y1调节线圈和下Y2调节线圈。在所述中心柱定子的筒内上端间隔90度布置上X1调节线圈、上Y1调节线圈、上X2调节线圈和上Y2调节线圈；在中心柱定子的筒内下端间隔90度布置下X1调节线圈、下Y1调节线圈、下X2调节线圈和下Y2调节线圈；在XOZ坐标平面内布置的4个调节线圈中，不相邻的上X1调节线圈和下X1调节线圈串联成一对，上X2调节线圈和下X2调节线圈串联成一对，上X2调节线圈和下X2调节线圈产生顺时针方向的力矩，上X1调节线圈和下X1调节线圈产生逆时针方向的力矩；在与所述的XOZ坐标平面垂直的YOZ坐标平面内布置的4个调节线圈中，不相邻的上Y1调节线圈和下Y1调节线圈串联成一对，上Y2调节线圈和下Y2调节线圈串联成一对，上Y2调节线圈和下Y2调节线圈产生顺时针方向的力矩，上Y1调节线圈和下Y1调节线圈产生逆时针方向的力矩。

本发明通过旋转轴偏移测量传感器检测超导转子旋转轴的位置，通过计算机处理控制程控电源供电，使串联成对的调节线圈产生的旋转力矩调节转子旋转轴的偏角方向和大小，使转子保持自动平衡。

本发明中心柱定子和调节线圈骨架均采用聚酰亚胺材料制成。

本发明控制超导磁悬浮转子平衡的调节装置的控制方法，当超导转子悬浮或旋转时发生旋转轴偏移后，通过旋转轴偏移测量传感器测量得到超导转子旋转轴偏移方向和偏移角度的大小，将旋转轴偏移信息反馈给计算机处理得到需要控制哪对调节线圈通电及通电电流大小，并将控制指令输给程控直流电源，通过程控直流电源给相应需要工作的调节线圈通电，使得超导转子在调节线圈产生的力矩作用下，从偏移位置自动调整到平衡位置，即超导转子旋转轴保持竖直。

附图说明