[发明专利]超导磁浮和静电悬浮的混合悬浮支承装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导磁悬浮支承装置，特别涉及一种超导磁悬浮和静电悬浮的混合悬浮支承装置。

背景技术

惯性导航技术是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航技术,其核心部件是陀螺仪。陀螺仪是载体运动的传感器，能在惯性空间中保持精密指向的稳定性。但在一些特殊场合应用中，不但要求导航系统具有很高的精度，也需要其具有很高的抗冲击力能力，这直接关系到导航系统的可靠性，而这直接取决于陀螺仪的支承系统性能。为了减少干扰力矩的影响，提高测量精度，陀螺仪的支承方式已从滚珠轴承支承、液浮支承、气浮支承等接触式支承发展为现在的非接触式悬浮支承——静电悬浮支承和超导磁悬浮支承。非接触式悬浮支承从根本上消除了摩擦力矩，为实现高精度的陀螺提供了坚实的硬件基础，但也应该看到，无论是静电悬浮支承技术还是超导磁悬浮支承技术都有其过载能力的限制，在陀螺仪载体受到剧烈的冲击干扰力时候支承系统容易失效。对于静电悬浮支承系统，支承系统的过载能力主要取决于支承电极的划分和支承电极上施加的最大电压，而施加的最大电压受制于转子和支承电极间的绝缘能力，这又是由间隙内的真空度、转子和支承电极表面的光洁度以及表面处理工艺决定的。当静电悬浮支承系统受到剧烈的干扰加速度时，转子和支承电极之间容易被击穿而导致支承失效。对于超导磁悬浮支承系统，支承系统的过载能力主要取决于转子材料的下临界磁场、转子表面处理工艺以及支承面积的大小。当超导磁悬浮支承系统受到过高的冲击干扰力的时候，支承间隙内的局部磁场强度可能会超过超导体的下临界磁场强度而造成支承系统失效。中国专利201210023048.5的超导磁悬浮装置采用采用单一的超导磁悬浮方式，当磁悬浮装置载体受到剧烈的冲击干扰时，超导转子周围的磁场可能会超过超导转子的临界磁场而使超导转子失超，从而造成支承系统的失效。文献【W.J.Bencze,M.E.Eglington,R.W.Brumley,S.Buchman.Precision electrostatic suspension system for the Gravity Probe B relativity mission’s science gyrogropes,ADVANCES IN SPACE RESEARCH,2007,39:224-229】给出了一种低温静电悬浮支承装置，转子处于超导态，悬浮力由静电引力来提供，悬浮支承装置在工作状态下只能承受1g的干扰加速度，这显然也不满足一些冲击干扰力比较大的场合。因此，无论是静电悬浮支承还是超导磁悬浮支承，单一的悬浮支承的过载能力受到客观技术条件和物理原理上的限制而可能无法达到某些特定环境下的应用要求。

发明内容

本发明的目的是提高现有单一悬浮支承系统的支承刚度和过载能力，提出一种工作在低温环境下的超导磁浮和静电悬浮的混合悬浮支承装置。本发明具有支承刚度大、抗干扰能力强和过载能力强等特点。

本发明的超导磁浮和静电悬浮的混合悬浮支承装置，包括制冷机、低温容器、冷屏、液氦容器、安装盖、超导转子、转子腔以及支承模块。

所述的制冷机安装在低温容器的上端，制冷机的一级冷头位于低温容器内部。冷屏为卷筒形状，置于低温容器内部，并通过高强度、低热导率的拉杆固定在低温容器的上端盖下部，同时冷屏的上端面与制冷机一级冷头的下端面通过螺栓紧固在一起。制冷机的一级冷头为冷屏提供制冷，冷屏起到隔离冷屏内部和外部之间的热辐射的作用。液氦容器安装在冷屏内部，通过高强度、低热导率的拉杆固定在冷屏的上端面。制冷机的二级冷头位于冷屏内部，制冷机的二级冷头的下端面与液氦容器的上端面通过螺栓紧固在一起，制冷机的二级冷头为液氦容器提供制冷。

所述的安装盖为定位安装板，位于液氦容器内部，通过螺栓紧固在液氦容器的上端盖下面。转子腔位于液氦容器内部，为球腔结构，在以转子腔中心为原点的直角坐标轴上对称分布有六个圆形豁口。支承模块共有六个，结构相同，通过螺栓分别安装在转子腔的六个圆形豁口上。六个支承模块对称分布在以转子腔中心为原点的正交坐标系的坐标轴上，为超导转子提供竖直方向和水平方向上的支承力。位于竖直方向上部的支承模块通过螺栓与安装盖的下端面固定在一起。超导转子位于转子腔内。支承模块和转子腔所构成的球形腔体空间为超导转子的活动空间。超导转子为低温超导材料制作的表面闭合的空心球体，其内壁赤道位置附近加厚，用以增加旋转轴的转动惯量。