[发明专利]能够快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于超导磁悬浮技术领域，特别涉及一种能够快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的系统及方法。

背景技术

磁悬浮系统一般为非接触电磁力支承转子悬浮，具有无摩擦损耗，能耗小等优点，而超导磁悬浮系统更是具有长期稳定性，利用超导磁悬浮研制的测量仪器具有噪声低、稳定性好、漂移小、能耗小和灵敏度高等特点。

超导磁悬浮通常利用超导体的迈斯纳效应(超导体磁导率为零)实现，当悬浮系统温度低于超导体的临界温度时，具有迈斯纳效应的超导体内部磁场为零，超导体表面产生的感应电流产生的磁场与外磁场大小相等、方向相反，相互作用表现为电磁排斥力，此时超导体具有完全抗磁性，表现出最稳定的悬浮。

当超导体由于材料缺陷产生的涡流损耗，或者超导体与悬浮腔发生剐蹭，或者系统制冷失效，使得超导悬浮系统温度高于超导材料的临界温度时，超导体的磁导率不为零，外界磁力线进入超导体内部。此时超导悬浮不遵循迈斯纳效应，超导磁悬浮稳定性下降，导致测量系统误差增大，甚至磁悬浮转子不能正常工作等情况。若超导体温度很快又降回到超导材料的临界温度以下，则穿透到超导体内部的磁力线被冻结在超导体的内部，此时超导体可被看做成一个永磁体，其产生的磁力线回路与外界悬浮磁场磁力线回路方向相反，因此通电悬浮线圈与超导体之间产生吸引力，并且通电电流与电磁力无固定函数关系，表现为非稳定悬浮。一般采用停止低温系统制冷及悬浮线圈电流使温度恢复到超导材料临界温度以上，使得冻结在超导转子内部的磁力线从超导转子内部排出，但此种方法低温系统回温时间长，并且回温后还需再次启动制冷，因此过程较长，操作繁琐，不利于超导磁悬浮系统出现故障时的快捷恢复，影响了系统测量的简便操控性，提高了维护成本。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种能够快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的系统及方法。

一种能够快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的系统，该系统包括圆柱状的密封腔体13、悬浮线圈、上金属块6、下金属块7、由所述上金属块6和下金属块7的内表面形成的转子腔1、超导球转子4、进气孔10和出气孔11；其特征在于，

在超导球转子4赤道上下45°的位置，分别左右对称设有矩形槽作为交变磁场感应槽5；上金属块6和下金属块7的内表面上，对应交变磁场感应槽5的位置分别设有加热线圈9，加热线圈9与上金属块6和下金属块7之间设有绝缘隔膜；在超导球转子4的下侧，正对超导球转子4的悬浮中心设有悬浮气体的通气管道17，以及在密封腔体13的上下两侧分别设有一个温度计8，用于监测温度变化。

所述超导球转子4为采用铌或铅制成的空心薄壁球。

当超导球转子4需要0.001-1N/m的较弱支撑刚度时，上金属块6和下金属块7采用普通金属导体，包括铝或铜；当超导球转子4需要1-1000N/m的较强支撑刚度时，上金属块6和下金属块7采用对磁场具有整形作用的超导材料，包括铌或铅，此时，在上金属块6和下金属块7的中心开有通孔供磁力线穿过。

所述上金属块6和下金属块7之间设有环氧树脂绝缘层12将两者绝缘，环氧树脂绝缘层12上左右对称设有进气孔10和出气孔11，进气孔10和出气孔11的轴心线和超导球转子4的悬浮中心在一条直线上。

所述加热线圈9为螺旋形内球面形状的闭环金属丝。

在密封腔体13外部设有一个液氦容器14，密封腔体13通过左右拉杆15悬挂在液氦容器14中。

上述一种能够快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的系统快速消除超导磁悬浮转子内部磁力的方法，包括以下步骤：

当超导磁悬浮系统发生故障导致磁力线被冻结在超导球转子4内部，超导球转子4不能按照迈斯纳效应产生完全抗磁力而稳定悬浮，此时关闭悬浮线圈的电源，通过通气管道17通入氦气使超导球转子4悬浮，并由进气孔10向转子腔1通入氦气使超导球转子4旋转，悬浮间隙内的磁场在遇到交变磁场感应槽5时的变化，使得加热线圈9处在交变磁场中而感应出涡流导致加热线圈9温度升高，加热超导球转子4，当超导球转子4的温度高于临界温度后，其内部的磁力线排出，停止超导球转子4旋转，加热线圈9电流逐渐衰减为零，当磁悬浮系统的温度降低至临界温度以下，超导球转子4重新获得超导态，此时超导球转子4内部无磁力线，开启悬浮线圈的电源，超导球转子4处于迈斯纳超导悬浮状态，使超导球转子4获得稳定悬浮，从而使得超导磁悬浮系统能够正常工作。