[發明專利]徑向高溫超導磁懸浮軸承的簡化計算方法

有效

• 申請號: 201110453725.2
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN103185072A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 楊勇;王磊;華志強;李弢;焦玉磊;鄭明輝
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉茵

技術領域

本發明涉及徑向高溫超導磁懸浮軸承設計技術領域，具體涉及徑向高溫超導磁懸浮軸承的計算方法。

背景技術

由于高溫超導體的強釘扎作用使得超導懸浮系統具有自穩定性，即在一定條件下無須復雜的穩定性控制部件就可以達到滿意的穩定懸浮，因此超導懸浮成為最具有吸引力的懸浮技術之一，高溫超導磁懸浮軸承具有無接觸摩擦和無復雜有源控制的特性，使得其在飛輪儲能等超導電工領域有廣泛的應用前景。高溫超導磁懸浮軸承主要由永磁轉子和超導塊材定子組成。針對具體參數，首先要對高溫超導磁懸浮軸承進行設計計算，得到滿足指標要求的結構尺寸和材料特性參數。

目前，高溫超導磁懸浮軸承還處于研制階段，根據具體的總體參數給出的設計方案較少或較復雜，不易操作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種根據宏觀參數推導具體部件尺寸和材料特征參數的設計計算方法，使得徑向高溫超導磁懸浮軸承的設計在不影響精度的前提下，變得方便和簡單。

為實現上述目的，本發明包括如下技術方案：

一種徑向高溫超導磁懸浮軸承的簡化計算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

A.將徑向高溫超導磁懸浮軸承的永磁轉子和高溫超導定子視為同心的兩個圓筒，永磁轉子為內圓筒，高溫超導定子為外圓筒，兩個圓筒之間的縫隙為軸承的懸浮氣隙；

B.將該永磁轉子圓筒展開成轉子矩形，將該高溫超導定子圓筒展開成定子矩形，按照永磁轉子尺寸得到展開的轉子矩形的尺寸，按照高溫超導定子的尺寸得到定子矩形的尺寸；

C.參照轉子矩形尺寸，對轉子上的永磁體進行優化排列：包括選擇單塊永磁體的尺寸和永磁體之間的間隙；參照定子矩形尺寸，對定子上的高溫超導體進行優化排列：包括選擇單塊高溫超導體的尺寸和高溫超導體之間的間隙；最后得到永磁體的具體塊數和單塊永磁體的具體尺寸，以及高溫超導體的具體塊數和單塊高溫超導體的具體尺寸；永磁體和高溫超導體的塊數相等，且在初始時刻保持每一塊永磁體和所對應的高溫超導體對心；

D.將單塊永磁體和單塊高溫超導體組成的懸浮系統進行計算仿真，得到單塊永磁體受到的懸浮力和面內力；

E.將步驟D中得到的單塊永磁體和單塊高溫超導體之間的面內力分別乘以永磁體或高溫超導體的塊數就得到整個軸承轉子受到的軸向懸浮力。

如上所述的方法，其中，步驟C中單塊永磁體的塊數和間距的確定方法如下：單塊永磁體的幾何尺寸為a×b×h_PM；則滿足n·a＜L₁＜(n+1)·a，n·b＜πD₁＜(n+1)·b，L₁為永磁轉子軸長，n為單塊永磁體的塊數；n塊永磁體在轉子上排列的一個方向上的間距n塊永磁體在轉子上排列的另一個方向上的間距

如上所述的方法，其中，步驟C中對單塊高溫超導體的塊數和間距的確定方法如下：單塊高溫超導體的幾何尺寸為φR×h_SC；則滿足n·2·R＜L₂＜(n+1)·2·R，L₂為高溫超導定子軸長，n為單塊高溫超導體的塊數，與單塊永磁體的塊數相同；n塊高溫超導體在定子上排列的一個方向上的間距n塊高溫超導體在定子上排列的另一個方向上的間距

本發明的有益效果：本發明提供了一種徑向高溫超磁懸浮軸承設計計算的可行技術。該計算方法使得高溫超磁懸浮軸承的設計計算簡單易于操作，由于計算采用可與實驗精確吻合的數值模擬技術，這保證了計算的精確性。

附圖說明

圖1是常規徑向高溫超磁懸浮軸承剖面圖。

圖2是實施例1中高溫超導定子的展開圖和永磁轉子的展開圖。

圖3是實施例1中單塊永磁體和單塊高溫超導體計算結構簡圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

圖1是一種常規的徑向高溫超磁懸浮軸承剖面圖。包括永磁轉子11和高溫超導定子12，Gap為永磁轉子和高溫超導定子之間的懸浮間隙，Z為從冷卻完成到穩定懸浮所需的軸向位移。永磁體磁極方向(N極或S極)為徑向高溫超磁懸浮軸承的徑向方向，高溫超導塊材的c軸方向為徑向高溫超磁懸浮軸承的徑向方向，永磁體在徑向高溫超磁懸浮軸承轉子上的排列是磁極一致排列。該永磁轉子軸向總長度為L₁，永磁轉子外徑為D₁。徑向高溫超導磁懸浮軸承的超導定子軸向總長度為L₂，高溫超導定子外徑為D₂。