[發明專利]高溫超導磁懸浮軸承懸浮特性三維測量裝置

有效

• 申請號: 201710311863.4
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107219476B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 張國民;李萬杰;邱清泉;余志強;艾力旺;高智遠;宋乃浩;周微微;靖立偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01M5/00;G01M13/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種高溫超導磁懸浮軸承懸浮特性三維測量裝置，其永磁轉子固定裝置(13)安裝在三軸運動機械手垂向機械臂(6)的第三滑塊(30)上，永磁轉子固定裝置(13)的背面與第三滑塊(30)的上端面貼合，永磁轉子固定裝置(13)的下端面與第三滑塊(30)的上端面垂直。雙層低溫杜瓦包括杜瓦(14)和杜瓦支撐裝置。多個測力傳感器分別位于杜瓦(14)的圓周方向外壁或底面，測力傳感器的一端與杜瓦(14)連接，另一端固定在傳感器固定裝置上。傳感器固定裝置位于杜瓦(14)的底部或杜瓦的圓周方向外壁。機械手運動控制系統與三軸運動機械手連接。自動控制系統與測力傳感器及機械手運動控制系統相連，并與上位機串口相連。

技術領域

本發明涉及一種測量高溫超導磁懸浮軸承懸浮特性的裝置。

背景技術

高溫超導飛輪儲能系統可應用于電力儲能、電磁彈射、太空衛星的姿態調整等關鍵領域，高溫超導磁懸浮軸承是高溫超導飛輪儲能系統的核心部件之一，因此在設計高溫超導飛輪儲能系統時，必須對高溫超導磁懸浮軸承的載荷能力及剛度等懸浮特性進行詳細的研究和測量。

高溫超導磁懸浮軸承的懸浮力及其剛度是磁懸浮軸承的重要指標。高溫超導磁懸浮軸承懸浮力分為垂直懸浮力和徑向回復力。垂直懸浮力直接決定了磁懸浮軸承的載荷能力，即高溫超導飛輪儲能系統的額定容量；徑向回復力(通常測量橫向和縱向兩個徑向位置)則決定了磁懸浮軸承在運行過程中的振幅，即徑向約束力；垂直懸浮力及徑向回復力剛度皆表征磁懸浮軸承能夠自穩定懸浮的能力。因此，精確地測量高溫超導磁懸浮軸承的懸浮力及其剛度，對于高溫超導磁懸浮軸承的理論研究和仿真設計具有驗證和指導意義，能夠推動高溫超導飛輪儲能系統的商業化進程。

目前，由于受到條件的限制及各科研院所研究的高溫超導磁懸浮軸承的結構不同，尚未有一套通用的高溫超導磁懸浮軸承懸浮特性三維測量裝置。在已有的測量裝置中，有的或僅能測量懸浮力而無法測量徑向回復力，有的或僅能針對理論研究進行實驗室小樣機的測量，有的或針對高溫超導磁懸浮軌道進行測量，有的或永磁轉子采用電磁線圈代替，并未真正體現高溫超導磁懸浮軸承的性能。

如“YBCO超導塊的懸浮力及其測量(低溫物理學報，Vol.21，No.4，Aug.，1999年8月，第21卷第4期，Vol.21，No.4，Aug.，1999)，，肖玲，任洪濤，焦玉磊等”中給出的磁浮力測量裝置為北京有色金屬研究院研制的高溫超導磁懸浮軸承懸浮力測量裝置，上端為步進電機主軸連接永磁轉子，下端將低溫杜瓦與傳感器固定連接，低溫杜瓦內固定超導定子，裝置可測量軸向型和徑向型超導磁懸浮軸承懸浮力，但僅能測量垂直懸浮力，且裝置結構固定測量能力有限，僅能適用于教學及原理樣機測量，不能測量較大直徑和高度的工程應用裝置；專利CN200610114637.9為公開的高溫超導磁懸浮或電機準靜態力測試裝置，上端通過垂直方向伺服電機連接低溫杜瓦，低溫杜瓦內固定超導定子，下端為三相交流線圈代替永磁轉子產生磁場，三相交流線圈與水平方向伺服電機連接，該裝置能同時測量垂直懸浮力和徑向回復力，但由于三項交流線圈僅能在杜瓦外壁即超導定子外表面移動，該裝置僅適用于軸向型超導軸承的特性研究，僅能在二維空間控制超導定子與交流線圈的相對移動，且采用交流線圈代替永磁轉子，不能適用于采用永磁轉子的結構；專利CN200610021654.8的高溫超導磁懸浮測量裝置，采用立式結構，上端通過水平和垂直兩個方向伺服電機連接低溫杜瓦，低溫杜瓦內固定超導定子，垂直和水平測力傳感器與杜瓦連接，下端固定永磁軌道，該裝置可測量垂直懸浮力和徑向回復力，但該裝置采用2個伺服電機，僅能在平面二維空間內控制超導定子與永磁軌道的相對位移，且該裝置主要應用于高溫超導磁懸浮軌道列車的特性研究，能適用于軸向型高溫超導磁懸浮軸承的特性測量，但不適用于徑向型高溫超導磁懸浮軸承。鑒于以上測量裝置的局限性，需要作出改進以設計一種通用型的測量裝置。

發明內容