本实用新型专利技术涉及储能和导航两用的超导飞轮领域，具体是一种低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：主要包括上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦、转子、上悬浮线圈、上侧悬浮线圈、下侧悬浮线圈、下悬浮线圈；上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦都是由低温超导棒材加工制成，组装后形成一个近似球形腔体，腔体与转子的间隙宽度随极角而变化，在不同极角处间隙的沿垂直于极角方向的截面面积相等，使得间隙内磁场沿极角和方位角方向的分布都相等。本实用新型专利技术通过设定球形转子与腔体内表面的间隙宽度随极角变化，使得转子表面的磁场沿极角方向均匀分布，提高了低温超导飞轮的加速能力、抗扰动能力，减小了超导转子的阻力矩，提高了感测精度和能量转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及储能和导航两用的超导飞轮领域，尤其是一种低温超导飞轮用变 间隙支承结构。
技术介绍
具有储能和导航两用的超导飞轮，其基本原理是利用转子高速旋转储存能量，同 时高速旋转的转子具有定轴性实现导航功能。基于低温超导体的迈斯纳效应，在低温超导 飞轮的支承系统中超导转子和腔体都具有理想的抗磁性。在低温超导飞轮中球形超导转 子表面的磁场方向总是与表面平行，产生指向球心的悬浮力，使得转子能够稳定悬浮在腔 体内，而且在旋转时磁场的阻力矩可以忽略。低温超导飞轮的支承结构包括励磁线圈和磁 场整形部件，这些零部件的结构形式将直接决定转子表面的磁场分布，也决定了转子悬浮、 旋转的稳定性和可靠性。中国专利CN200510027930. 7描述了高温超导体悬浮支承永磁体 转子的微陀螺结构，在该结构中转子能够实现稳定悬浮，但是高温超导体本身固有的磁通 钉扎效应，产生了阻力矩和干扰力矩，若作为储能和导航使用，将会影响能量的转换效率和 导航的精度。在论文中设计了球形腔体作为支承结构，球形腔体的半径比转子半径略大，腔体 与转子间隙内的磁场产生转子的悬浮力。该支承结构能够实现转子的稳定悬浮，但是在该 结构中转子表面的磁场分布不均匀。当转子悬浮于中心位置时，随着励磁电流的增加转子 表面的磁场总是在某些部位首先达到下临界磁场，而其它大部分面积上的磁场都小于 Bu，这种磁场值的不均匀性不能充分利用超导材料较高的Bel，影响了转子的悬浮力和支承 刚度。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，基于超导体的完全抗磁性和磁通守恒 定律设计出了低温超导飞轮用变间隙支承结构，解决了现有技术超导磁悬浮系统的干扰力 矩大、支承刚度小的问题。 本技术变间隙支承结构工作原理是基于低温超导体的完全抗磁性，在低温超 导转子表面的磁场方向总是严格平行于转子表面，磁压力总是指向球形转子的球心，水平 方向合力为零，竖直方向的合力等于转子的重力。当超导转子偏离中心位置时，气隙宽度变 小的区域磁场将增加，同时该区域的磁压力也会增加，使得超导转子稳定在中心位置，这是 磁悬浮的自稳定性。由磁通守恒定律可知在间隙内不同截面处磁通量相等，设定间隙内的 磁场沿径向均匀分布，则间隙内不同极角处的磁场满足：【主权项】1. 一种低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：主要包括上极瓦、上侧瓦、下侧 瓦、下极瓦、转子、上悬浮线圈、上侧悬浮线圈、下侧悬浮线圈、下悬浮线圈；上极瓦、上侧瓦、 下侧瓦、下极瓦都是由低温超导棒材加工制成，组装后形成一个近似球形腔体，腔体与转子 的间隙宽度随极角而变化，在不同极角处间隙的沿垂直于极角方向的截面面积相等，使得 间隙内磁场沿极角和方位角方向的分布都相等。2. 根据权利要求1所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：上悬浮线圈、 上侧悬浮线圈、下侧悬浮线圈、下悬浮线圈各自产生的磁场不存在耦合，各自的激磁电流和 产生的磁场大小可独立设定。3. 根据权利要求2所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：上悬浮线圈 安装于上极瓦的上端面，激磁电流为顺时针流向，上悬浮线圈产生的磁通线大部分都穿过 上极瓦形成闭环；下悬浮线圈安装于下极瓦的下端面，激磁电流为逆时针流向，下悬浮线圈 的结构和磁场都与上悬浮线圈关于转子赤道面对称。4. 根据权利要求2所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：上侧悬浮线 圈呈圆环状，套在上侧瓦的外侧，上侧悬浮线圈产生的磁通线部分穿过上侧瓦形成闭环，在 上侧瓦对应间隙内的磁场产生悬浮力；下侧悬浮线圈的结构和磁场都与上侧悬浮线圈关于 转子赤道面对称。5. 根据权利要求1或2所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：上极瓦、 上侧瓦、下侧瓦、下极瓦都是关于极轴旋转对称的环状结构。6. 根据权利要求5所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：上极瓦、上侧 瓦、下侧瓦、下极瓦分别被等分为四分之一圆环，然后再由电绝缘胶粘结为环状结构；组装 后构成近似球面腔体内表面的半径由转子赤道面向两极逐渐增加，使得腔体与转子的间隙 宽度由转子赤道面向两极逐渐增加。7. 根据权利要求5所述的低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：所述上极瓦 与下极瓦关于转子赤道面对称，上侧瓦与下侧瓦也关于转子赤道面对称。【专利摘要】本技术涉及储能和导航两用的超导飞轮领域，具体是一种低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：主要包括上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦、转子、上悬浮线圈、上侧悬浮线圈、下侧悬浮线圈、下悬浮线圈；上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦都是由低温超导棒材加工制成，组装后形成一个近似球形腔体，腔体与转子的间隙宽度随极角而变化，在不同极角处间隙的沿垂直于极角方向的截面面积相等，使得间隙内磁场沿极角和方位角方向的分布都相等。本技术通过设定球形转子与腔体内表面的间隙宽度随极角变化，使得转子表面的磁场沿极角方向均匀分布，提高了低温超导飞轮的加速能力、抗扰动能力，减小了超导转子的阻力矩，提高了感测精度和能量转换效率。【IPC分类】F16F15-315, F16C32-04【公开号】CN204553559【申请号】CN201520212395【专利技术人】李京波, 赵尚武, 李庆跃, 汪林望, 吴宗泽, 王臻, 吴海虹 【申请人】浙江东晶电子股份有限公司【公开日】2015年8月12日【申请日】2015年4月9日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温超导飞轮用变间隙支承结构，其特征在于：主要包括上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦、转子、上悬浮线圈、上侧悬浮线圈、下侧悬浮线圈、下悬浮线圈；上极瓦、上侧瓦、下侧瓦、下极瓦都是由低温超导棒材加工制成，组装后形成一个近似球形腔体，腔体与转子的间隙宽度随极角而变化，在不同极角处间隙的沿垂直于极角方向的截面面积相等，使得间隙内磁场沿极角和方位角方向的分布都相等。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，赵尚武，李庆跃，汪林望，吴宗泽，王臻，吴海虹，
申请(专利权)人：浙江东晶电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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