高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置制造方法及图纸

一种高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其永磁转子固定装置(13)安装在三轴运动机械手垂向机械臂(6)的滑块(30)上，永磁转子固定装置(13)的背面与滑块(30)的上端面贴合，永磁转子固定装置(13)的下端面与滑块(30)的上端面垂直。双层低温杜瓦包括杜瓦(14)和杜瓦支撑装置。多个测力传感器分别位于杜瓦(14)的圆周方向外壁或底面，测力传感器的一端与杜瓦(14)连接，另一端固定在传感器固定装置上。传感器固定装置位于杜瓦(14)的底部或杜瓦的圆周方向外壁。机械手运动控制系统与三轴运动机械手连接。自动控制系统与测力传感器及机械手运动控制系统相连，并与上位机串口相连。

【技术实现步骤摘要】
高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置
本专利技术涉及一种测量高温超导磁悬浮轴承悬浮特性的装置。
技术介绍
高温超导飞轮储能系统可应用于电力储能、电磁弹射、太空卫星的姿态调整等关键领域，高温超导磁悬浮轴承是高温超导飞轮储能系统的核心部件之一，因此在设计高温超导飞轮储能系统时，必须对高温超导磁悬浮轴承的载荷能力及刚度等悬浮特性进行详细的研究和测量。高温超导磁悬浮轴承的悬浮力及其刚度是磁悬浮轴承的重要指标。高温超导磁悬浮轴承悬浮力分为垂直悬浮力和径向回复力。垂直悬浮力直接决定了磁悬浮轴承的载荷能力，即高温超导飞轮储能系统的额定容量；径向回复力(通常测量横向和纵向两个径向位置)则决定了磁悬浮轴承在运行过程中的振幅，即径向约束力；垂直悬浮力及径向回复力刚度皆表征磁悬浮轴承能够自稳定悬浮的能力。因此，精确地测量高温超导磁悬浮轴承的悬浮力及其刚度，对于高温超导磁悬浮轴承的理论研究和仿真设计具有验证和指导意义，能够推动高温超导飞轮储能系统的商业化进程。目前，由于受到条件的限制及各科研院所研究的高温超导磁悬浮轴承的结构不同，尚未有一套通用的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置。在已有的测量装置中，有的或仅能测量悬浮力而无法测量径向回复力，有的或仅能针对理论研究进行实验室小样机的测量，有的或针对高温超导磁悬浮轨道进行测量，有的或永磁转子采用电磁线圈代替，并未真正体现高温超导磁悬浮轴承的性能。如“YBCO超导块的悬浮力及其测量(低温物理学报，Vol.21，No.4，Aug.，1999年8月，第21卷第4期，Vol.21，No.4，Aug.，1999)，，肖玲，任洪涛，焦玉磊等”中给出的磁浮力测量装置为北京有色金属研究院研制的高温超导磁悬浮轴承悬浮力测量装置，上端为步进电机主轴连接永磁转子，下端将低温杜瓦与传感器固定连接，低温杜瓦内固定超导定子，装置可测量轴向型和径向型超导磁悬浮轴承悬浮力，但仅能测量垂直悬浮力，且装置结构固定测量能力有限，仅能适用于教学及原理样机测量，不能测量较大直径和高度的工程应用装置；专利CN200610114637.9为公开的高温超导磁悬浮或电机准静态力测试装置，上端通过垂直方向伺服电机连接低温杜瓦，低温杜瓦内固定超导定子，下端为三相交流线圈代替永磁转子产生磁场，三相交流线圈与水平方向伺服电机连接，该装置能同时测量垂直悬浮力和径向回复力，但由于三项交流线圈仅能在杜瓦外壁即超导定子外表面移动，该装置仅适用于轴向型超导轴承的特性研究，仅能在二维空间控制超导定子与交流线圈的相对移动，且采用交流线圈代替永磁转子，不能适用于采用永磁转子的结构；专利CN200610021654.8的高温超导磁悬浮测量装置，采用立式结构，上端通过水平和垂直两个方向伺服电机连接低温杜瓦，低温杜瓦内固定超导定子，垂直和水平测力传感器与杜瓦连接，下端固定永磁轨道，该装置可测量垂直悬浮力和径向回复力，但该装置采用2个伺服电机，仅能在平面二维空间内控制超导定子与永磁轨道的相对位移，且该装置主要应用于高温超导磁悬浮轨道列车的特性研究，能适用于轴向型高温超导磁悬浮轴承的特性测量，但不适用于径向型高温超导磁悬浮轴承。鉴于以上测量装置的局限性，需要作出改进以设计一种通用型的测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有高温超导磁悬浮轴承悬浮特性测量装置的缺点，提出一种高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置。本专利技术能够在任意三维空间精确测量高温超导磁悬浮轴承的垂直悬浮力、径向回复力及其刚度，同时适用于轴向型高温超导磁悬浮轴承和径向型高温超导磁悬浮轴承，能够通过简单操作自适用于不同直径大小不同高度的高温超导磁悬浮轴承。本专利技术采用以下技术方案：本专利技术高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，由支架、三轴运动机械手、永磁转子固定装置、双层低温杜瓦、测力传感器、传感器固定装置、机械手运动控制系统和自动控制系统组成。所述的支架由无磁不锈钢材料焊接而成，构成整个测量装置的主体框架结构。支架的上横梁上安装三轴运动机械手，永磁转子固定装置安装在三轴运动机械手垂直机械臂的滑块的上端面，永磁转子固定装置的背面与垂向机械臂滑块的上端面贴合，永磁转子固定装置带螺纹孔的下端面与垂向机械臂滑块的上端面垂直。双层低温杜瓦位于支架内的中心位置，包括杜瓦和支撑杜瓦的杜瓦支撑装置。多个测力传感器分别位于杜瓦的底面或沿圆周方向布置在杜瓦的外壁。测力传感器的一端与杜瓦连接，测力传感器的另一端固定在传感器固定装置上。所述的测力传感器包括垂直测力传感器、横向测力传感器和纵向测力传感器，横向测力传感器和纵向测力传感器合称为水平测力传感器。传感器固定装置分为垂直测力传感器固定装置和水平测力传感器固定装置，垂直测力传感器固定装置位于杜瓦的底部；水平测力传感器固定装置沿圆周方向布置在杜瓦的外壁。机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的电源输出端口通过3路电源电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的电源输入端口连接，机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的控制输出端口通过3路控制电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的控制输入端口相连。自动控制系统数据采集卡的信号输入端通过3路控制电缆分别与3个测力传感器的信号输出端相连，数据采集卡的输出端通过通讯电缆与上位机串口相连，自动控制系统的电机运动控制卡的控制输出端通过3路控制电缆分别与三轴运动机械手3个交流伺服放大器的控制输入端口连接，电机运动控制卡的输入/输出端口与上位机连接。所述的支架包括支架横梁、支架立柱和地面固定装置。支架由无磁不锈钢材料焊接而成，能够保证足够强度，并避免材料的铁磁特性对悬浮力的测量精度造成影响。4根支架立柱布置于支架的4个角，和支架上横梁、支架下横梁组成框架。框架的底部焊接有圆形的地面固定装置，每个地面固定装置有4个通孔，可通过螺栓将支架与地面固定连接，保证测量装置的稳定运行。所述的三轴运动机械手由1个垂向机械臂、1个横向机械臂和2个纵向机械臂组成。三个机械臂上均装有滑块。2个纵向机械臂分别位于支架两侧的支架上横梁的上端面，纵向机械臂的两端与支架上横梁的两端对齐，纵向机械臂的侧面与支架上横梁的侧面对齐。横向机械臂横跨于纵向机械臂的上部，为侧立式安装，横向机械臂的两端与纵向机械臂的侧面对齐，横向机械臂的侧面与纵向机械臂上的滑块固定连接。垂向机械臂直立式安装于横向机械臂的滑块的上端面，垂向机械臂的下端与横向机械臂的侧面对齐，垂向机械臂的背面与横向机械臂上的滑块上端面贴合且二者固定连接。所述的双层低温杜瓦位于支架内部的中心位置，包括杜瓦和支撑杜瓦的杜瓦支撑装置。所述的杜瓦支撑装置由4个万向球、4根支撑螺杆、4个螺杆紧固装置、2个支撑横梁、4根支撑立柱及4个手轮组成。测量径向回复力时，4个万向球和4根支撑螺杆安装在杜瓦的底部，根据杜瓦直径大小在支撑立柱上距离支撑横梁横向中心线位置两侧距离相等的4个位置调整通孔安装4根支撑螺杆，每根支撑螺杆的上端安装一个万向球，万向球与支撑螺杆通过螺纹连接，万向球的球面与杜瓦底面相切，支撑螺杆的另一端通过与位置调整通孔螺纹配合固定于支撑横梁上，并且在支撑横梁下端面通过螺母将支撑螺杆锁紧。测量垂直悬浮力时，4个万向球和4个支撑螺杆安装在杜瓦的圆周方向外壁，根据所测量的高温超导磁悬浮轴承超导定子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其特征在于：所述的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置由支架、三轴运动机械手、永磁转子固定装置(13)、双层低温杜瓦、测力传感器、传感器固定装置、机械手运动控制系统，以及自动控制系统组成；所述的支架由无磁不锈钢材料焊接而成，构成整个测量装置的主体框架结构；支架的上横梁(2)上安装三轴运动机械手，永磁转子固定装置(13)安装在三轴运动机械手垂向机械臂(6)的滑块(30)的上端面，永磁转子固定装置(13)的背面与所述滑块(30)的上端面贴合，永磁转子固定装置(13)带螺纹孔的下端面与所述滑块(30)的上端面垂直；双层低温杜瓦位于支架的内部的中心位置，包括杜瓦(14)和支撑杜瓦(14)的杜瓦支撑装置；多个测力传感器分别位于杜瓦(14)的圆周方向外壁或底面，测力传感器的一端与杜瓦(14)连接，测力传感器的另一端固定在传感器固定装置上；所述的测力传感器包括垂直测力传感器(19)、横向测力传感器(20)和纵向测力传感器(21)，横向测力传感器(20)和纵向测力传感器(21)合称为水平测力传感器；传感器固定装置分为垂直测力传感器固定装置和水平测力传感器固定装置，垂直测力传感器固定装置位于杜瓦(14)的底部；水平测力传感器固定装置位于杜瓦的圆周方向外壁；机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的电源输出端口通过3路电源电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的电源输入端口连接，机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的控制输出端口通过3路控制电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的控制输入端口相连；自动控制系统数据采集卡的信号输入端通过3路控制电缆分别与3个测力传感器的信号输出端相连，数据采集卡的输出端通过通讯电缆与上位机串口相连，自动控制系统的电机运动控制卡的控制输出端通过3路控制电缆分别与机械手运动控制系统3个交流伺服放大器的控制输入端口连接，电机运动控制卡的输入/输出端口与上位机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其特征在于：所述的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置由支架、三轴运动机械手、永磁转子固定装置(13)、双层低温杜瓦、测力传感器、传感器固定装置、机械手运动控制系统，以及自动控制系统组成；所述的支架由无磁不锈钢材料焊接而成，构成整个测量装置的主体框架结构；支架的上横梁(2)上安装三轴运动机械手，永磁转子固定装置(13)安装在三轴运动机械手垂向机械臂(6)的滑块(30)的上端面，永磁转子固定装置(13)的背面与所述滑块(30)的上端面贴合，永磁转子固定装置(13)带螺纹孔的下端面与所述滑块(30)的上端面垂直；双层低温杜瓦位于支架的内部的中心位置，包括杜瓦(14)和支撑杜瓦(14)的杜瓦支撑装置；多个测力传感器分别位于杜瓦(14)的圆周方向外壁或底面，测力传感器的一端与杜瓦(14)连接，测力传感器的另一端固定在传感器固定装置上；所述的测力传感器包括垂直测力传感器(19)、横向测力传感器(20)和纵向测力传感器(21)，横向测力传感器(20)和纵向测力传感器(21)合称为水平测力传感器；传感器固定装置分为垂直测力传感器固定装置和水平测力传感器固定装置，垂直测力传感器固定装置位于杜瓦(14)的底部；水平测力传感器固定装置位于杜瓦的圆周方向外壁；机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的电源输出端口通过3路电源电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的电源输入端口连接，机械手运动控制系统的3个交流伺服放大器的控制输出端口通过3路控制电缆分别与三轴运动机械手的3个交流伺服电机的控制输入端口相连；自动控制系统数据采集卡的信号输入端通过3路控制电缆分别与3个测力传感器的信号输出端相连，数据采集卡的输出端通过通讯电缆与上位机串口相连，自动控制系统的电机运动控制卡的控制输出端通过3路控制电缆分别与机械手运动控制系统3个交流伺服放大器的控制输入端口连接，电机运动控制卡的输入/输出端口与上位机连接。2.按照权利要求1所述的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其特征在于：所述的三轴运动机械手由1个垂向机械臂(6)、1个横向机械臂(4)和2个纵向机械臂(5)组成，三个机械臂上均装有滑块；2个纵向机械臂(5)分别位于支架两侧的支架上横梁(2)的上端面，纵向机械臂(5)的两端与支架上横梁(2)的两端对齐，纵向机械臂(5)的侧面与支架上横梁(2)的侧面对齐；横向机械臂(4)横跨于纵向机械臂(5)的上部，为侧立式安装，横向机械臂(4)的两端与纵向机械臂(5)的侧面对齐，横向机械臂(4)的侧面与纵向机械臂(5)上的滑块固定连接；垂向机械臂(6)直立式安装于横向机械臂(4)的滑块(11)的上端面，垂向机械臂(6)的下端与横向机械臂(4)的侧面对齐，垂向机械臂(6)的背面与横向机械臂(4)上的滑块(11)的上端面贴合，且二者固定连接。3.按照权利要求1所述的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其特征在于：所述的双层低温杜瓦位于支架内部的中心位置，包括杜瓦(14)和支撑杜瓦(14)的杜瓦支撑装置；所述的杜瓦支撑装置由4个万向球、4根支撑螺杆、4个螺杆紧固装置、2个支撑横梁、4根支撑立柱及4个手轮组成；测量径向回复力时，4个万向球和4根支撑螺杆安装在杜瓦(14)的底部，根据杜瓦的直径大小，在支撑横梁上距离支撑横梁横向中心线位置两侧距离相等的4个位置调整通孔安装有4根支撑螺杆，每个调整通孔安装一个支撑螺杆；每根支撑螺杆的上端安装一个万向球，万向球与支撑螺杆通过螺纹连接，万向球的球面与杜瓦(14)的底面相切；支撑螺杆的另一端通过与位置调整通孔螺纹配合固定于支撑横梁上，并且在支撑横梁下端面通过螺母将支撑螺杆锁紧；测量垂直悬浮力时，4个万向球和4个支撑螺杆安装在杜瓦(14)的圆周方向外壁，根据所测量的高温超导磁悬浮轴承超导定子的高度在4根支撑立柱上的位置调整通孔安装螺杆紧固装置，4根支撑螺杆通过螺杆紧固装置固定于4根支撑立柱上，每根支撑螺杆的一端与1个万向球固定连接，万向球的球面与杜瓦(14)的圆周方向外壁相切，支撑螺杆的另一端穿过螺杆紧固装置的中心螺纹通孔与位于支架外的手轮连接。4.按照权利要求1所述的高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置，其特征在于：所述的永磁转子固定装置与三轴运动机械手垂向机械臂的滑块固定连接；永磁转子固定装置的背面与垂向机械臂滑块的上端面贴合，永磁转子固定装置带螺纹孔的下端面与滑块上端面垂直；垂向机械臂的上端装有垂向伺服电机，垂向机械臂内装有滚珠丝杠，滚珠丝杠的一端固定于垂向机械臂的下端部，滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国民，李万杰，邱清泉，余志强，艾力旺，高智远，宋乃浩，周微微，靖立伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11