一种非接触式机械能传递试验台及其试验方法技术

本发明专利技术提供了非接触式机械能传递试验台及其试验方法，利用超导磁通钉扎效应实现“隔空传动”，即通过被超导体捕获的、不可见的磁通线联接超导主动件与永磁从动件，进而传递动力及运动。试验台主要由超导组件、永磁组件、转速传感器、扭矩仪等构成，永磁组件由嵌装于从动轴端圆盘上的偶数个永磁球组成；通过伺服电机为超导主动件提供回转运动的动力，与从动轴联接的扭矩仪获取传递的扭矩大小，由转速传感器获取传递的转速大小，调节机构实现超导主动件与永磁从动件之间的间隙调节。本发明专利技术所提出的非接触式机械能传递模式是一种自稳定的“隔空传动”模式，能够满足密闭空间、有毒物质搅拌、对洁净度要求高等场所的机械能传递要求。

A non-contact mechanical energy transfer test-bed and its test method

The invention provides a non-contact mechanical energy transfer test-bed and a test method thereof, which uses the superconducting flux pinning effect to realize the \space separation drive\, that is, through the invisible flux line captured by the superconductor, the superconducting driving part and the permanent magnet driven part are connected, and then the power and motion are transferred. The test-bed is mainly composed of superconducting component, permanent magnet component, speed sensor, torque meter, etc. the permanent magnet component is composed of even number of permanent magnet balls embedded in the disk at the end of the driven shaft. The servo motor provides the power for the superconducting driving part to rotate, the torque meter connected with the driven shaft obtains the transmitted torque, the speed sensor obtains the transmitted speed and regulates the mechanism The gap between superconducting actuator and permanent magnet follower can be adjusted. The non-contact mechanical energy transfer mode proposed by the invention is a self stable \drive by separation\ mode, which can meet the requirements of mechanical energy transfer in the enclosed space, the mixing of toxic substances, and the places with high cleanliness requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式机械能传递试验台及其试验方法
本专利技术涉及机械能传递模式及测试仪器
，具体涉及一种基于超导磁通钉扎效应的非接触式机械能传递试验台及其试验方法。
技术介绍
机械能的传递在工程中随处可见，一般特指利用机械方式来传递动力和运动。具体可分为两类：一类是靠机件间的摩擦力实现传递，如带传动；另一类是靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合实现传递，如齿轮传动、链传动等。这些传统的机械能传递方式都是机械接触式的，即主动件与从动件之间直接接触或通过中间机件联接为一体，因此不可避免地存在机械磨损、磨屑污染等问题。在一些特殊应用情况下，例如密闭空间、有毒物质搅拌及洁净度要求高的场所，上述接触式机械能传递模式将难以采用或存在难以忽视的安全风险。较好的解决途径是采用非接触式机械能传递方式，取消主动件与从动件之间的机械联接，从而实现密封空间的“隔空传动”、阻断危险介质或超洁净环境与外界环境的接触，同时能避免接触式机械能传递方式中产生的磨屑污染问题。目前已有的非接触式机械能传递方式都是基于永磁场或电磁场之间的相互作用实现的，从动件与主动件之间呈现主动控制的悬浮状态，控制方式或系统复杂、可靠性低。实际上，永磁悬浮和电磁悬浮是本质非稳定的悬浮状态，存在随时失稳的可能性。这些已有的非接触式机械能传递方式难以确保特殊场所的安全可靠性性。因此，发展一种新型的、稳定性优越的非接触式机械传动模式及试验台具有工程迫切性。
技术实现思路
本专利技术旨在针对传统接触式及已有的非接触式机械能传递方式的缺点，提出一种基于超导磁通钉扎效应的非接触式机械能传递试验台及其试验方法，实现一种稳定的“隔空传动”，满足密闭空间、有毒物质搅拌、洁净度要求高等场所的机械能传递要求。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种非接触式机械能传递试验台，其结构特点是：超导组件、永磁组件与扭矩仪呈自下向上逐层安装于所述试验台上，所述超导组件的超导主动件、所述永磁组件的从动轴以及所述扭矩仪的测量头共轴设置；以所述超导组件为主动件，所述超导组件的超导主动件呈同轴内置并紧固于冷却容器内腔中，与所述冷却容器形成同步回转构件，由驱动装置驱动能够绕中轴线回转，所述冷却容器由带孔的封盖封装；以安装在高度位置可调的中层平台上的所述永磁组件为从动件，所述永磁组件的从动轴由轴承支承呈竖向贯穿所述中层平台，底部露出端具有圆盘，悬伸于所述超导主动件的正上方，偶数个永磁球呈周向间隔均布、嵌装于所述圆盘盘体上；所述中层平台上设有用于测量从动轴转速的转速传感器，所述转速传感器的探头与从动轴之间的径向间距可调；所述扭矩仪由高度位置可调的上层平台支撑，测量头向下悬伸于从动轴顶部露出端的正上方，并能够与从动轴顶部露出端形成同轴装配，实现对从动轴扭矩的测量。本专利技术的结构特点也在于：所述超导主动件由第二类高温超导材料制成，内部均匀掺杂非超导相粒子。所述冷却容器整体为轴对称结构，内胆围设形成顶端开口的内腔，与外壁之间填充有隔热层，带有出气孔的封盖螺纹封装于冷却容器顶端；所述内腔底端中部凸起形成顶部开口的安装槽，所述超导主动件呈柱状结构，插设于安装槽中，由多个沿周向间隔均布的径向螺钉紧固；所述冷却容器的底端中部下凸形成主动轴，所述主动轴由滚动轴承支承于试验台的下层平台上，与伺服电机的输出轴通过联轴器相连。所述永磁球是通过粘胶嵌装于所述圆盘盘体上。所述转速传感器通过调节螺栓安装于中层平台上的传感器安装座上，探头沿径向朝向从动轴设置，与从动轴之间的径向间距通过所述调节螺栓可调。所述转速传感器为KH-441S一体化电涡流传感器，所述扭矩仪为WN-2型数显扭矩仪。所述中层平台与上层平台是通过相同结构形式的调节机构实现于试验台上的高度位置可调，用于所述中层平台的调节机构为：在试验台上呈对称设置一对竖向直线导轨，中层平台的两端固连于一对竖向直线导轨的滑块上。本专利技术同时还提出了一种基于上述非接触式机械能传递试验台的试验方法，包括不同驱动转速条件下或不同冷却间隙条件下对从动轴转速特性的试验，以及不同驱动转速条件下或不同冷却间隙条件下对从动轴扭矩特性的试验，分别是：第一组、不同驱动转速条件下对从动轴转速特性的试验是按如下步骤进行：步骤a1、通过中层平台的调节机构调节永磁组件上永磁球与超导主动件之间的竖向间距为初始冷却间隙后，给试验台通电；步骤a2、向冷却容器内腔中倒入液氮，使液氮面高于超导主动件上表面，充分冷却后，封装封盖；步骤a3、启动伺服电机至达到初始驱动转速，通过转速传感器测量获得该初始冷却间隙下的从动轴转速值，然后逐渐升速，获取不同驱动转速下的从动轴转速值；步骤a4、完成第一组试验，伺服电机停机；第二组、不同冷却间隙条件下对从动轴转速特性的试验是按如下步骤进行：步骤b1、完成第一组试验后，通过中层平台的调节机构逐次调节永磁球与超导主动件之间的竖向间距，每次调节完成后启动伺服电机以相同的驱动转速运行，通过转速传感器测量，获取不同冷却间隙下的从动轴转速值；步骤b2、完成第二组试验，伺服电机停机；第三组、不同驱动转速条件下对从动轴扭矩特性的试验是按照如下步骤进行：步骤c1、通过上层平台的调节机构调节扭矩仪的高度位置，使扭矩仪的测量头与从动轴的顶部露出端形成同轴装配；步骤c2、重复第一组试验步骤，通过扭矩仪测量，获取不同驱动转速下从动轴的扭矩值；步骤c3、完成第三组试验，伺服电机停机；第四组、不同冷却间隙条件下对从动轴扭矩特性的试验是按照如下步骤进行：步骤d1、通过上层平台的调节机构调节扭矩仪的高度位置，使扭矩仪的测量头与从动轴的顶部露出端形成同轴装配；步骤d2、按照第二组试验步骤进行，通过扭矩仪测量，获取不同冷却间隙下从动轴的扭矩值；步骤d3、完成第四组试验，伺服电机停机，试验台断电。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在：1、本专利技术提出了全新的非接触式机械能传递试验台及其试验方法，填补了基于超导钉扎效应的非接触式机械能传递效率测量方面的空白，具有一定的工程应用价值，给出了一种基于超导磁通钉扎特性的非接触式机械能传递方式，是一种全新的隔空传动模式，通过被超导体捕获的、不可见的磁通线将超导主动件与永磁从动件联接起来，进而传递动力及运动；相比于已有的基于永磁、电磁场的非接触传动模式，最大优点在于其优越的自稳定性；2、本专利技术提出的非接触式机械能传递方式是已有超导磁悬浮体系的逆向设计，超导磁场的作用将不仅仅局限于悬浮功能，还有联接超导主动件与永磁从动件的作用，进而传递动力及运动；3、本专利技术中的永磁组件具有创新性，不同于普通的圆柱形永磁体，是采用偶数个永磁球组装而成，这是基于原理实验结果所做的创新设计，能够保证动力传递的可靠性。附图说明图1是本专利技术的剖视结构示意图；图2是图1中A处的局部放大示意图；图3是本专利技术的立体剖视结构示意图；图4是图3另一视角的结构示意图；图5是图4中B处的局部放大示意图；图6是本专利技术的控制系统原理图。图中，1试验台；2下层平台；3中层平台；4上层平台；5冷却容器；6内胆；7外壁；8隔热层；9安装槽；10超导主动件；11径向螺钉；12主动轴；13联轴器；14伺服电机；15封盖；16出气孔；17从动轴；18圆盘；19永磁球；20转速传感器；21传感器安装座；22调节螺栓；23扭矩仪；24测量头；25直线导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式机械能传递试验台，其特征是：超导组件、永磁组件与扭矩仪(23)呈自下向上逐层安装于所述试验台(1)上，所述超导组件的超导主动件(10)、所述永磁组件的从动轴(17)以及所述扭矩仪(23)的测量头(24)共轴设置；以所述超导组件为主动件，所述超导组件的超导主动件(10)呈同轴内置并紧固于冷却容器(5)内腔中，与所述冷却容器(5)形成同步回转构件，由驱动装置驱动能够绕中轴线回转，所述冷却容器(5)由带孔的封盖(15)封装；以安装在高度位置可调的中层平台(3)上的所述永磁组件为从动件，所述永磁组件的从动轴(17)由轴承支承呈竖向贯穿所述中层平台(3)，底部露出端具有圆盘(18)，悬伸于所述超导主动件(10)的正上方，偶数个永磁球(19)呈周向间隔均布、嵌装于所述圆盘(18)盘体上；所述中层平台(3)上设有用于测量从动轴(17)转速的转速传感器(20)，所述转速传感器(20)的探头与从动轴(17)之间的径向间距可调；所述扭矩仪(23)由高度位置可调的上层平台(4)支撑，测量头(24)向下悬伸于从动轴(17)顶部露出端的正上方，并能够与从动轴(17)顶部露出端形成同轴装配，实现对从动轴(17)扭矩的测量。...

【技术特征摘要】
1.一种非接触式机械能传递试验台，其特征是：超导组件、永磁组件与扭矩仪(23)呈自下向上逐层安装于所述试验台(1)上，所述超导组件的超导主动件(10)、所述永磁组件的从动轴(17)以及所述扭矩仪(23)的测量头(24)共轴设置；以所述超导组件为主动件，所述超导组件的超导主动件(10)呈同轴内置并紧固于冷却容器(5)内腔中，与所述冷却容器(5)形成同步回转构件，由驱动装置驱动能够绕中轴线回转，所述冷却容器(5)由带孔的封盖(15)封装；以安装在高度位置可调的中层平台(3)上的所述永磁组件为从动件，所述永磁组件的从动轴(17)由轴承支承呈竖向贯穿所述中层平台(3)，底部露出端具有圆盘(18)，悬伸于所述超导主动件(10)的正上方，偶数个永磁球(19)呈周向间隔均布、嵌装于所述圆盘(18)盘体上；所述中层平台(3)上设有用于测量从动轴(17)转速的转速传感器(20)，所述转速传感器(20)的探头与从动轴(17)之间的径向间距可调；所述扭矩仪(23)由高度位置可调的上层平台(4)支撑，测量头(24)向下悬伸于从动轴(17)顶部露出端的正上方，并能够与从动轴(17)顶部露出端形成同轴装配，实现对从动轴(17)扭矩的测量。2.根据权利要求1所述的非接触式机械能传递试验台，其特征是：所述超导主动件(10)由第二类高温超导材料制成，内部均匀掺杂211非超导相粒子。3.根据权利要求1所述的非接触式机械能传递试验台，其特征是：所述冷却容器(5)整体为轴对称结构，内胆(6)围设形成顶端开口的内腔，与外壁(7)之间填充有隔热层(8)，带有出气孔的封盖(15)螺纹封装于冷却容器(5)顶端；所述内腔底端中部凸起形成顶部开口的安装槽(9)，所述超导主动件(10)呈柱状结构，插设于安装槽(9)中，由多个沿周向间隔均布的径向螺钉(11)紧固；所述冷却容器(5)的底端中部下凸形成主动轴(12)，所述主动轴(12)由滚动轴承支承于试验台(1)的下层平台(2)上，与伺服电机的输出轴通过联轴器(13)相连。4.根据权利要求1所述的非接触式机械能传递试验台，其特征是：所述永磁球(19)是通过粘胶嵌装于所述圆盘(18)盘体上。5.根据权利要求1所述的非接触式机械能传递试验台，其特征是：所述转速传感器(20)通过调节螺栓(22)安装于中层平台(3)上的传感器安装座(21)上，探头沿径向朝向从动轴(17)设置，与从动轴(17)之间的径向间距通过所述调节螺栓(22)可调。6.根据权利要求1所述的非接触式机械能传递试验台，其特征是：所述转速传感器(20)为KH-441S一体化电涡流传感器，所述扭矩仪(23...

【专利技术属性】
技术研发人员：许吉敏，黄翾，闫泳旭，胡星宇，郑文颖，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34