一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承制造技术

本发明专利技术涉及低温超导技术领域，尤其涉及一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承，由转子和永磁定子组成，与现有技术不同的是，所述转子包括圆柱状的、不导磁的固态熔凝石英材质的转子体，转子体的周向表面涂敷纯金属铌的超导涂层，超导涂层的周向表面通过激光脉冲烧蚀出隧穿点位孔，其中M个隧穿点位孔关于转子体的轴心辐射状均布并两两对穿、N

【技术实现步骤摘要】
一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承


[0001]本专利技术涉及低温超导
，尤其涉及一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承。

技术介绍

[0002]轴承在旋转机械中应用广泛。工业生产中使用较多的有机械轴承、电磁轴承和永磁轴承。机械轴承的结构简单，但是易磨损，需要频繁维护。机械轴承产生的摩擦力较大，限制了旋转机械的转速。电磁轴承是一种悬浮轴承，其摩擦力比机械轴承小，但是需要外部电源和控制系统，增加了使用的复杂度，是以复杂高耗电控制系统为代价来消除摩擦。永磁轴承结构简单，但是缺乏自稳定性，无法单独使用。
[0003]近年来，随着高温超导材料的出现，超导技术得到了快速发展。理想状态的超导体具有完全抗磁性：当超导体进入超导态后，超导体内的磁通量将全部被排出超导体外，磁感应强度恒等于零。然而在实际中超导体表面总会存在很多凹陷和褶皱，使得超导体并不总是严格遵循完全抗磁性。例如钇钡铜氧化物超导薄膜的晶格缺陷，会形成电子的量子遂穿效应，那么缺陷处的两边的电子会形成大量的电子对，这时候磁力线就会穿过缺陷处，对超导体施加钉扎力。如果穿过的磁力线足够多，钉扎力足以抵消超导体自身重力，形成磁力线悬挂，即量子锁定。
[0004]受到均匀磁力线钉扎力的超导体在非均匀磁场中具有自稳定悬浮特性，这种悬浮特性称为无源自稳定性。由于具有无源自稳定性、无摩擦、低损耗等特点，磁力线钉扎悬挂效应可用于超导轴承。目前已见于报道的超导轴承，其定转子一般为超导定子和永磁转子，当超导定子进入超导态，永磁转子的磁通被超导定子俘获，并被钉扎在钉扎中心处。由于钉扎力的作用，转子在轴向和径向上保持稳定，形成稳定悬浮。当永磁转子上安装了驱动设备(通常为电机)，处于磁悬浮状态的永磁转子就可以实现高速旋转。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承，由转子和永磁定子组成，与现有技术不同的是，所述转子包括圆柱状的、不导磁的固态熔凝石英材质的转子体，转子体的周向表面涂敷纯金属铌的超导涂层，超导涂层的周向表面通过激光脉冲烧蚀出隧穿点位孔，其中M个隧穿点位孔关于转子体的轴心辐射状均布并两两对穿、N
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M个隧穿点位孔沿转子体的轴向直线阵列或螺旋阵列，M为≥12的偶数，N为大于等于6的整数。
[0006]进一步地，还包括低温维持系统，低温维持系统能够使超导涂层的温度维持在110K以下。
[0007]进一步地，低温维持系统包括盘设在转子体表面的液氮循环管路。
[0008]进一步地，还包括控制系统，控制系统包括控制卡和PLC，用于对磁场信息、温度信息进行通讯、处理、转化，在人机操作界面实现对温度参数的显示。
[0009]进一步地，永磁定子包括定子体、旋转限位、固联件、刹车机构，固联件将旋转限位固定在定子体上；转子上固设滑移块，滑移块在旋转限位内部滑动，刹车机构通过控制滑移块控制转子静止或滑移。
[0010]本专利技术还要求保护这一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承在机械装备、航空、航天领域的应用。
[0011]与现有技术相比，本专利技术利用超导体的迈斯纳效应，永磁定子磁通被转子表面的金属铌超导涂敷层屏蔽，但部分磁力线通过预置的隧穿点位孔对转子产生钉扎力，隧穿点位孔周期性规则排列使磁通钉扎力在轴向和径向保持平衡，可形成稳定的磁力线钉扎锁定悬挂，对转子施加交变磁场后，处于磁力线钉扎悬挂状态的转子即可实现高速稳定旋转。
附图说明
[0012]图1是本专利技术转子的结构示意图。
[0013]图中标号：转子体
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1，金属铌涂层
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2，隧穿点位孔
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3，隧穿磁力线
‑
4，被屏蔽磁力线
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5。
具体实施方式
[0014]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0015]一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承，由转子和永磁定子组成，如图1所示，所述转子包括圆柱状的、不导磁的固态熔凝石英材质的转子体1，转子体1的周向表面涂敷纯金属铌的超导涂层2，超导涂层2的周向表面通过激光脉冲烧蚀出144个隧穿点位孔3，这144个隧穿点位孔3共分为6组，这6组沿转子体1的轴向直线阵列，每组共24个隧穿点位孔3，它们关于转子体1的轴心辐射状均布并两两对穿。还包括低温维持系统，低温维持系统能够使超导涂层2的温度维持在110K以下。低温维持系统包括盘设在转子体1表面的液氮循环管路。还包括控制系统，控制系统包括控制卡和PLC，用于对磁场信息、温度信息进行通讯、处理、转化，在人机操作界面实现对温度参数的显示。永磁定子包括定子体、旋转限位、固联件、刹车机构，固联件将旋转限位固定在定子体上；转子上固设滑移块，滑移块在旋转限位内部滑动，刹车机构通过控制滑移块控制转子静止或滑移。
[0016]隧穿点位孔3围绕转子体轴心呈辐射状均匀分布，能够保证圆筒状转子一直能接受钉扎力，保持悬挂状态。隧穿点位总是如图中所示两两对应，隧穿点位是用激光脉冲在表面金属涂层上烧蚀出来的小孔，其深度是从金属涂层表面到石英圆筒表面。圆筒不用打孔，因为磁力线可以直接穿过非金属，所以只须在金属涂层制造小孔即可保证磁力线通过。由于超导体的迈斯纳效应，永磁定子磁通被转子表面的金属铌超导涂敷层屏蔽，但部分磁力线通过预置的激光烧蚀隧穿点位对转子产生钉扎力，磁力线隧穿点位周期性规则排列使磁通钉扎力在轴向和径向保持平衡，可形成稳定的磁力线钉扎锁定悬挂，对转子施加交变磁场后，处于磁力线钉扎悬挂状态的转子即可实现高速稳定旋转。
[0017]本专利技术未详细描述之处为本领域的现有技术或公知常识。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承，由转子和永磁定子组成，其特征在于，所述转子包括圆柱状的、不导磁的固态熔凝石英材质的转子体（1），转子体（1）的周向表面涂敷纯金属铌的超导涂层（2），超导涂层（2）的周向表面通过激光脉冲烧蚀出隧穿点位孔（3），其中M个隧穿点位孔（3）关于转子体（1）的轴心辐射状均布并两两对穿、N
×
M个隧穿点位孔（3）沿转子体（1）的轴向直线阵列或螺旋阵列，M为≥12的偶数，N为大于等于6的整数。2.根据权利要求1所述的一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超导轴承，其特征在于，还包括低温维持系统，低温维持系统能够使超导涂层（2）的温度维持在110K以下。3.根据权利要求2所述的一种多点隧穿磁力线钉扎式自稳定超...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福臻，刘阳，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司烟台分公司，
类型：发明
国别省市：