定中和驱动一体化的超导转子驱动方法

高速旋转的超导转子可制作高精度惯性器件,对载体的角位置或角速度进行测量,超导转子的质量偏心和球面误差是影响测量精度的主要误差源.超导转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.基于此,本文设计了一种结构简单的超导转子驱动电磁结构,并通过有限元方法研究了定子对超导转子产生的转矩,分析了定子对超导转子的定中和加转效果.基于对超导转子转矩的研究结果,提出了一种定中和驱动一体化的超导转子驱动方法,即通过定子线圈同时实现定中和驱动功能,并设计了对应的定子控制时序.最后分析了所提驱动方法驱动过程的力矩分布,并结合定子系统的响应特性对驱动效果进行了定量分析,计算了不同条件下超导转子加速到50 Hz需要的时间.结果表明,所设计的驱动电磁结构及提出的定中驱动一体化的驱动方法可以对超导转子定中和驱动,研究结果为进一步优化超导转子结构,及超导转子的驱动方法提供参考.

旋转超导转子的氦气阻尼特性

超导转子磁悬浮装置可制作角速度传感器,超导转子的高速驱动是实现超导转子磁悬浮装置高精度的基础.超导转子的热损耗和径向质量偏心会使超导转子在驱动过程中热失超和共振,所以在超导转子的驱动过程中,超导球腔中需要保持定量的氦气,以此传递超导转子的产热和抑制超导转子的共振.但氦气同时会对超导转子产生阻力,影响超导转子的驱动过程.基于此开展了超导转子在氦气中的阻力矩研究,首先引入范德瓦耳斯方程分析了低温氦气的性质,提出了一种低温氦气对超导转子阻力矩的研究方法,并进行实验验证.然后基于有限元方法分析了超导转子旋转驱动的电磁结构和电磁力矩,并研究了氦气对超导转子加速过程的影响,包括临界驱动速度、超导转子的加速时间和氦气对超导转子的摩擦热等.研究结果提供了一种低温气体对旋转超导体阻力矩的研究方法,为进一步优化超导转子的驱动过程提供参考.

超导转子磁悬浮结构磁耦合特性及承载能力分析

高速旋转的超导转子可用作高精度角速度传感器,其转子结构的质量偏心和球面误差是限制其精度提升的关键因素,转子结构越复杂,其制作和装配过程造成的质量偏心和球面误差就越大,则其测量角速度的精度越低.基于此介绍了一种转子结构简单的超导转子磁悬浮结构,并通过有限元方法对其磁悬浮结构的磁耦合特性进行研究,分析其对超导转子磁支承力的影响.然后基于磁路原理对磁支承结构的磁路建模,提出了一种对超导转子磁支承结构承载能力分析的方法,并设计出一种优化超导转子磁支承结构承载能力的方案.研究结果为超导转子磁悬浮系统的结构设计和优化,及其承载能力的分析和优化提供参考.

超导转子旋转驱动装置的设计

为了实现超导球形转子在低温环境下高速稳定的旋转,设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置。该旋转驱动装置主要包括超导定子和超导球形转子两部分,定子采用两相结构,转子采用在其内壁上开有4个窗口的空心结构。利用定子超导线圈的磁场在空心转子内壁窗口上产生的转动力矩驱动转子旋转。然后,通过Ansoft软件对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析。分析表明,驱动力矩与驱动电流的平方近似成正比例关系。在4.2K,30Pa下进行了转子旋转实验,结果显示,30A驱动电流下转子转速达到了8512r/min,表明该旋转驱动装置能够将转子加速到8500r/min以上的工作区域,为进一步优化装置设计参数以及提高转子旋转稳定性奠定了基础。

光纤传感测量系统在超导转子旋转装置中的应用

介绍了超导转子旋转驱动原理以及应用在超导转子旋转装置中的一种光纤传感测量系统。光纤传感测量系统包括微位移光纤传感器、转速光纤传感器、电机控制光纤传感器和信号读取图形,该系统能够进行转子悬浮微位移和旋转速度的测量并提供转子旋转所需的控制信号。在4.2 K低温下进行了转子悬浮和旋转实验,超导球形转子悬浮微位移测量分辨率为10μm,转子转速达到了1 365 r/min。实验结果为进一步应用光纤传感测量系统精确监控超导转子工作姿态提供了参考。

超导转子旋转轴位置测量的影响因素分析

介绍了一种用于低温装置中超导球形转子旋转轴线位置测量的反射式强度调制(R IM)型光纤传感器。在转子端面刻划矩形漫反射图形,利用该刻线图形对反射光的强度调制来获取旋转轴线位置偏移的大小和方向。用M atlab软件进行了仿真,由输出波形分析了转子刻线精度和光斑大小对光纤传感器信号拾取的影响。仿真结果为光纤传感器的设计提供了依据,对传感器在实际应用中提高信号拾取的精度具有参考价值。

利用静压气体轴承进行特殊结构超导转子的静平衡检测

文中介绍的超导转子为不完整球形的空心薄壁转子,针对该特殊结构的转子,利用气浮法进行静平衡测量,对现有的气浮测量装置进行改进,设计了一套静平衡检测的工装以及检测方法.该方法采用两个不同质量的工装与超导转子进行装配,使用静压气体轴承进行气浮,采用三点拾取法,通过高精度电涡流传感器测量不平衡方位的偏角,根据不平衡计算公式,得出转子不平衡量的大小和方位.

不完整球形超导转子静平衡的气浮测量

提出了一种控制转子不平衡量方位的气浮平衡测定方法来提高对空心薄壁不完整球形超导转子平衡量测定的精度。采用在转子内部增加重量的方法来改变转子的不平衡量大小,使得该转子的不平衡量的方位角处于精确测量范围内,当增重量变化时其测量值也会发生相应的变化,通过静不平衡计算的相关公式即可得出其静不平衡量。该方法能够提高这种超导球形转子平衡测定的精度,不破坏转子的加工精度,不影响转子的电磁特性、超导特性等。测量转子偏心距的波动大小在±6μm之内,偏心距Z轴分量的波动在±8μm之内,同时可有效提高超导重力计等基于该类型超导转子的仪器的工作性能和测量精度,对于其它无机械支撑轴转子的平衡测定也有一定借鉴意义。测量过程中采用的设备简单,实验周期短,测量结果精度较高。

空气压缩机电力拖动超导转子指向性整流控制

在完成空气压缩机电力拖动超导转子指向性整流控制的过程中,容易受到电磁干扰,导致传统的三相PWM整流器由于电流谐波大,无法有效实现空气压缩机电力拖动超导转子指向性整流控制,提出一种基于功率因数校正的空气压缩机电力拖动超导转子指向性整流控制方法,分析了功率因数校正控制算法,通过已知变量求出电动势。对空气压缩机三相电压进行转换,依据交流电流的极性对PFC整流器产生交流电压的极性进行判断,通过占空比对开关函数进行更新,给出超导转子永磁体磁链,将电动势以及转子磁链用矢量的形式进行描述,设计一个简单的传递函数完成积分计算,通过PLL对超导转子永磁体磁链矢量角度进行检测,获取PFC电流控制所需的电动势相位信息,从而有效实现空气压缩机电力拖动超导转子指向性整流控制。仿真实验结果表明,所提方法具有很高的控制效率。

超导球转子悬浮特性分析及实验研究

介绍了超导球转子的悬浮结构和原理。讨论了悬浮结构的电磁分布特点和悬浮力的计算。进行了超导球转子的悬浮实验,通过控制悬浮电流可将转子悬浮在旋转轴方向上的任意高度。结果为进一步提高转子悬浮的稳定性和刚度提供了参考。

超声冲击法去应力在超导电机转子中的应用

在研制的100kW超导电机中,其转子结构特殊,为内、外双层叠套的密闭容腔式转子。内、外转子套装后,两端密封焊接。因内转子轴向为多段式由螺栓联接组成、且其上装有超导磁极,不能承受振动或高温,故该转子焊后去应力无法按常规的几种方式:自然时效、热处理、振动时效进行。现经实际应用、检测及电机总装、试验,最终采用的新工艺—超声冲击法去应力,能达到该特殊结构的超导电机转子焊后去应力的要求。

面向电动航空的高温超导电机技术研究发展

超导电机因体积小、功率密度高和效率高等优势,在航空电推进中展现出重大的应用前景。对比分析了纯电力超导电动系统和混合动力超导电动系统的方案特点,突出超导电机对于大功率航空电推进的重要性。针对航空电推进超导电动系统对电动机和发电机的不同需求,对过去研究的高温超导样机的运行原理及结构拓扑进行归类综述,并总结分析了各自利弊。在此基础上,从超导技术、电枢绕组技术、转子技术、低温技术和绝缘技术这5方面对超导电机本体关键技术分别进行回顾总结。最后,梳理了当前超导电机在航空电推进中应用的研究进展,并对未来超导电动航空发展进行了展望。

超导磁悬浮转子过载能力分析

基于超导体迈斯纳效应的超导磁悬浮技术是一种无接触的支承方式。当超导转子旋转时,由于无摩擦阻力,转子可以达到很高的转速,这使得超导转子装置在角位移和角速度的测量领域有很大的应用潜力。当载体在加速或减速的过程中,固结于载体的超导转子就存在着过载的风险,因此有必要对其支承系统的过载能力进行分析。利用Ansoft软件对超导转子磁支承系统进行了建模,首先分析了转子悬浮于球腔中心位置时上、下支承电流的对应关系,接着分析了大、中、小三组支承电流下转子所能承受的最大过载加速度。结果表明,超导转子的支承系统类似一个"弹簧结构",对于中、小支承电流,电流值的大小对过载能力的影响较小,超导转子的过载能力主要由制造转子所用铌材料的临界磁场决定。

超导空心球形转子变形分析

超导空心球形转子的非球形误差将产生干扰力矩、引起漂移误差降低仪表精度。针对转速和温度引起超导空心球形转子的非球形误差进行分析,将超导空心球形转子模型直接从CREO中导入到有限元分析软件ANSYS,并对超导空心球形转子进行有限元变形仿真。通过对仿真结果进行分析,得出超导空心球形转子离心变形量和温度变形量,阐明了超导空心球形转子特有的变形规律,为补偿和减小转子的动态变形提供了理论依据,也为该特殊结构的空心薄壁转子的设计和优化提供了重要依据。

超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

在超导磁悬浮支承系统中,如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体,并且是表现出完全的迈斯纳态,那么由于球体的对称性,就不会产生干扰力矩.但实际的情况并非如此,一般情况下,超导球形转子总是存在加工制造误差,且在高速旋转时总是存在离心变形,因此转子的表面并不是理想的球面,当超导转子悬浮在磁场中时,沿转子表面法线方向的磁悬浮力,不是完全通过转子质心,将会产生磁支承干扰力矩,从而引起转子的漂移误差.本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发,对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析,包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩,并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式,代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小,为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考,对于转子的结构优化设计具有指导意义.