高温超导混合磁悬浮轴承系统的研究

发布时间：2021-10-21 06:29

　　磁悬浮轴承是一种利用磁场力将转子悬浮于空中,使定子与转子之间实现无机械接触的一种新型高性能轴承。高温超导块材最有希望应用的领域之一是超导磁悬浮轴承。这是因为高温超导块材在处于超导态时具有很强的抗磁性和磁通钉扎性,可使其与永磁体之间产生一个稳定的磁力,故无需施加任何控制就能使转子稳定地悬浮。本文首次在国内外提出了一种新型的立式永磁有源高温超导混合磁悬浮轴承研究方案。即采用高温超导块材提供稳定力,高温超导线圈制成的有源磁轴承提供控制力,永磁轴承提高径向刚度,从而保证主轴的稳定旋转。本项研究对发展磁悬浮轴承技术以及高温超导块材工程应用具有一定的理论研究意义和实践探索价值。本文分别介绍了超导磁悬浮轴承、有源磁悬浮轴承和永磁磁悬浮轴承的工作原理。在此基础上,首次研制了新型五自由度高温超导混合磁悬浮轴承的实验装置。基于Bean临界态磁化模型,使用有限元法分析计算了超导磁悬浮轴承的磁场分布及其悬浮力,并对新型高温超导混合磁悬浮轴承的模型验证装置进行了测试和分析。研究了单自由度有源混合磁悬浮轴承的数学模型及其控制方法;研究了基于PID算法的数字控制器,提出了对系统参数进行设计和整定的方法;设计了一套以... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

高温超导混合磁悬浮装置

向磁悬浮轴承，也为径向磁悬浮轴承，可以实现转子的稳定悬浮和运转。但是，其所能提供的径向稳定力毕竟很小，约只有10N左右，不足以使主轴在高速旋转下达到稳定，所以本文使用了径向的永磁轴承来做一补充。如图2.3所示为高温超导混合磁悬浮轴承样机剖视图。为了使超导磁悬浮的工作间隙可控，并在需要的时候增大承载力，在底部采用了由高温超导线圈制成的轴向主动磁悬浮轴承。由于高温超导磁悬浮轴承的径向刚度和阻尼小，在主轴中部的位置装有两个径向的永磁轴承，用以控制转子由静态稳浮过渡到稳定旋转的动态过程时产生的径向摆动，提高径向刚度和阻尼，从而实现转子的高速运转。在转子两端装有保护轴承，以便系统调试，以及系统高速运转失控时起保护作用。在主轴中部还装有直流无刷电机，用以驱动转子高速旋转。在主轴底端装有内嵌永磁圆柱体和永磁环的飞轮盘

特别值得一提的是，高温超导磁悬浮是目前所有悬浮形式中唯一能实现自行调节相对稳定的悬浮，即在外界干扰下，无需任何附加的控制，就能恢复到原来的平衡位置。图3.1为永磁体稳定悬浮于高温超导体之上的照片。图3.1永磁体悬浮于高温超导块材之上的照片 Fig3.1PermanentmagnetsusPendontheHTSbulk

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于DSP的电磁轴承开关功率放大器特性分析[J]. 朱凯,李国栋.  制造技术与机床. 2006(10)
[4]电磁永磁混合悬浮系统的建模仿真与实验[J]. 徐绍辉,徐正国,金能强,史黎明.  辽宁工程技术大学学报. 2006(04)
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[6]基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统的研究与应用[J]. 黄义,胡业发.  武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(05)
[7]永磁磁悬浮轴承[J]. 魏勇,张大卫.  现代零部件. 2004(08)
[8]磁悬浮储能飞轮系统研究进展[J]. 周宇,蒋书运,赵雷.  低温与超导. 2003(01)
[9]大畴YBCO超导块[J]. 任洪涛,肖玲,焦玉磊,郑明辉.  低温与超导. 2000(03)
[10]超导混合磁力轴承的发展现状和前景[J]. 方家荣,林良真,夏平畴,严陆光.  电工电能新技术. 2000(01)

博士论文
[1]高温超导混合磁悬浮轴承系统的研究与实验[D]. 方家荣.中国科学院电工研究所 2001

硕士论文
[1]超导悬浮系统的悬浮力分析[D]. 王琳.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006



本文编号：3448429