[发明专利]抑制超导磁悬浮转子振动的装置及其抑制转子振动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制转子振动的装置，特别涉及抑制低温超导磁悬浮球形转子振动的装置。

背景技术

有些超导体不仅具有零电阻效应，还具有迈斯纳效应。超导体可以看成为理想的反磁体，外磁场磁力线无法穿入到超导体的内部，而是平行于超导体表面，在超导体表面感生出的超导电流产生的磁场方向恰好与外磁场方向相反，两个磁场相互作用产生磁推力。利用超导体的迈斯纳效应可以使超导转子产生悬浮和旋转，并且可以使超导转子在无能量损失的情况下稳定运行。因此，利用超导特性研制的各种精密仪器具有极高的精度和极低的能耗。

由于加工技术条件的限制，绝对理想的转子很难实现，实际上总存在各种性质的工艺误差，主要反映在转子的质量偏心和转子表面不是理想球形两个方面。转子质量偏心使得转子的质心和球心不重合，转子在绕极轴转动时受到重力、电磁悬浮力和惯性离心力的共同作用，使转子发生偏心旋转运动。随着转子转速的提高，转子的振动不断加剧，振幅不断增大，当转子转速接近于临界转速时，转子将产生最剧烈的振动，振幅达到最大值。转子的工作转速一般高于转子的一阶临界转速，因此从转子启动加速达到工作转速的过程中，需要有效的控制手段来抑制转子的振动。当转子振动较为剧烈时，由于超导材料的非绝对均匀性的缺陷，转子在振动的状态下伴有俘获磁通和交流损耗，影响了转子的超导抗磁性，从而导致超导转子支承悬浮稳定性和支承控制精度下降。超导转子与转子腔内壁的间隙一般只有0.1-1mm，随着转子振动的加剧，振幅和振动能量增大的影响，可能导致超导转子瞬态失稳而与转子腔内壁发生碰磨现象，造成转子外表面和转子腔内壁上产生划痕而不能继续使用，严重时更可能导致转子刮蹭后失超坠落而使系统损坏。目前我国在精密制造技术和特种材料加工及工艺等方面与国外的差距，制约了高精度超导转子及超导器件的研制进展，使得我国超导转子在运行时的振动问题显得尤为突出。因此抑制转子在加、减速过程中的振动是超导转子运行研究中急需解决的关键技术之一，有效进行转子振动的控制也是超导转子能够正常安全运行的必要条件之一。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，有效抑制超导球形转子的振动，本发明提出一种抑制低温超导磁悬浮球形转子振动的装置。本发明抑制转子振动的装置结构简单、能量损耗低，方法简便，控制转子振动的效果好，可以有效保证转子的安全运行。

本发明装置包括转子腔外壳、侧向线圈、转子顶部平面、超导转子、铜板、极瓦、z轴向光纤测振传感器、x轴向光纤测振传感器、y轴向光纤测振传感器和铜环。极瓦内面呈球面，两个极瓦上下对称布置，形成转子腔。超导转子位于转子腔内。两个圆环形的侧向线圈：上侧向线圈和下侧向线圈分别紧贴固定在转子腔外壳的外侧柱面上。圆形的铜板固定在转子腔外壳的上端面，在铜板的中心处固定z轴向光纤测振传感器，z轴向光纤测振传感器的光轴垂直于转子顶部圆平面，z轴向光纤测振传感器用来检测转子在z轴向上的振动幅值。在赤道平面上的铜环上沿x坐标轴和y坐标轴方向分别安装x轴向光纤测振传感器y轴向光纤测振传感器，x、y光纤测振传感器的光轴平行于转子赤道面并指向球心，x、y轴向光纤测振传感器用来检测转子在x、y轴向上的振动幅值。超导转子在悬浮中心位置时与转子腔之间的间隙在0.3mm～0.5mm范围内。

本发明抑制超导磁悬浮转子振动装置抑制转子振动的方法步骤如下：

1.首先给上侧向线圈和下侧向线圈分别通入一定的电流使超导转子悬浮在转子腔中心，使超导转子具有一定的支承刚度K₁。超导转子启动加速后通过x轴向光纤测振传感器、y轴向光纤测振传感器和z轴向光纤测振传感器测量超导转子的x轴向、y轴向和z轴向振动幅值大小。将x轴向、y轴向和z轴向振动矢量求和后，即x轴向、y轴向和z轴向振动幅值的平方和的平方根值，作为超导转子的振动幅值，做出超导转子启动加速到达工作转速过程的振动幅值曲线，记为L₁。