[发明专利]高温超导悬浮型飞轮转子支撑特性的测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种高温超导悬浮型飞轮转子支撑特性的测试装置及方法，测试装置包括真空室、十字滑台、第一夹持结构、第二夹持结构和驱动机构，第一夹持结构将超导定子夹持固定在真空室内预设位置，第二夹持结构将穿入超导定子的转子夹持固定，第二夹持结构设置在十字滑台上，转子通过旋转轴与驱动机构动力连接，通过十字滑台移动能够带动转子沿水平面的横向和纵向移动；其中，旋转轴上设置有感测转子与超导定子水平相对位置的位移传感器，超导定子的轴向和/或径向设置有感测轴向悬浮力和/或径向悬浮力的力传感器。本发明有利于调整高温超导悬浮型飞轮场冷位置达到最优状态，同时可以实现静态和动态旋转状态下运行参数的测量。

技术领域

本发明涉及飞轮储能技术领域，特别涉及一种高温超导悬浮型飞轮转子支撑特性的测试装置及方法。

背景技术

飞轮储能是一种环境友好型储能技术，通过高速旋转的飞轮惯量块储存和释放能量。飞轮储能主要包含飞轮转子、电机和控制系统，为了提高飞轮储能容量，通常采用提高转速和转动惯量来实现，因此飞轮转子不光要满足载重需求，还要应对高速旋转的陀螺效应和摩擦损耗。高温超导悬浮型飞轮转子是一种自主悬浮、无需控制的非接触式自稳定转子。其优点在于无需额外的电磁控制，是自然界唯一一种可以六自由度稳定的材料，具备很好的悬浮刚度。

不同于机械转子的稳定接触，以及电磁转子精确的电磁控制，超导型飞轮转子对于场冷的初始位置要求十分严苛，当转子处在水平偏心或者垂直偏移的位置时不能自动回正，此时转子悬浮刚度不足，一旦驱动飞轮转子旋转会产生剧烈震动，因此高温超导悬浮型飞轮转子的支撑特性测量十分必要。

高温超导悬浮型飞轮转子支撑特性的测量工况主要分为静态悬浮状态和动态旋转状态，在静态悬浮状态下，悬浮力和悬浮刚度是十分重要的参数；在动态旋转过程中，则更加关注阻尼系数，共振频率和旋转损耗等参数。其中，悬浮力代表了载重能力，而悬浮刚度代表了飞轮转子偏移中心位置的回复能力。为了提高高温超导体的悬浮性能，通常在制备过程中加入籽晶杂质，使得超导块材之间性能差异性较大，高温超导磁体的理论参数与实际性能有一定差异性，通过实验测试验证并修正理论参数的数值；实验测量结果可以帮助飞轮储能系统研究整体旋转稳定性，为飞轮电机的控制策略提供参考。由于现有的高温超导悬浮型飞轮转子是一种处于试验室研究阶段的产物，相关支撑特性的测量装置未见有相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温超导悬浮型飞轮转子支撑特性的测试装置及测试方法。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种高温超导悬浮型飞轮支撑特性的测试装置，所述高温超导悬浮型飞轮包括超导定子和转子，所述测试装置包括真空室、十字滑台、第一夹持结构、第二夹持结构和驱动机构，所述十字滑台、第一夹持结构、第二夹持结构和竖直滑台分别设置在所述真空室中，所述第一夹持结构将所述超导定子夹持固定在所述真空室内预设位置，所述第二夹持结构将穿入所述超导定子的转子夹持固定，所述第二夹持结构设置在所述十字滑台上，所述转子通过旋转轴与所述驱动机构动力连接，通过所述十字滑台移动能够带动所述转子沿水平面的横向和纵向移动；其中，所述旋转轴上设置有感测所述转子与所述超导定子水平相对位置的位移传感器，所述超导定子的轴向和/或径向设置有感测轴向悬浮力和/或径向悬浮力的力传感器。

进一步，还包括竖直滑台，所述竖直滑台用于带动所述转子相对所述超导定子沿竖直方向相对移动。

进一步，所述真空室上设置有抽真空接口、供电接口、冷却液进出口和通讯接口，所述抽真空接口用于与抽真空设备连接对所述真空室内抽真空，所述供电接口用于对所述十字滑台、所述竖直滑台和所述驱动机构供电，所述冷却液进出口用于向所述超导定子输送冷却液，所述通讯接口用于外部设备与所述真空室内的电子设备间通讯连接。

进一步，所述真空室内还设置有测量所述转子的三维磁场均匀性的高斯计。

进一步，所述超导定子的内壁上设置有超导块材，所述转子由永磁环和聚磁铁环交替构成。