一種超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】一種超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，包括超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子（1）、轉(zhuǎn)子腔（2）、加轉(zhuǎn)槽一（3）、進(jìn)氣口一（6）、進(jìn)氣口二（7）、出氣口一（8）、出氣口二（9）、加轉(zhuǎn)槽二（10）。向進(jìn)氣口一（6）進(jìn)氦氣，通過氦氣摩擦帶動(dòng)超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子（1）旋轉(zhuǎn)，氦氣通過加轉(zhuǎn)槽一（3）從出氣口一（8）排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子（1）逆時(shí)針加速和順時(shí)針減速。向進(jìn)氣口二（7）進(jìn)氣，氦氣通過加轉(zhuǎn)槽（10）從出氣口二（10）排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子（1）順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速。該驅(qū)動(dòng)裝置能夠滿足超導(dǎo)轉(zhuǎn)子（1）驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、無(wú)損耗的要求。
【專利說(shuō)明】一種超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)材料和低溫技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)新型精密儀器裝置設(shè)備的研制起著巨大的推動(dòng)作用。超導(dǎo)體獨(dú)特的物理特性能有著其它材料不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，尤其是超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)越來(lái)越受到廣泛關(guān)注。低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)子懸浮可基于超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)可以理解為處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體的電阻和磁導(dǎo)率均為零，可把它看成為理想的反磁體，外磁場(chǎng)磁力線無(wú)法穿入到超導(dǎo)體的內(nèi)部。外磁場(chǎng)的磁力線平行于超導(dǎo)體表面，在超導(dǎo)體表面感生出的超導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向恰好與外磁場(chǎng)方向相反，兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生磁作用力表現(xiàn)為非接觸式的機(jī)械力的形式使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子懸浮起來(lái)。超導(dǎo)磁懸浮作用力為電磁推力，當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離懸浮中心時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)向懸浮中心位置移動(dòng)，具有自適應(yīng)穩(wěn)定性。把超導(dǎo)電性和經(jīng)典力學(xué)理論相結(jié)合可得到穩(wěn)定的超導(dǎo)磁懸浮，同時(shí)這種非接觸式的懸浮可以在無(wú)能量損失的情況下穩(wěn)定運(yùn)行。懸浮剛度主要受超導(dǎo)材料的臨界溫度和臨界磁場(chǎng)限制，因此超導(dǎo)磁懸浮材料的選擇也很重要。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)要有超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮作為前提條件，超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)。首先整個(gè)懸浮系統(tǒng)工作在低溫環(huán)境下，材料的化學(xué)活動(dòng)性、膨脹系數(shù)等都大大降低；其次超導(dǎo)體的零電阻和邁斯納效應(yīng)使其能量損耗幾乎為零。超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的這些特點(diǎn)為發(fā)展高精度器件和儀器裝置奠定了基礎(chǔ)。
[0003]國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)【光纖傳感測(cè)量系統(tǒng)在超導(dǎo)球形轉(zhuǎn)子中的應(yīng)用，胡新寧等，光學(xué)精密工程，2008，16 (11):2092-2097]中設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制信號(hào)圖形為八個(gè)，驅(qū)動(dòng)時(shí)A、B兩相電機(jī)間隔性交替通電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，不是兩相電機(jī)繞組交替連續(xù)通電，驅(qū)動(dòng)作用時(shí)間少，效率低。專利CN101674042A對(duì)前述驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)兩相電機(jī)的連續(xù)通電，進(jìn)一步提高了效率。但是以上兩種方法均需要通過超導(dǎo)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不僅需要在轉(zhuǎn)子附近增加定子線圈和外圍電源供電系統(tǒng)，而且兩相電機(jī)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生交流損耗降低了轉(zhuǎn)子的臨界磁場(chǎng)和臨界溫度等性能參數(shù)。因此以上`所述的兩種驅(qū)動(dòng)方法仍不能滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、損耗低、高穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提出一種超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子的無(wú)損耗穩(wěn)定加速旋轉(zhuǎn)，能夠滿足超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)便、穩(wěn)定、無(wú)損耗的要求。
[0005]本發(fā)明超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置包括超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子腔、進(jìn)氣口一、進(jìn)氣口二、出氣口一、出氣口二、加轉(zhuǎn)槽一、加轉(zhuǎn)槽二，以及泄露氣體排氣口。
[0006]本發(fā)明進(jìn)氣口一順轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽一的一端連接進(jìn)氣口一，加轉(zhuǎn)槽一的另一端連接出氣口一；出氣口一順轉(zhuǎn)子腔內(nèi)球面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的切向方向平行。[0007]本發(fā)明進(jìn)氣口二順轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽二的一端連接進(jìn)氣口 二，加轉(zhuǎn)槽二的另一端連接出氣口二；出氣口二順轉(zhuǎn)子腔內(nèi)球面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔內(nèi)腔面的切向方向平行。
[0008]本發(fā)明出氣口 一和出氣口二的孔徑分別大于進(jìn)氣口 一和進(jìn)氣口 二的孔徑。
[0009]本發(fā)明加轉(zhuǎn)槽一和加轉(zhuǎn)槽二是在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)赤道面附近位置關(guān)于球心對(duì)稱布置的兩段圓弧形凹槽。
[0010]本發(fā)明向進(jìn)氣口一進(jìn)氣，出氣口一排氣，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針加速和順時(shí)針減速。向進(jìn)氣口二進(jìn)氣，出氣口二出氣，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速。
[0011]所述的加轉(zhuǎn)槽一和加轉(zhuǎn)槽二為在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)赤道面附近位置關(guān)于球心對(duì)稱布置的兩段圓弧形凹槽。加轉(zhuǎn)槽邊緣有凸起，該加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起高于轉(zhuǎn)子腔的內(nèi)腔面，使加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的間隙小于轉(zhuǎn)子腔和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的間隙，以減少通過加轉(zhuǎn)槽的氣體從加轉(zhuǎn)槽的兩側(cè)泄露，使加轉(zhuǎn)槽內(nèi)保持一定氣壓，提高加速效率。
[0012]本發(fā)明加轉(zhuǎn)槽邊緣外側(cè)布置有多個(gè)泄露氣體排氣口。泄露的氣體通過泄露氣體排氣口抽出，減小加轉(zhuǎn)時(shí)的氣體阻力。
[0013]本發(fā)明轉(zhuǎn)子加速度與加轉(zhuǎn)槽長(zhǎng)度、寬度和槽內(nèi)氣體壓強(qiáng)以及槽外氣體阻尼有關(guān)。加轉(zhuǎn)的原理是通過氣體與轉(zhuǎn)子摩擦將氣體動(dòng)量矩交換給轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子具有旋轉(zhuǎn)加速度。
[0014]所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子懸浮在轉(zhuǎn)子腔中心位置，當(dāng)向進(jìn)氣口一通入氦氣，通過氦氣摩擦帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，氦氣通過出氣口一排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針加速和順時(shí)針減速；當(dāng)向進(jìn)氣口二通入氦氣，通過出氣口二排氣，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速；當(dāng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，通過泄露氣體排氣口將剩余氣體抽出，以保持轉(zhuǎn)子腔內(nèi)高真空。
[0015]本發(fā)明驅(qū)動(dòng)裝置不采用超導(dǎo)電機(jī)結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子無(wú)交流損耗產(chǎn)生，提高了超導(dǎo)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)加速穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是超導(dǎo)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置俯視剖面圖，圖中:1超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、2轉(zhuǎn)子腔、3加轉(zhuǎn)槽一、6進(jìn)氣口一、7進(jìn)氣口二、8出氣口一、9出氣口二、10加轉(zhuǎn)槽二 ；
[0017]圖2超導(dǎo)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置正視圖，圖中:4加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起、5泄露氣體排氣口 ；
[0018]圖3超導(dǎo)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置加轉(zhuǎn)槽結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明低溫超導(dǎo)球形轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置包括球形的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子腔2、加轉(zhuǎn)槽一 3、泄露氣體排氣口 5、進(jìn)氣口一 6、進(jìn)氣口二 7、出氣口一 8、出氣口二 9，以及加轉(zhuǎn)槽二 10。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I為球形轉(zhuǎn)子，外徑38mm-50mm。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I與轉(zhuǎn)子腔2的間隙為0.5mm。進(jìn)氣口一 6順轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽一 3的一端連接進(jìn)氣口一 6，加轉(zhuǎn)槽一 3的另一端連接出氣口一 8;出氣口
一8順轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)球面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的切向方向平行。出氣口一 8的孔徑大于進(jìn)氣口一 6的孔徑，以保證輸入氦氣速率,提高加速效率。向進(jìn)氣口一 6通入2K溫度的氦氣，氦氣速度300m/s左右，通過氦氣摩擦帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，氦氣通過出氣口一 8排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I逆時(shí)針加速，若超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I已經(jīng)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則向進(jìn)氣口一 6進(jìn)氣，出氣口一 8排氣，對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I來(lái)說(shuō)形成順時(shí)針減速。進(jìn)氣口二 7順轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽二 10的一端連接進(jìn)氣口二 7，加轉(zhuǎn)槽二 10的另一端連接出氣口二 9 ;出氣口二 9順轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)球面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)腔面的切向方向平行。出氣口二 9孔徑大于進(jìn)氣口二 7孔徑。向進(jìn)氣口二 7進(jìn)氣，通過出氣口二 10排氣，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速。加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10是在轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)赤道面附近位置球心對(duì)稱布置的兩段圓弧形凹槽，加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10的邊緣帶有加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4，加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10的通道兩側(cè)布置泄露氣體排氣口 5。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10為在轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)赤道面附近位置關(guān)于球心對(duì)稱布置的兩段圓弧形凹槽。加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10邊緣上帶有加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4，加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4高于轉(zhuǎn)子腔2的內(nèi)腔面，使加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I的間隙為0.05mm-0.1mm，此間隙小于轉(zhuǎn)子腔2和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I之間的間隙，使加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽
二10形成近似密封的通道，以減少通過加轉(zhuǎn)槽一 3或加轉(zhuǎn)槽二 10的氣體從加轉(zhuǎn)槽的兩側(cè)泄露，并且保持加轉(zhuǎn)槽內(nèi)具有IOOOpa量級(jí)的氣壓，提高加速效率。加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二10的槽寬為5-8mm，深度為l_2mm。加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4的寬度為0.5_1臟。加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10的兩側(cè)布置有泄露氣體排氣口 5，從加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起4和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I的間隙向外泄露的氣體通過泄露氣體排氣口 5抽出，減小超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I加轉(zhuǎn)時(shí)的氣體阻力。
[0022]所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I懸浮在轉(zhuǎn)子腔2的中心位置。當(dāng)向進(jìn)氣口一 6通入氦氣，通過氦氣摩擦，帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I旋轉(zhuǎn)，氦氣通過出氣口 一 8排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I逆時(shí)針加速和順時(shí)針減速。當(dāng)向進(jìn)氣口二 7進(jìn)氦氣，通過出氣口二 10排氣，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，通過泄露氣體排氣口 5將剩余氣體抽出，保持轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)10_4pa以上的高真空。
[0023]如圖3所示，加轉(zhuǎn)槽一 3和加轉(zhuǎn)槽二 10的兩側(cè)布置多個(gè)泄露氣體排氣口 5。將泄露的氣體通過泄露氣體排氣口 5抽出，泄露氣體排氣口 5的數(shù)量越多，轉(zhuǎn)子腔2內(nèi)的剩余氣體越少，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子I加轉(zhuǎn)時(shí)的氣體阻力越小。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置包括超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子(I)、轉(zhuǎn)子腔(2)、加轉(zhuǎn)槽一(3)、泄露氣體排氣口(5)、進(jìn)氣口一(6)、進(jìn)氣口二(7)、出氣口一(8)、出氣口二(9)和加轉(zhuǎn)槽二(10);進(jìn)氣口一(6)順轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽一(3)的一端連接進(jìn)氣口一(6)，加轉(zhuǎn)槽一(3)的另一端連接出氣口一(8);出氣口一(8)順轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)球面的逆時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的切向方向平行； 進(jìn)氣口二(7)順轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的切向方向平行，加轉(zhuǎn)槽二(10)的一端連接進(jìn)氣口二(7)，加轉(zhuǎn)槽二(10)的另一端連接出氣口二(9);出氣口二(9)順轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)球面的順時(shí)針切向方向設(shè)置，其中心線與轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)腔面的切向方向平行； 加轉(zhuǎn)槽一(3 )和加轉(zhuǎn)槽二( 10 )是在轉(zhuǎn)子腔(2 )內(nèi)赤道面附近位置關(guān)于球心對(duì)稱布置的兩段圓弧形凹槽，加轉(zhuǎn)槽一(3)和加轉(zhuǎn)槽二( 10)的邊緣帶有加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起(4)，加轉(zhuǎn)槽一(3)和加轉(zhuǎn)槽二(10)的兩側(cè)布置有泄露氣體排氣口(5);出氣口一(8)和出氣口二(9)的孔徑分別大于進(jìn)氣口一( 6 )和進(jìn)氣口二( 7 )的孔徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起(4)高于轉(zhuǎn)子腔(2)的內(nèi)腔面，S卩加轉(zhuǎn)槽邊緣凸起(4)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)的間隙小于轉(zhuǎn)子腔(2)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(3)的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)球轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)懸浮在轉(zhuǎn)子腔(2)中心位置時(shí)，向進(jìn)氣口一(6)通入氦氣，通過氦氣摩擦帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)旋轉(zhuǎn)，氦氣通過出氣口一(8)排出，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)逆時(shí)針加速和順時(shí)針減速；向進(jìn)氣口二(7)進(jìn)氣，通過出氣口二(9)排氣，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)順時(shí)針加速和逆時(shí)針減速；超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(I)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，通過泄露氣體排氣口(5)將剩余氣體抽出，保持轉(zhuǎn)子腔(2)內(nèi)高真空。
【文檔編號(hào)】F01D9/00GK103758577SQ201410006872
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】胡新寧, 王秋良, 王暉, 崔春艷, 戴銀明, 劉建華, 程軍勝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所