用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，包括超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)軸，超導(dǎo)塊和永磁體組成超導(dǎo)軸承，超導(dǎo)塊為超導(dǎo)軸承的定子，永磁體為超導(dǎo)軸承的轉(zhuǎn)子，所述超導(dǎo)塊放置于液氮冷卻容器中；永磁體和永磁環(huán)組成永磁軸承，永磁體為永磁軸承的轉(zhuǎn)子，永磁環(huán)為永磁軸承的定子；超導(dǎo)軸承和永磁軸承共用永磁體為轉(zhuǎn)子，組成超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承，轉(zhuǎn)軸兩端與永磁體連接，所述轉(zhuǎn)軸上裝有電機(jī)的轉(zhuǎn)子和飛輪。本實(shí)用新型可以提高單靠超導(dǎo)軸承支撐的穩(wěn)定性，保證飛輪能夠高速自穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，減少能量損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，屬于磁性材料充磁【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是目前比較先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)之一，與傳統(tǒng)的化學(xué)儲(chǔ)能相比具有功率大、效率高、壽命長、無污染、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的軸承系統(tǒng)是用來支撐飛輪轉(zhuǎn)子的，是制約飛輪轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵因素之一，軸承系統(tǒng)的摩擦力和穩(wěn)定性直接影響著整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命和正常運(yùn)行。飛輪的支撐方式主要有超導(dǎo)磁懸浮、電磁懸浮、永磁懸浮、機(jī)械軸承四種。由于飛輪轉(zhuǎn)速很高，機(jī)械軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因?yàn)槟Σ量s短壽命以及消耗能量；而電磁懸浮軸承則因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的控制也需要消耗一定的能量。因此超導(dǎo)磁懸浮和永磁懸浮則作為軸承最優(yōu)支撐方式。
[0003]超導(dǎo)磁懸浮由于超導(dǎo)體的抗磁性和釘扎性能實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定懸浮，綜合了電磁懸浮和永磁懸浮的優(yōu)點(diǎn)。超導(dǎo)磁懸浮不但可以提供軸向約束，也提供徑向約束。但是對(duì)于立式超導(dǎo)磁懸浮，其主要承受軸向載荷，其軸向剛度遠(yuǎn)大于徑向剛度。在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中，為了能實(shí)現(xiàn)飛輪的高速旋轉(zhuǎn)，單靠兩個(gè)軸端的超導(dǎo)磁懸浮軸承是很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的，為此必須在徑向方向上施加額外的約束以保證飛輪高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)目前存在的上述的飛輪的磁懸浮支撐技術(shù)問題，提供了一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)。這種軸承能夠提高軸承徑向剛度，從而保證飛輪轉(zhuǎn)子高速穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的構(gòu)思是:
[0006]同一軸端的超導(dǎo)磁軸承和永磁軸承共用一個(gè)永磁轉(zhuǎn)子。超導(dǎo)磁懸浮軸承中的超導(dǎo)體被放置于盛滿液氮的容器中，使其呈現(xiàn)超導(dǎo)性，用來作為超導(dǎo)磁軸承的定子；底端的永磁體轉(zhuǎn)子受到超導(dǎo)體的向上的懸浮力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸??；頂端的永磁體轉(zhuǎn)子受到超導(dǎo)體的向上的拉力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮。軸兩端的永磁軸承的外永磁環(huán)作為定子，并且外環(huán)與內(nèi)環(huán)的軸向充磁方向相同。
[0007]根據(jù)上述構(gòu)思，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，包括超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)軸，超導(dǎo)塊和永磁體組成超導(dǎo)軸承，超導(dǎo)塊為超導(dǎo)軸承的定子，永磁體為超導(dǎo)軸承的轉(zhuǎn)子，所述超導(dǎo)塊放置于液氮冷卻容器中；永磁體和永磁環(huán)組成永磁軸承，永磁體為永磁軸承的轉(zhuǎn)子，永磁環(huán)為永磁軸承的定子；超導(dǎo)軸承和永磁軸承共用永磁體為轉(zhuǎn)子，組成超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承，轉(zhuǎn)軸兩端與永磁體連接，所述轉(zhuǎn)軸上裝有電機(jī)的轉(zhuǎn)子和飛輪。
[0009]所述的超導(dǎo)塊為圓環(huán),超導(dǎo)體的直徑比永磁體直徑小;當(dāng)場(chǎng)冷高度高時(shí)，超導(dǎo)體與永磁體間的軸向間隙在0.5mm-5mm之間；當(dāng)場(chǎng)冷高度低時(shí),超導(dǎo)體與永磁體的軸向間隙在3mm-1 Omm之間。
[0010]所述永磁體和永磁環(huán)均采用相同方向的軸向充磁，永磁體和永磁環(huán)的間隙在
0.5mm-2.5mm 之間。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步:
[0012]超導(dǎo)體在低溫度下能實(shí)現(xiàn)抗磁性和零電阻性，所以當(dāng)永磁體與超導(dǎo)體的軸向距離發(fā)生變化時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化，超導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流以阻礙磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體的垂直穩(wěn)定懸浮。當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子的軸線偏離超導(dǎo)體的軸線時(shí)，由于的超導(dǎo)體的釘扎性，超導(dǎo)體會(huì)對(duì)永磁體產(chǎn)生一個(gè)的徑向的恢復(fù)力，并且外永磁環(huán)也會(huì)產(chǎn)生對(duì)永磁體轉(zhuǎn)子的徑向恢復(fù)力，從而增大轉(zhuǎn)子在徑向方向的剛度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
[0015]參見圖1，一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，包括超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)軸5，超導(dǎo)塊2和永磁體3組成超導(dǎo)軸承，超導(dǎo)塊2為超導(dǎo)軸承的定子，永磁體3為超導(dǎo)軸承的轉(zhuǎn)子，所述超導(dǎo)塊2放置于液氮冷卻容器I中；永磁體3和永磁環(huán)4組成永磁軸承，永磁體3為永磁軸承的轉(zhuǎn)子，永磁環(huán)4為永磁軸承的定子；超導(dǎo)軸承和永磁軸承共用永磁體3為轉(zhuǎn)子，組成超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承，轉(zhuǎn)軸5兩端與永磁體3連接，所述轉(zhuǎn)軸5上裝有電機(jī)的轉(zhuǎn)子51和飛輪52。
[0016]所述的超導(dǎo)塊2為圓環(huán)，超導(dǎo)體2的直徑比永磁體3直徑小3mm ;超導(dǎo)體2與永磁體3間的軸向間隙為4_。所述永磁體3和永磁環(huán)4均米用相同方向的軸向充磁，永磁體3和永磁環(huán)4的間隙1mm。
[0017]當(dāng)往液氮冷卻容器I中沖滿液氮時(shí)，轉(zhuǎn)軸5就可以穩(wěn)定的懸浮起來，永磁體3實(shí)現(xiàn)與定子的無機(jī)械接觸。利用電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，由于沒有機(jī)械接觸，很大程度上避免了由于機(jī)械接觸產(chǎn)生的摩擦帶來的損害。由于超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承不但可以對(duì)轉(zhuǎn)子51提供比較大的軸向剛度，還可以提供比較大的徑向剛度，從而能保證轉(zhuǎn)軸5在高速下旋轉(zhuǎn)，提高了飛輪52的儲(chǔ)存能量的能力。
【權(quán)利要求】
1.一種用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，包括超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)軸(5)，其特征在于，超導(dǎo)塊(2)和永磁體(3)組成超導(dǎo)軸承，超導(dǎo)塊(2)為超導(dǎo)軸承的定子，永磁體(3)為超導(dǎo)軸承的轉(zhuǎn)子，所述超導(dǎo)塊(2)放置于液氮冷卻容器(I)中；永磁體(3 )和永磁環(huán)(4 )組成永磁軸承，永磁體(3 )為永磁軸承的轉(zhuǎn)子,永磁環(huán)(4 )為永磁軸承的定子；超導(dǎo)軸承和永磁軸承共用永磁體(3)為轉(zhuǎn)子，組成超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承，轉(zhuǎn)軸(5 )兩端與永磁體(3 )連接，所述轉(zhuǎn)軸(5 )上裝有電機(jī)的轉(zhuǎn)子(51)和飛輪(52 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，其特征在于，所述的超導(dǎo)塊(2)為圓環(huán)，超導(dǎo)體(2)的直徑比永磁體(3)直徑小2mm-5mm;當(dāng)場(chǎng)冷高度高時(shí)，超導(dǎo)體(2)與永磁體(3)間的軸向間隙在0.之間；當(dāng)場(chǎng)冷高度低時(shí)，超導(dǎo)體(2)與永磁體(3)的軸向間隙在3mm-10mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于飛輪儲(chǔ)能的超導(dǎo)-永磁混合磁懸浮軸承支撐系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁體(3 )和永磁環(huán)(4 )均米用相同方向的軸向充磁，永磁體(3 )和永磁環(huán)(4 )的間隙在0.5mm-2.5mm之間。
【文檔編號(hào)】F16C32/04GK203516462SQ201320545098
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】孟慶棟, 徐權(quán), 張鋼, 張堅(jiān), 張海龍, 孟慶濤 申請(qǐng)人:上海大學(xué)