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超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

崔春艳 胡新宁 程军胜 王晖 王秋良

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超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

崔春艳, 胡新宁, 程军胜, 王晖, 王秋良

Analysis of magnetic disturbance torque and drift error in a superconducting suspension system

Cui Chun-Yan, Hu Xin-Ning, Cheng Jun-Sheng, Wang Hui, Wang Qiu-Liang
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  • 在超导磁悬浮支承系统中, 如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体, 并且是表现出完全的迈斯纳态, 那么由于球体的对称性, 就不会产生干扰力矩. 但实际的情况并非如此, 一般情况下, 超导球形转子总是存在加工制造误差, 且在高速旋转时总是存在离心变形, 因此转子的表面并不是理想的球面, 当超导转子悬浮在磁场中时, 沿转子表面法线方向的磁悬浮力, 不是完全通过转子质心, 将会产生磁支承干扰力矩, 从而引起转子的漂移误差. 本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发, 对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析, 包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩, 并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式, 代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小, 为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考, 对于转子的结构优化设计具有指导意义.
    In a superconducting suspension system, the disturbance torque acting on the superconducting rotor may not be generated if the rotor is an ideal sphere and in the complete Meissner state. However, in fact there exist always spherical tolerance during manufacturing process of the sphere and the centrifugal distortion due to the high speed rotation. Therefore, the disturbance torque will be generated due to the magnetic levitation force not getting through the mass center of the rotor when the rotor is levitated in the magnetic field. Based on the physical mechanism of the superconducting-magnetic bearing, the disturbance torque and the drift error are analyzed. The disturbance torques include the main torque due to asphericity of the sphere, the second torque generated by the combination of asphericity, uncentering and assembly errors. The model of drift rate is also deduced and the drift rate is calculated by substituting the rotor parameters into the formula. This analysis provides a reference for the rotor drift testing and error compensation, and is instructive for the optimization design of the rotor structure.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51107135)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51107135).
    [1]

    Moody M V, Paik H J, Canavan E R 2002 Rev. Sci. Instrum. 73 3957

    [2]

    Goodkind J M 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 4131

    [3]

    Ma J, Yang W M, Wang M, Chen S L, Feng Z L 2013 Acta Phys. Sin. 62 227401 (in Chinese) [马俊, 杨万民, 王妙, 陈森林, 冯忠岭 2013 物理学报 62 227401]

    [4]

    Yang W M, Li G Z, Cheng X F, Guo X D, Ma J 2011 Acta Phys. Sin. 60 027401 (in Chinese) [杨万民, 李国政, 程晓芳, 郭晓丹, 马俊 2011 物理学报 60 027401]

    [5]

    Deng Z G, Wang J S, Wang S Y, Zheng J, Lin Q X, Zhang Y 2009 Transactions of China Electrotechnical Society 24 1 (in Chinese) [邓自刚, 王家素, 王素玉, 郑珺, 林群煦, 张娅 2009 电工技术学报 24 1]

    [6]

    Wang H S, Dai Y M, Wang Q L 2006 Chin. J. Low Temperature Phys. 28 94 (in Chinese) [王厚生, 戴银明, 王秋良 2006 低温物理学报 28 94]

    [7]

    Ouyang S G, Guan Y, She W L 2002 Acta Phys. Sin. 51 1596 (in Chinese) [欧阳世根, 关毅, 佘卫龙 2002 物理学报 51 1596]

    [8]

    Urman Y M 1997 Tech. Phys. 42 1

    [9]

    Urman Y M 1997 Tech. Phys. 42 7

    [10]

    Liu J H, Wang Q L 2009 Phys. C 469 756

    [11]

    Zhao S W, Wang Q L, Cui C Y 2010 IEEE Trans. Appl. Supercond. 20 888

    [12]

    He C, Wang Q, Li C, Yan L, Dai Y 2007 IEEE Trans. Appl. Supercond. 17 2174

    [13]

    Gao Z Y 2004 Electrostatic Gyroscope Technology (Beijing: Tsinghua University Press) P136 (in Chinese) [高钟毓 2004 静电陀螺仪技术 (北京:清华大学出版社) 第136页]

  • [1]

    Moody M V, Paik H J, Canavan E R 2002 Rev. Sci. Instrum. 73 3957

    [2]

    Goodkind J M 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 4131

    [3]

    Ma J, Yang W M, Wang M, Chen S L, Feng Z L 2013 Acta Phys. Sin. 62 227401 (in Chinese) [马俊, 杨万民, 王妙, 陈森林, 冯忠岭 2013 物理学报 62 227401]

    [4]

    Yang W M, Li G Z, Cheng X F, Guo X D, Ma J 2011 Acta Phys. Sin. 60 027401 (in Chinese) [杨万民, 李国政, 程晓芳, 郭晓丹, 马俊 2011 物理学报 60 027401]

    [5]

    Deng Z G, Wang J S, Wang S Y, Zheng J, Lin Q X, Zhang Y 2009 Transactions of China Electrotechnical Society 24 1 (in Chinese) [邓自刚, 王家素, 王素玉, 郑珺, 林群煦, 张娅 2009 电工技术学报 24 1]

    [6]

    Wang H S, Dai Y M, Wang Q L 2006 Chin. J. Low Temperature Phys. 28 94 (in Chinese) [王厚生, 戴银明, 王秋良 2006 低温物理学报 28 94]

    [7]

    Ouyang S G, Guan Y, She W L 2002 Acta Phys. Sin. 51 1596 (in Chinese) [欧阳世根, 关毅, 佘卫龙 2002 物理学报 51 1596]

    [8]

    Urman Y M 1997 Tech. Phys. 42 1

    [9]

    Urman Y M 1997 Tech. Phys. 42 7

    [10]

    Liu J H, Wang Q L 2009 Phys. C 469 756

    [11]

    Zhao S W, Wang Q L, Cui C Y 2010 IEEE Trans. Appl. Supercond. 20 888

    [12]

    He C, Wang Q, Li C, Yan L, Dai Y 2007 IEEE Trans. Appl. Supercond. 17 2174

    [13]

    Gao Z Y 2004 Electrostatic Gyroscope Technology (Beijing: Tsinghua University Press) P136 (in Chinese) [高钟毓 2004 静电陀螺仪技术 (北京:清华大学出版社) 第136页]

  • [1] 郑东宁. 超导量子干涉器件. 物理学报, 2021, 70(1): 018502. doi: 10.7498/aps.70.20202131
    [2] 顾开元, 罗天创, 葛军, 王健. 拓扑材料中的超导. 物理学报, 2020, 69(2): 020301. doi: 10.7498/aps.69.20191627
    [3] 秦立振, 张振宇, 张坤, 丁建桥, 段智勇, 苏宇锋. 抗磁悬浮振动能量采集器动力学响应的仿真分析. 物理学报, 2018, 67(1): 018501. doi: 10.7498/aps.67.20171551
    [4] 马俊, 陈章龙, 县涛, 魏学刚, 杨万民, 陈森林, 李佳伟. 空心圆柱形永磁体内径对单畴GdBCO超导块材磁悬浮力的影响. 物理学报, 2018, 67(7): 077401. doi: 10.7498/aps.67.20172418
    [5] 林茂杰, 常健, 吴宇昊, 徐山森, 魏炳波. 电磁悬浮条件下液态Fe50Cu50合金的对流和凝固规律研究. 物理学报, 2017, 66(13): 136401. doi: 10.7498/aps.66.136401
    [6] 温涛, 何剑, 张增星, 田竹梅, 穆继亮, 韩建强, 丑修建, 薛晨阳. 磁悬浮式电磁-摩擦复合生物机械能量采集器. 物理学报, 2017, 66(22): 228401. doi: 10.7498/aps.66.228401
    [7] 王晓锋, 李玉清, 冯国胜, 武寄洲, 马杰, 肖连团, 贾锁堂. 基于磁悬浮大体积交叉光学偶极阱的Dimple光阱装载研究. 物理学报, 2016, 65(8): 083701. doi: 10.7498/aps.65.083701
    [8] 宋其晖, 石万元. 横向静磁场对电磁悬浮液滴稳定性的影响. 物理学报, 2014, 63(24): 248504. doi: 10.7498/aps.63.248504
    [9] 马俊, 杨万民, 王妙, 陈森林, 冯忠岭. 辅助永磁体磁化方式对单畴GdBCO超导块材捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响. 物理学报, 2013, 62(22): 227401. doi: 10.7498/aps.62.227401
    [10] 马俊, 杨万民, 李佳伟, 王妙, 陈森林. 辅助永磁体的引入方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 物理学报, 2012, 61(13): 137401. doi: 10.7498/aps.61.137401
    [11] 马俊, 杨万民. 条状永磁体的组合形式及间距对单畴GdBCO超导体磁悬浮力的影响. 物理学报, 2011, 60(7): 077401. doi: 10.7498/aps.60.077401
    [12] 马俊, 杨万民, 李国政, 程晓芳, 郭晓丹. 永磁体辅助下单畴GdBCO超导体和永磁体之间的磁悬浮力研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027401. doi: 10.7498/aps.60.027401
    [13] 梁芳营, 刘 洪, 李英骏. 高温超导的压力效应研究. 物理学报, 2006, 55(7): 3683-3687. doi: 10.7498/aps.55.3683
    [14] 梁芳营, 李汉明, 李英骏. 超导环电流的研究. 物理学报, 2006, 55(2): 830-833. doi: 10.7498/aps.55.830
    [15] 马伟增, 季诚昌, 李建国, 许振明. 电磁悬浮熔炼的温度特性. 物理学报, 2003, 52(4): 834-839. doi: 10.7498/aps.52.834
    [16] 马伟增, 季诚昌, 李建国. 直流磁场控制电磁悬浮熔炼旋转稳定性的理论分析. 物理学报, 2002, 51(10): 2233-2238. doi: 10.7498/aps.51.2233
    [17] 盛平兴. 超导材料的混沌现象. 物理学报, 2001, 50(8): 1596-1559. doi: 10.7498/aps.50.1596
    [18] 吴杭生, 蔡建华, 龚昌德, 吉光达, 蔡俊道. 超导临界温度理论(Ⅰ). 物理学报, 1977, 26(6): 509-520. doi: 10.7498/aps.26.509
    [19] 低温物理专业电磁测量组. 超导铌的磁化曲线. 物理学报, 1975, 24(4): 307-308. doi: 10.7498/aps.24.307
    [20] 雷啸霖. 磁场中的超导膜. 物理学报, 1965, 21(9): 1619-1637. doi: 10.7498/aps.21.1619
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-07
  • 修回日期:  2014-09-02
  • 刊出日期:  2015-01-05

超导磁悬浮支承系统干扰力矩及漂移误差分析

  • 1. 中国科学院电工研究所, 应用超导重点实验室, 北京 100190
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51107135)资助的课题.

摘要: 在超导磁悬浮支承系统中, 如果被悬浮的超导球形转子是一个理想的球体, 并且是表现出完全的迈斯纳态, 那么由于球体的对称性, 就不会产生干扰力矩. 但实际的情况并非如此, 一般情况下, 超导球形转子总是存在加工制造误差, 且在高速旋转时总是存在离心变形, 因此转子的表面并不是理想的球面, 当超导转子悬浮在磁场中时, 沿转子表面法线方向的磁悬浮力, 不是完全通过转子质心, 将会产生磁支承干扰力矩, 从而引起转子的漂移误差. 本文从超导转子磁支承干扰力矩的物理机理出发, 对干扰力矩及其引起的漂移误差进行了分析, 包括转子非球形产生的一次干扰力矩、转子非球形与失中度和装配误差产生的二次干扰力矩, 并推导出了磁支承干扰力矩引起的漂移率计算公式, 代入转子参数计算出各种干扰力矩引起的漂移率大小, 为转子漂移测试和系统误差补偿提供了参考, 对于转子的结构优化设计具有指导意义.

English Abstract

参考文献 (13)

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