一种超导转子驱动装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种超导转子驱动装置及其驱动方法，该装置包括超导转子、定子绕组、光纤探头、光纤束、光纤驱动信号模块和驱动电流源；超导转子为球形结构，超导转子的赤道位置的外表面均匀环设有八个依次连接的施力平面，定子绕组沿超导转子赤道位置处的施力平面环向均匀分布，定子绕组通电后用于驱动超导转子，驱动电流源与定子绕组电连接，光纤探头通过光纤束与光纤驱动信号模块连接，光纤探头能够检测定子绕组相对超导转子施力平面的角度位置。以上述装置为基础的驱动方法，可以实现超导转子的有效驱动，降低驱动结构和装配工艺的复杂度，有利于控制超导转子的整体加工精度，从而提升其测量精度潜力。其测量精度潜力。其测量精度潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种超导转子驱动装置及其驱动方法


[0001]本专利技术涉及转子驱动
，特别是涉及一种超导转子驱动装置及其驱动方法。

技术介绍

[0002]当一些超导材料处于临界温度以下时会表现出零电阻效应和迈斯纳效应，这样的特点使得用超导材料制作成的转子可以实现长期稳定的无接触悬浮。此外，与常温环境相比，极低温环境还使得材料蠕变大大减小，这些特点使得超导转子在一些精密测量领域具有特殊优势和很大的应用潜力。在实际工程应用中，高速旋转是超导转子实现精密测量的关键基础条件之一。超导转子的驱动旋转基于超导体的完全抗磁性，在低温下，向定子线圈中通入电流后，由于完全抗磁性，超导转子表面会产生磁压力，通过一定的结构设计在超导转子上形成施力作用位置，从而驱动其旋转。专利CN101674042A设计了一种定子线圈位于超导转子内部的驱动方法。这种方法首先在超导转子内部焊接圆柱形铌管，并在圆柱形铌管中间位置沿环向开孔，然后利用定子线圈在开孔位置施加驱动力矩，从而实现超导转子的驱动加转。由于超导转子的内部空间狭小，这种方法虽然可以实现超导转子的有效驱动，但会大幅提高结构设计和装配工艺的复杂度，对于超导转子整体加工精度的控制也有不利影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种超导转子驱动装置及其驱动方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以实现超导转子的有效驱动，降低驱动结构和装配工艺的复杂度，有利于控制超导转子的整体加工精度，从而提升其测量精度潜力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：/>[0005]本专利技术提供一种超导转子驱动装置，包括超导转子、定子绕组、光纤探头、光纤束、光纤驱动信号模块和驱动电流源；所述超导转子为球形结构，所述超导转子的赤道位置的外表面均匀环设有八个依次连接的施力平面，所述定子绕组沿所述超导转子赤道位置处的施力平面环向均匀分布，所述定子绕组通电后用于驱动所述超导转子，所述驱动电流源与所述定子绕组电连接，所述光纤探头通过所述光纤束与所述光纤驱动信号模块连接，所述光纤探头能够检测所述定子绕组相对所述超导转子施力平面的角度位置，从而产生驱动脉冲信号控制所述驱动电流源的输出状态。
[0006]可选的，所述超导转子的赤道位置内表面设有环形加厚部，从而增大超导转子的转动惯量，每个所述施力平面均包括镜面反射部和漫反射部，所述镜面反射部和漫反射部沿其所在施力平面的竖直方向中心线左右对称设置，左半部分为镜面反射部，对激光具有镜面反射特性；右半部分为漫反射部，对激光具有漫反射特性。
[0007]可选的，所述定子绕组包括A相定子绕组和B相定子绕组，所述A相定子绕组包括四个结构相同且串联连接的A相驱动线圈；所述B相定子绕组包括四个结构相同且串联连接的
B向驱动线圈，所述A相定子绕组的四个A相驱动线圈和B相定子绕组的四个B向驱动线圈均沿着所述超导转子的赤道位置环向均匀分布，且任意相邻两个所述A相驱动线圈间隔90
°
，任意相邻两个所述B向驱动线圈间隔90
°
，相邻的A相驱动线圈和B向驱动线圈分别间隔22.5
°
或67.5
°
。由于对称，每相定子绕组的四个驱动线圈相对超导转子邻近作用平面的角度位置相同。给驱动线圈通电时，由于超导体的迈斯那效应，驱动线圈会在超导转子施力平面产生磁压力，在一定的角度范围内，会对超导转子产生转矩，驱动超导转子加速或者减速。驱动线圈相对超导转子施力平面的角度位置不同，对超导转子产生的转矩大小和方向也不同。以超导转子顺时针旋转时的旋转轴为正方向，经过转矩分析，当驱动线圈扫过施力平面镜面反射部时，会产生正转矩，当驱动线圈扫过施力平面漫反射部时，会产生负转矩。
[0008]可选的，所述A相驱动线圈呈正方形结构，所述A相驱动线圈的尺寸为10mm
×
10mm
×
4mm，所述A相驱动线圈厚度为0.5mm；所述A相驱动线圈采用直径为0.15mm的超导线材绕制在环氧骨架上制作而成，所述B相驱动线圈结构与所述A相驱动线圈结构相同；所述A相驱动线圈和B向驱动线圈的两条竖直边均分别与所述超导转子的虚拟旋转轴平行，所述A相驱动线圈和B向驱动线圈的两条水平边均分别指向所述超导转子的虚拟旋转轴，所述A相驱动线圈和B向驱动线圈距所述超导转子的施力平面的最小距离为0.5mm。
[0009]可选的，所述光纤驱动信号模块包括激光电路和光电转换电路；所述激光电路能够产生激光信号，所述光电转换电路能够将光信号转成电信号，用来控制驱动电流源的输出。
[0010]可选的，所述光纤束包括发射光纤束和接收光纤束；所述发射光纤束用来传输激光电路产生的光信号，并通过所述光纤探头将此光信号发射至所述超导转子表面，所述接收光纤束能够通过所述光纤探头接收从所述超导转子表面反射回的光信号，并将此光信号传输给光电转换电路。
[0011]可选的，所述光纤探头呈圆柱形结构，所述光纤探头的中心线穿过所述超导转子赤道位置处的施力平面，并指向超导转子球心；所述光纤探头的端面距离所述超导转子的施力平面最小距离为2mm；所述光纤探头与邻近的两个所述A相驱动线圈的角度距离均为45
°
，所述光纤探头与邻近的两个所述B相驱动线圈的角度距离分别为22.5
°
和67.5
°
。
[0012]可选的，所述驱动电流源包括A路输出电流源和B路输出电流源，所述A路输出电流源能够给所述A相驱动线圈供电，所述B路输出电流源能够给所述B相驱动线圈供电，驱动电流源两路的输出状态受光纤驱动信号模块的输出信号控制。
[0013]本专利技术还提供一种超导转子驱动方法，包括如下步骤：
[0014]在超导转子旋转时，利用光纤驱动信号模块实时检测出A相驱动线圈和B相驱动线圈相对超导转子施力平面的角度位置关系，然后将识别结果以高低电平的形式输出，并结合加速减速控制指令，控制驱动电流源的A路输出电流源和B路输出电流源的打开关闭状态，从而控制A相驱动线圈和B相驱动线圈的通电时序，最终实现对超导转子的驱动控制。
[0015]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0016]本专利技术将定子绕组设计于超导转子外部，可以有效驱动超导转子，驱动结构装配简单，解决了定子绕组位于超导转子内部时驱动结构复杂导致整体加工精度难以控制的问题。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术超导转子驱动装置的结构示意图；
[0019]图2为本专利技术超导转子驱动装置的结构俯视图；
[0020]图3为本专利技术超导转子和施力平面的结构示意图；
[0021]图4为本专利技术超导转子驱动线圈的结构示意图；
[0022]图5为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导转子驱动装置，其特征在于：包括超导转子、定子绕组、光纤探头、光纤束、光纤驱动信号模块和驱动电流源；所述超导转子为球形结构，所述超导转子的赤道位置的外表面均匀环设有八个依次连接的施力平面，所述定子绕组沿所述超导转子赤道位置处的施力平面环向均匀分布，所述定子绕组通电后用于驱动所述超导转子，所述驱动电流源与所述定子绕组电连接，所述光纤探头通过所述光纤束与所述光纤驱动信号模块连接，所述光纤探头能够检测所述定子绕组相对所述超导转子施力平面的角度位置，从而产生驱动脉冲信号控制所述驱动电流源的输出状态。2.根据权利要求1所述的超导转子驱动装置，其特征在于：所述超导转子的赤道位置内表面设有环形加厚部，每个所述施力平面均包括镜面反射部和漫反射部，所述镜面反射部和漫反射部沿其所在施力平面的竖直方向中心线左右对称设置。3.根据权利要求1所述的超导转子驱动装置，其特征在于：所述定子绕组包括A相定子绕组和B相定子绕组，所述A相定子绕组包括四个结构相同且串联连接的A相驱动线圈；所述B相定子绕组包括四个结构相同且串联连接的B向驱动线圈，所述A相定子绕组的四个A相驱动线圈和B相定子绕组的四个B向驱动线圈均沿着所述超导转子的赤道位置环向均匀分布，且任意相邻两个所述A相驱动线圈间隔90
°
，任意相邻两个所述B向驱动线圈间隔90
°
相邻的两个A相驱动线圈和B向驱动线圈分别间隔22.5
°
或67.5
°
。4.根据权利要求3所述的超导转子驱动装置，其特征在于：所述A相驱动线圈呈正方形结构，所述A相驱动线圈的尺寸为10mm
×
10mm
×
4mm，所述A相驱动线圈厚度为0.5mm；所述A相驱动线圈采用直径为0.15mm的超导线材绕制在环氧骨架上制作而成，所述B相驱动线圈结构与所述A相驱动线圈结构相同；所述A相驱动线圈和B向驱动线圈的两条竖直边均分别与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，胡新宁，张源，崔春艳，王秋良，牛飞飞，黄兴，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：