[发明专利]一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置

权利要求书

1.一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置，所述隔振装置包括高温超导径向磁悬浮轴承、飞轮转子系统、扇形电磁分流阻尼器和电机(1)，其特征在于：

所述高温超导径向磁悬浮轴承向浮子提供悬浮力、径向力和刚度，并保证其稳定悬浮；

在稳定悬浮条件下，飞轮转子系统由电机(1)带动下运转，飞轮转子系统运转时产生径向振动，扇形电磁分流阻尼器减弱飞轮径向振动；

所述扇形电磁分流阻尼器包括扇形电磁线圈(16)、轴向充磁永磁体(15)和外部电路；

所述轴向充磁永磁体(15)为环形，其内孔与飞轮主轴(18)形成装配相连；

所述扇形电磁线圈(16)缠绕在扇形电磁线圈支架(17)上，扇形电磁线圈(16)的扇形线圈的分布方式为绕飞轮主轴(18)轴心呈圆形均匀分布，扇形电磁线圈(16)的数量为偶数，并且两两相互对称；

所述外部电路包括可调电感(21)、可调电阻(22)和可调电容(23)，可调电感(21)的电感和扇形电磁线圈(16)共同组成线路的总电感；

所述轴向充磁永磁体(15)的磁场大小在沿直径方向变化为M形；

所述扇形电磁线圈(16)扇形线圈内部全部扇形区域组成一个圆形环，圆形环内外径包围区域为轴向充磁永磁体(15)产生M形磁场峰值区域，在此位置扇形线圈径向运动磁通量变化最大，飞轮(14)径向振动带动轴向充磁永磁体(15)径向振动，使扇形电磁线圈(16)内部磁通量变化，其相对扇形电磁线圈(16)的磁通量也产生相同变化；

所述可调电阻(22)的电阻、可调电容(23)的电容和总电感共同组成RLC谐振电路，其品质因数为Q，外部振动频率和谐振电路固有频率相近时，相比于在RL电路中电流为I，RLC谐振电路中通过电阻的电流为Q·I，电阻能量消耗增加为Q²倍，根据飞轮的振动频率能够调整外部电路电容C、电阻R和电感L使其达到最优解；

两两相互对称的扇形电磁线圈(16)磁通量变化一致，通过串联共用一个外部电路，电势叠加，使得共用外部电路能量消耗增加为电路共用前的两倍，扇形电磁分流阻尼器总耗能增加为2Q²倍；

通过调整外部电路参数使振动频率和谐振频率一致，外界频率和总电感L有关，相继调整电感L和电容C能够求得最佳的电容和电感；通过调节外部电路的可调电感(21)、可调电阻(22)和可调电容(23)能够扩大飞轮的隔振频率范围，外部电路的最优解分别为：

式中：k为超导块径向刚度，m为浮子质量，φ为磁通量对位置的导数，ω为振动频率，L为电感，C为电容。

2.根据权利要求1所述一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置，其特征在于，所述高温超导径向磁悬浮轴承包括安装在飞轮转子轴承上的辐射充磁的永磁体阵列(10)、永磁体垫子(11)、固定在支架上的高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)和安装在高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)内的高温超导块(9)；永磁体阵列(10)和永磁体垫子(11)通过轴端固定螺母(12)限位固定。

3.根据权利要求2所述一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置，其特征在于，利用两套高温超导径向磁悬浮轴承对转子提供飞轮的径向力可以避免飞轮转子系统发生倾斜，此外磁悬浮轴承对转子提供飞轮的悬浮力和刚度。

4.根据权利要求1所述一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置，其特征在于，所述飞轮转子系统包括底座(20)，底座(20)的顶部固定有支架(19)，支架(19)的顶部支撑安装电机(1)，电机(1)的输出轴通过联轴器(2)与飞轮主轴(18)相连，支架(19)上套装有扇形电磁线圈支架(17)和高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)；飞轮主轴(18)上安装有飞轮(14)，飞轮(14)的两端通过螺钉锁紧挡圈(13)固定。

5.根据权利要求4所述一种高温超导磁悬浮飞轮径向振动隔振装置，其特征在于，所述高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)的内部形成高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦真空腔室(5)，高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)的顶部固定安装有高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦盖(3)，高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦盖(3)上设置有液氮进气口(8)和液氮出气口(7)，所述高温超导磁悬浮径向轴承杜瓦(4)内部充填有液氮(6)。