高温超電導磁気軸受で支持された回転体の動力学現象の解明

阐明高温超导磁力轴承支撑的旋转体的动力学现象

基本信息

批准号：
09750270
负责人：
杉浦壽彦
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

電力貯蔵用フライホイールなどへの応用が期待されている高温超電導磁気軸受を用いた系では,非接触による低減衰性と電磁力に起因する非線形性とから,系に非線形振動が生じやすいと考えられる.そこで,本研究では,浮上磁石回転時に生じうる非線形振動現象の一つである結合調波共振について、非線形力学系の理論に基づき解析的に検討を行い,実験との比較,検討を行った.まず,回転する浮上磁石の水平,鉛直方向変位を考慮した3自由度の運動方程式を導出し,多重尺度法を用いた解析的な検討から,水平方向の固有振動数と垂直方向の固有振動数の和に近い振動数で磁石が回転しているとき,各方向の振幅が増大する結合調波共振が生じる可能性がある事を理論的に示した.また,結合調波共振は磁石の重心と磁気中心の偏心量がある臨界値以上であるときに生じること,結合調波共振時にみられる水平方向,鉛直方向の支配的な振動数は,各方向の固有振動数から回転周波数にしたがってわずかに変化することを示した.また,その励振された振動数の和が回転振動数になっていることを明らかにした.つぎに,浮上磁石回転軸の傾きを考慮に入れた運動の数値解析を行い,この場合にも結合調波共振が生じることを確認した.また,3自由度の運動解析結果との相違について検討し,解析の妥当性を示した.さらに,非接触の浮上回転実験を行った.レーザードップラー面内振動計により磁石の回転数およびふれ回りの変位を測定し,レーザー変位計を用いて磁石の鉛直方向の変位を測定した.この実験により,解析と定性的に一致する結合調波共振が生じることを確認した.

在预计应用于储能飞轮的使用高温超导磁力轴承的系统中，人们认为，由于非接触引起的低阻尼和电磁力引起的非线性，系统中可能会出现非线性振动。因此，在本研究中，我们基于非线性动力系统理论，分析研究了浮动磁体旋转时可能发生的非线性振动现象之一耦合谐振谐振，并与实验进行了比较。首先，我们推导了考虑旋转悬浮磁体水平和垂直位移的三自由度运动方程，并通过使用多尺度方法的分析研究，计算了水平方向的固有频率和垂直方向的固有振动频率。理论上表明，当磁体以接近数字之和的频率旋转时，可能会发生耦合谐振，其中每个方向的振幅都会增加，重心与磁心之间的偏心率为：结果表明，耦合谐波谐振期间观察到的水平和垂直方向的主频率与每个方向的固有频率根据旋转频率略有变化。我们还发现激发频率的总和就是旋转频率。我们对运动进行了数值分析，考虑了浮动磁体旋转轴的倾斜度，以及在这种情况下的耦合谐振。此外，我们还检验了与三自由度运动分析结果的差异，证明了分析的有效性。此外，我们还进行了非接触悬浮和旋转实验，测量了磁体的转速和旋转位移。，并使用激光位移计测量了磁体的垂直位移，通过该实验，证实了产生了与分析定性一致的耦合谐振。