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.

在使用高温超导磁力轴承的系统中，预计将应用于飞轮进行电源储存，由于衰减降低，由于电磁力引起的非接触性和非线性，因此在系统中可能会发生非线性振动。因此，在这项研究中，基于非线性动力学理论，分析研究了在悬浮磁体旋转过程中可能发生的非线性振动现象之一，并与实验进行了分析检查。首先，我们得出了一个三度运动方程，考虑了旋转悬浮磁体的水平和垂直位移，并且通过使用多个尺度方法的分析研究，我们从理论上表明，当磁体以接近水平和垂直固有频率的总和的频率旋转时，可能会增加均值的和式的旋转方向。此外，耦合的谐波共振具有磁铁的重心和磁心中心的偏心率。e英语：表明，根据旋转频率，耦合谐波共振时的主要水平和垂直振动在耦合谐波谐振时从每个方向的固有频率略微变化。还发现激发频率的总和是旋转频率。接下来，考虑了悬浮磁体旋转轴的倾斜度的运动数值分析，证实在这种情况下，耦合的谐波共振再次发生。此外，研究了三个自由度的运动分析结果的差异，并显示了分析的有效性。此外，进行了非接触式倾斜实验。使用激光多普勒的平面振动器测量磁铁的旋转速度和位移，并使用激光位移仪测量磁铁的垂直位移。该实验证实，谐波耦合的谐振与分析以定性方式发生。