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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750270/
• 关键词: 高温超電導; 磁気軸受; 磁気浮上; 回転体力学; 非線形振動; 多自由度連成; 電磁力関連のダイナミクス; 結合調波共振; 多自由度達成; 発展鏡像法

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.

Electric power storage applications are expected to produce high temperature superconducting magnetic field shaft applications, non-contact, low attenuation, and non-linear vibration. In this paper, we discuss the non-linear vibration phenomenon caused by the return of floating magnet in combination with the resonance of modulated wave and the theory of non-linear mechanics system. In this paper, the equation of motion of the floating magnet in the horizontal and vertical directions is derived, and the multi-scale method is used to analyze the sum of the natural vibration number in the horizontal direction and the natural vibration number in the vertical direction. When the resonance is combined with the resonance, the number of vibrations in the horizontal direction and the vertical direction is dominated, and the number of natural vibrations in each direction is changed. The number of vibrations and the number of vibrations of the excitation system are different. In addition, the numerical analysis of the motion was carried out taking into account the tilt of the return axis of the floating magnet, and it was confirmed that the combined modulated wave resonance occurred on this occasion. The results of 3-DOF motion analysis are inconsistent with each other, and the validity of the analysis is demonstrated. In the evening, the non-contact floating loop is closed. The number of rotations of the magnet and the position of the magnet in the vertical direction are measured by the in-plane vibration meter. This is the first time that we've seen this phenomenon.

项目成果

Toshihiko Sugiura: "Cross-coupling of Translational Motions of a Spinning Magnet above a High-T_c Superionductor" Proc.10th International Symposium on Superconductivity. (8月出版予定). (1998)

Toshihiko Sugiura：“高温超导磁体上方旋转磁体的交叉耦合”Proc.10th International Symposium on Superconductivity（计划于 8 月出版）。

杉浦壽彦: "高温超電導磁気軸受で支持された回転体のふれ回り" 第10回「電磁力関連のダイナミックス」シンポジュウム講演論文集. 233-238 (1998)

Toshihiko Sugiura：“由高温超导磁轴承支撑的旋转体的徘徊”第十届“与电磁力相关的动力学”研讨会论文集233-238（1998）。

Toshihiko Sugiura: "Dynamics of a Rotor Levitated above a High-T_c Superconductor" Proc.3rd European Conf.on Applied Superconductivity. 1523-1526 (1998)

Toshihiko Sugiura：“悬浮在高温超导之上的转子的动力学”Proc.3rd European Conf.on Applied Superconductivity。