磁懸浮動(dòng)力吸振器及其吸振系統(tǒng)與工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及吸振裝置技術(shù)、磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁懸浮動(dòng)力吸振器及其吸振系統(tǒng)與工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制中，文獻(xiàn)《環(huán)形動(dòng)力吸振器進(jìn)行轉(zhuǎn)子振動(dòng)控制的實(shí)驗(yàn)》中張炳康等人基于單圓盤轉(zhuǎn)子模型，設(shè)計(jì)了一種對分式環(huán)形動(dòng)力吸振器。吸振器通過軸承安裝在轉(zhuǎn)子兩支承跨距內(nèi)任意位置，而不改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。
[0003]吸振器主要由連接單元、質(zhì)量單元、剛度(彈簧)單元及阻尼單元構(gòu)成.其中連接單元包括軸承和內(nèi)環(huán)，軸承采用帶軸向定位的頂針滾動(dòng)軸承，內(nèi)環(huán)套在軸承外圈，通過軸承與轉(zhuǎn)軸連接，從而可以傳遞系統(tǒng)振動(dòng)與作用力，而內(nèi)環(huán)及其吸振器結(jié)構(gòu)本身并不轉(zhuǎn)動(dòng)。質(zhì)量單元由外環(huán)及附加質(zhì)量提供，質(zhì)量大小可以調(diào)節(jié)。剛度單元?jiǎng)t由徑向?qū)ΨQ的4個(gè)剛度完全一致的彈簧構(gòu)成，合理地選擇外環(huán)質(zhì)量和彈簧的徑向綜合剛度，便可調(diào)整吸振器的固有頻率。結(jié)構(gòu)的阻尼單元?jiǎng)t由填充在彈簧內(nèi)部的橡膠構(gòu)成。為方便拆裝，內(nèi)、外環(huán)均采用對分式結(jié)構(gòu)。
[0004]吸振器振動(dòng)控制的機(jī)理:當(dāng)主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，通過在主系統(tǒng)上附加一個(gè)子系統(tǒng)(即吸振器)，只要子系統(tǒng)的固有頻率與主系統(tǒng)的振動(dòng)頻率相同，吸振器質(zhì)量塊的振蕩相對主系統(tǒng)響應(yīng)有90度的相位滯后，兩者相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用到主系統(tǒng)上，就可有效地消除主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。從能量轉(zhuǎn)移的角度可以理解為主系統(tǒng)的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)移到附加的子系統(tǒng)上，從而實(shí)現(xiàn)減少主系統(tǒng)振動(dòng)的目的。
[0005]但傳統(tǒng)的動(dòng)力吸振器為純機(jī)械裝置，只能是被動(dòng)吸振，而轉(zhuǎn)子的不平衡力隨其轉(zhuǎn)速變化，這就要求動(dòng)力吸振器的參數(shù)能隨振動(dòng)情況的變化而調(diào)整，因而傳統(tǒng)的動(dòng)力吸振器已經(jīng)不能滿足需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有動(dòng)力吸振器的不足，提供一種通過改變吸振器剛度和阻尼使得吸振頻率可以隨轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率改變的磁懸浮動(dòng)力吸振器及其吸振系統(tǒng)與工作方法。
[0007]本發(fā)明通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:
一種磁懸浮動(dòng)力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，被吸元件為轉(zhuǎn)軸;其特征在于:吸振元件包括結(jié)構(gòu)相同的繞轉(zhuǎn)軸均勻分布的磁懸浮吸振元件，每組磁懸浮吸振元件均包括電磁鐵和位移傳感器。
[0008]所述的主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器，其特征在于:該磁懸浮動(dòng)力吸振器為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器;所述電磁鐵由η型磁極及繞于其上的控制繞組組成。
[0009]所述的混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器，其特征在于:該磁懸浮動(dòng)力吸振器為混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器;所述電磁鐵由控制磁極及繞于其上提供控制磁場的控制繞組，以及永磁磁極和裝于其上提供偏置磁場的永磁體組成。
[0010]所述的磁懸浮動(dòng)力吸振器的吸振器系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括傳感器信號處理電路、控制器及功率放大器;磁懸浮吸振元件中的位移傳感器與傳感器信號處理電路輸入端相連，傳感器信號處理電路輸出端經(jīng)過控制器及功率放大器后與吸振器中控制繞組相連；當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器時(shí)，所述功率放大器為單向功率放大器；當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器為混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器時(shí)，所述功率放大器為雙向功率放大器。
[0011]所述的吸振器系統(tǒng)的工作方法，其特征在于:磁懸浮吸振元件與轉(zhuǎn)軸之間提供剛度與阻尼;通過控制器參數(shù)改變電流大小以改變上述剛度與阻尼，進(jìn)而改變磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率;當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率與振動(dòng)頻率相同時(shí)，達(dá)到吸振效果，即消除了主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
[0012]本發(fā)明的工作原理:
對于主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器，電流同時(shí)提供偏置磁場和控制磁場，所產(chǎn)生的電磁力提供轉(zhuǎn)軸和電磁鐵之間的剛度和阻尼，對于混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器，控制磁極提供控制磁場，永磁磁極提供偏置磁場，它們共同作用所產(chǎn)生的電磁力提供轉(zhuǎn)軸和磁極之間的剛度和阻尼。當(dāng)轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)，位移傳感器通過采集轉(zhuǎn)軸位移信號檢測轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)頻率，控制器根據(jù)檢測到的位置和頻率調(diào)節(jié)控制繞組中的線圈電流，通過電流的改變來調(diào)整磁懸浮動(dòng)力吸振器的剛度與阻尼，使磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率與轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率相等，達(dá)到動(dòng)力吸振的效果。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
1.當(dāng)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率變化時(shí)，可以通過調(diào)整線圈電流的方法達(dá)到寬頻吸振。
[0014]2.可以通過設(shè)計(jì)控制器改變吸振元件的剛度與阻尼，改善吸振效果。
[0015]3.混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器能夠降低功耗，因?yàn)橛来朋w提供了偏置磁場，所以控制電流小，功耗低。
[0016]4.結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適用范圍廣。
【附圖說明】
[0017]圖1為磁懸浮動(dòng)力吸振器結(jié)構(gòu)圖；
圖2為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器的原理示意圖；
圖3為混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器的原理示意圖；
圖中標(biāo)號名稱:1η型磁極，2控制繞組，3轉(zhuǎn)軸，4位移傳感器，5傳感器信號處理電路，6控制器，7單向功率放大器，8控制磁極，9永磁磁極，1永磁體，11雙向功率放大器，12轉(zhuǎn)軸支承，13支撐架，14基座。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0019]本發(fā)明公開了一種磁懸浮動(dòng)力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，可分為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器如圖2，混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器如圖3;主動(dòng)式電磁動(dòng)力吸振器的被吸元件為轉(zhuǎn)軸3，主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器的y方向吸振元件包括型磁極I，控制繞組2，位移傳感器4，吸振系統(tǒng)還包括傳感器信號處理電路5，控制器6和單向功率放大器7?？刂评@組2和型磁極I組成構(gòu)成電磁鐵，控制繞組2套在型磁極I上，Ji型磁極I由硅鋼片疊壓而成，2個(gè)型磁極2對稱布置在轉(zhuǎn)軸3y方向上;位移傳感器4，用于采集轉(zhuǎn)軸3徑向y方向的位移信息，兩個(gè)位移傳感器4差動(dòng)布置在轉(zhuǎn)軸3徑向y方向；傳感器信號處理電路5，處理采集到的位移信號輸出給控制器6;控制器6，與所述傳感器信號處理電路5連接，用于控制徑向y方向控制繞組2中線圈電流的大小與方向；單向功率放大器7，與所述控制器6連接，用于在控制繞組2中產(chǎn)生相應(yīng)的正電流。主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器徑向X方向的吸振元件、吸振系統(tǒng)和y方向相同。主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器的剛度和阻尼由轉(zhuǎn)軸3和電磁鐵之間的電磁力提供，通過調(diào)整控制繞組2線圈電流可改變剛度與阻尼，達(dá)到動(dòng)力吸振的效果。
[0020]混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器的被吸元件為轉(zhuǎn)軸3，y方向吸振元件包括控制磁極8，永磁磁極9，位移傳感器4，吸振系統(tǒng)還包括傳感器信號處理電路5，控制器6和雙向功率放大器
11?？刂拼艠O8上繞有控制繞組2提供控制磁場;永磁磁極9上裝有永磁體10提供偏置磁場；位移傳感器4，用于采集轉(zhuǎn)軸3 y方向的位移信息，兩個(gè)位移傳感器4差動(dòng)布置在轉(zhuǎn)軸3徑向y方向；傳感器信號處理電路5，處理采集到的位移信號輸出給控制器6;控制器6，與所述傳感器信號處理電路5連接，用于控制徑向y方向控制磁極8中控制繞組2電流的大小與方向；雙向功率放大器11，與所述控制器6連接，用于在控制繞組2中產(chǎn)生相應(yīng)的可正可負(fù)的電流?；旌鲜酱艖腋?dòng)力吸振器徑向X方向的吸振元件、吸振系統(tǒng)和y方向相同?；旌鲜酱艖腋?dòng)力吸振器的剛度與阻尼由轉(zhuǎn)軸3和電磁鐵之間的電磁力提供，通過調(diào)整控制磁極8上線圈電流可改變剛度和阻尼，達(dá)到動(dòng)力吸振的效果。
[0021]結(jié)構(gòu)如圖1，磁極與線圈構(gòu)成磁懸浮動(dòng)力吸振器主要的質(zhì)量單元，套在轉(zhuǎn)軸3上。轉(zhuǎn)軸3通過轉(zhuǎn)子支承12固定在基座14上，轉(zhuǎn)子支承可以采用滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承等各種支承。處于非工作狀態(tài)的磁懸浮動(dòng)力吸振器支撐在基座14的支撐架13上。
[0022]當(dāng)沒有給線圈供電時(shí)，磁懸浮動(dòng)力吸振器處于非工作狀態(tài)，由支撐架13支撐。當(dāng)給線圈供電即工作時(shí)，由于支撐架13與磁懸浮動(dòng)力吸振器之間的間隙1:小于轉(zhuǎn)軸3與控制磁極之間的間隙12，磁懸浮動(dòng)力吸振器將脫離支撐架13，與轉(zhuǎn)軸之間會存在等效剛度。根據(jù)傳感器4檢測到的轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)位移，控制器6將調(diào)整控制電流的大小，改變磁懸浮動(dòng)力吸振器和轉(zhuǎn)軸3之間的等效剛度，使得磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率和轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)頻率相等，便能達(dá)到動(dòng)力吸振的效果，就可實(shí)現(xiàn)有效的吸振功能，并且吸振頻率可以隨轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)頻率改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁懸浮動(dòng)力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，被吸元件為轉(zhuǎn)軸(3);其特征在于: 吸振元件包括結(jié)構(gòu)相同的繞轉(zhuǎn)軸(3)均勻分布的磁懸浮吸振元件，每組磁懸浮吸振元件均包括電磁鐵和位移傳感器(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器，其特征在于:該磁懸浮動(dòng)力吸振器為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器;所述電磁鐵由型磁極(I)及繞于其上的控制繞組(2)組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器，其特征在于:該磁懸浮動(dòng)力吸振器為混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器;所述電磁鐵由控制磁極(8)及繞于其上提供控制磁場的控制繞組(2)，以及永磁磁極(9)和裝于其上提供偏置磁場的永磁體(10)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮動(dòng)力吸振器的吸振器系統(tǒng)，其特征在于: 該系統(tǒng)還包括傳感器信號處理電路(5)、控制器(6)及功率放大器； 磁懸浮吸振元件中的位移傳感器(4)與傳感器信號處理電路(5)輸入端相連，傳感器信號處理電路(5)輸出端經(jīng)過控制器(6)及功率放大器后與吸振器中控制繞組(2)相連； 當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器為主動(dòng)式磁懸浮動(dòng)力吸振器時(shí)功率放大器為單向功率放大器(7); 當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器為混合式磁懸浮動(dòng)力吸振器時(shí)功率放大器為雙向功率放大器(Il)05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器系統(tǒng)的工作方法，其特征在于: 磁懸浮吸振元件與轉(zhuǎn)軸(3)之間提供剛度與阻尼； 通過控制器參數(shù)改變電流大小以改變上述剛度與阻尼，進(jìn)而改變磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率； 當(dāng)磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率與振動(dòng)頻率相同時(shí)，達(dá)到吸振效果，即消除了主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁懸浮動(dòng)力吸振器及其吸振系統(tǒng)與工作方法，涉及吸振裝置技術(shù)、磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。其吸振元件包括結(jié)構(gòu)相同的繞轉(zhuǎn)軸（3）均勻分布的磁懸浮吸振元件，每組磁懸浮吸振元件均包括電磁鐵和位移傳感器（4）。磁懸浮吸振元件與轉(zhuǎn)軸（3）之間提供剛度與阻尼；通過控制器（6）參數(shù)改變電流大小以改變上述剛度與阻尼，進(jìn)而改變磁懸浮動(dòng)力吸振器的固有頻率，達(dá)到動(dòng)力吸振的效果。
【IPC分類】F16F6/00
【公開號】CN105605135
【申請?zhí)枴緾N201610050127
【發(fā)明人】金超武, 汪蕾, 周瑾, 徐龍祥, 周宇, 王璠
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月26日