CN105605135A - 磁悬浮动力吸振器及其吸振系统与工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮动力吸振器及其吸振系统与工作方法，涉及吸振装置技术、磁悬浮技术领域。其吸振元件包括结构相同的绕转轴（3）均匀分布的磁悬浮吸振元件，每组磁悬浮吸振元件均包括电磁铁和位移传感器（4）。磁悬浮吸振元件与转轴（3）之间提供刚度与阻尼；通过控制器（6）参数改变电流大小以改变上述刚度与阻尼，进而改变磁悬浮动力吸振器的固有频率，达到动力吸振的效果。

Description

磁悬浮动力吸振器及其吸振系统与工作方法
技术领域
本发明专利涉及吸振装置技术、磁悬浮技术领域，特别涉及一种磁悬浮动力吸振器及其吸振系统与工作方法。
背景技术
在转子振动控制中，文献《环形动力吸振器进行转子振动控制的实验》中张炳康等人基于单圆盘转子模型，设计了一种对分式环形动力吸振器。吸振器通过轴承安装在转子两支承跨距内任意位置，而不改变转子系统的动力学特性。
吸振器主要由连接单元、质量单元、刚度(弹簧)单元及阻尼单元构成.其中连接单元包括轴承和内环，轴承采用带轴向定位的顶针滚动轴承，内环套在轴承外圈，通过轴承与转轴连接，从而可以传递系统振动与作用力，而内环及其吸振器结构本身并不转动。质量单元由外环及附加质量提供，质量大小可以调节。刚度单元则由径向对称的4个刚度完全一致的弹簧构成，合理地选择外环质量和弹簧的径向综合刚度，便可调整吸振器的固有频率。结构的阻尼单元则由填充在弹簧内部的橡胶构成。为方便拆装，内、外环均采用对分式结构。
吸振器振动控制的机理：当主系统结构在外激励作用下产生振动时，通过在主系统上附加一个子系统(即吸振器)，只要子系统的固有频率与主系统的振动频率相同，吸振器质量块的振荡相对主系统响应有90度的相位滞后，两者相对运动产生的惯性力反作用到主系统上，就可有效地消除主系统结构的振动。从能量转移的角度可以理解为主系统的振动能量转移到附加的子系统上，从而实现减少主系统振动的目的。
但传统的动力吸振器为纯机械装置，只能是被动吸振，而转子的不平衡力随其转速变化，这就要求动力吸振器的参数能随振动情况的变化而调整，因而传统的动力吸振器已经不能满足需要。
发明内容
本发明针对现有动力吸振器的不足，提供一种通过改变吸振器刚度和阻尼使得吸振频率可以随转子的振动频率改变的磁悬浮动力吸振器及其吸振系统与工作方法。
本发明通过以下措施来实现的：
一种磁悬浮动力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，被吸元件为转轴；其特征在于：吸振元件包括结构相同的绕转轴均匀分布的磁悬浮吸振元件，每组磁悬浮吸振元件均包括电磁铁和位移传感器。
所述的主动式磁悬浮动力吸振器，其特征在于：该磁悬浮动力吸振器为主动式磁悬浮动力吸振器；所述电磁铁由π型磁极及绕于其上的控制绕组组成。
所述的混合式磁悬浮动力吸振器，其特征在于：该磁悬浮动力吸振器为混合式磁悬浮动力吸振器；所述电磁铁由控制磁极及绕于其上提供控制磁场的控制绕组,以及永磁磁极和装于其上提供偏置磁场的永磁体组成。
所述的磁悬浮动力吸振器的吸振器系统，其特征在于：该系统还包括传感器信号处理电路、控制器及功率放大器；磁悬浮吸振元件中的位移传感器与传感器信号处理电路输入端相连，传感器信号处理电路输出端经过控制器及功率放大器后与吸振器中控制绕组相连；当磁悬浮动力吸振器为主动式磁悬浮动力吸振器时,所述功率放大器为单向功率放大器；当磁悬浮动力吸振器为混合式磁悬浮动力吸振器时,所述功率放大器为双向功率放大器。
所述的吸振器系统的工作方法，其特征在于：磁悬浮吸振元件与转轴之间提供刚度与阻尼；通过控制器参数改变电流大小以改变上述刚度与阻尼，进而改变磁悬浮动力吸振器的固有频率；当磁悬浮动力吸振器的固有频率与振动频率相同时，达到吸振效果，即消除了主系统结构的振动。
本发明的工作原理：
对于主动式磁悬浮动力吸振器，电流同时提供偏置磁场和控制磁场，所产生的电磁力提供转轴和电磁铁之间的刚度和阻尼，对于混合式磁悬浮动力吸振器，控制磁极提供控制磁场，永磁磁极提供偏置磁场，它们共同作用所产生的电磁力提供转轴和磁极之间的刚度和阻尼。当转子振动时，位移传感器通过采集转轴位移信号检测转轴的振动频率，控制器根据检测到的位置和频率调节控制绕组中的线圈电流，通过电流的改变来调整磁悬浮动力吸振器的刚度与阻尼，使磁悬浮动力吸振器的固有频率与转子的振动频率相等，达到动力吸振的效果。
本发明的有益效果：
1.当转子的振动频率变化时，可以通过调整线圈电流的方法达到宽频吸振。
2.可以通过设计控制器改变吸振元件的刚度与阻尼，改善吸振效果。
3.混合式磁悬浮动力吸振器能够降低功耗，因为永磁体提供了偏置磁场，所以控制电流小，功耗低。
4.结构简单，使用方便，适用范围广。
附图说明
图1为磁悬浮动力吸振器结构图；
图2为主动式磁悬浮动力吸振器的原理示意图；
图3为混合式磁悬浮动力吸振器的原理示意图；
图中标号名称：1π型磁极，2控制绕组，3转轴，4位移传感器，5传感器信号处理电路，6控制器，7单向功率放大器，8控制磁极，9永磁磁极，10永磁体，11双向功率放大器，12转轴支承，13支撑架，14基座。
具体实施方式
以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
本发明公开了一种磁悬浮动力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，可分为主动式磁悬浮动力吸振器如图2，混合式磁悬浮动力吸振器如图3；主动式电磁动力吸振器的被吸元件为转轴3，主动式磁悬浮动力吸振器的y方向吸振元件包括π型磁极1，控制绕组2，位移传感器4，吸振系统还包括传感器信号处理电路5，控制器6和单向功率放大器7。控制绕组2和π型磁极1组成构成电磁铁，控制绕组2套在π型磁极1上，π型磁极1由硅钢片叠压而成，2个π型磁极2对称布置在转轴3y方向上；位移传感器4，用于采集转轴3径向y方向的位移信息，两个位移传感器4差动布置在转轴3径向y方向；传感器信号处理电路5，处理采集到的位移信号输出给控制器6；控制器6，与所述传感器信号处理电路5连接，用于控制径向y方向控制绕组2中线圈电流的大小与方向；单向功率放大器7，与所述控制器6连接，用于在控制绕组2中产生相应的正电流。主动式磁悬浮动力吸振器径向x方向的吸振元件、吸振系统和y方向相同。主动式磁悬浮动力吸振器的刚度和阻尼由转轴3和电磁铁之间的电磁力提供，通过调整控制绕组2线圈电流可改变刚度与阻尼，达到动力吸振的效果。
混合式磁悬浮动力吸振器的被吸元件为转轴3，y方向吸振元件包括控制磁极8，永磁磁极9，位移传感器4，吸振系统还包括传感器信号处理电路5，控制器6和双向功率放大器11。控制磁极8上绕有控制绕组2提供控制磁场；永磁磁极9上装有永磁体10提供偏置磁场；位移传感器4，用于采集转轴3y方向的位移信息，两个位移传感器4差动布置在转轴3径向y方向；传感器信号处理电路5，处理采集到的位移信号输出给控制器6；控制器6，与所述传感器信号处理电路5连接，用于控制径向y方向控制磁极8中控制绕组2电流的大小与方向；双向功率放大器11，与所述控制器6连接，用于在控制绕组2中产生相应的可正可负的电流。混合式磁悬浮动力吸振器径向x方向的吸振元件、吸振系统和y方向相同。混合式磁悬浮动力吸振器的刚度与阻尼由转轴3和电磁铁之间的电磁力提供，通过调整控制磁极8上线圈电流可改变刚度和阻尼，达到动力吸振的效果。
结构如图1，磁极与线圈构成磁悬浮动力吸振器主要的质量单元，套在转轴3上。转轴3通过转子支承12固定在基座14上，转子支承可以采用滚动轴承、滑动轴承等各种支承。处于非工作状态的磁悬浮动力吸振器支撑在基座14的支撑架13上。
当没有给线圈供电时，磁悬浮动力吸振器处于非工作状态，由支撑架13支撑。当给线圈供电即工作时，由于支撑架13与磁悬浮动力吸振器之间的间隙l 1 小于转轴3与控制磁极之间的间隙l 2 ，磁悬浮动力吸振器将脱离支撑架13，与转轴之间会存在等效刚度。根据传感器4检测到的转轴的振动位移，控制器6将调整控制电流的大小，改变磁悬浮动力吸振器和转轴3之间的等效刚度，使得磁悬浮动力吸振器的固有频率和转轴的振动频率相等，便能达到动力吸振的效果，就可实现有效的吸振功能，并且吸振频率可以随转轴的振动频率改变。

Claims (5)

1.一种磁悬浮动力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，被吸元件为转轴（3）；其特征在于：
吸振元件包括结构相同的绕转轴（3）均匀分布的磁悬浮吸振元件，每组磁悬浮吸振元件均包括电磁铁和位移传感器（4）。
2.根据权利要求1所述的主动式磁悬浮动力吸振器，其特征在于：该磁悬浮动力吸振器为主动式磁悬浮动力吸振器；所述电磁铁由π型磁极（1）及绕于其上的控制绕组（2）组成。
3.根据权利要求1所述的混合式磁悬浮动力吸振器，其特征在于：该磁悬浮动力吸振器为混合式磁悬浮动力吸振器；所述电磁铁由控制磁极（8）及绕于其上提供控制磁场的控制绕组（2）,以及永磁磁极（9）和装于其上提供偏置磁场的永磁体（10）组成。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮动力吸振器的吸振器系统，其特征在于：
该系统还包括传感器信号处理电路（5）、控制器(6)及功率放大器；
磁悬浮吸振元件中的位移传感器（4）与传感器信号处理电路（5）输入端相连，传感器信号处理电路（5）输出端经过控制器（6）及功率放大器后与吸振器中控制绕组（2）相连；
当磁悬浮动力吸振器为主动式磁悬浮动力吸振器时功率放大器为单向功率放大器（7）；
当磁悬浮动力吸振器为混合式磁悬浮动力吸振器时功率放大器为双向功率放大器（11）。
5.根据权利要求1所述的吸振器系统的工作方法，其特征在于：
磁悬浮吸振元件与转轴（3）之间提供刚度与阻尼；
通过控制器参数改变电流大小以改变上述刚度与阻尼，进而改变磁悬浮动力吸振器的固有频率;
当磁悬浮动力吸振器的固有频率与振动频率相同时，达到吸振效果，即消除了主系统结构的振动。
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