CN105697652A - 一种基于电磁驱动的自动平衡头结构 - Google Patents

Abstract

一种基于电磁驱动的自动平衡头结构，包括相互同轴配合且固定连接的旋转轴和壳体，旋转轴与壳体之间形成有腔室；还包括分别与旋转轴同轴配合的定子和转子，及电磁离合器；所述定子、转子和电磁离合器分别置于腔室内，所述转子至少相对旋转轴和/或壳体和/或定子转动；所述电磁离合器包括弹性件、励磁线圈和平衡块，所述平衡块至少可转动和可移动，且对应转子端部设置，其对应转子端部设置有作用部，平衡块通过作用部随转子转动，所述弹性件弹性按压作用部于转子上，使平衡块随转子转动，所述励磁线圈通电磁吸平衡块，使其脱离转子。本发明具有结构简单合理、体积小、结构紧凑、精度高、稳定性好、响应时间短、效率高的特点。

Description

一种基于电磁驱动的自动平衡头结构

技术领域

本发明涉及旋转机械动平衡领域，特别涉及一种基于电磁驱动的自动平衡头结构。

背景技术

旋转机械在高速运行时要产生振动，而由于转子不平衡引起的振动是旋转机械振动中最为常见的一种现象，据统计，约有70％的振动是由于转子本身的质量不平衡引起的。尽管现在大型旋转机械在制造厂都做过单转子平衡，但由于现场运行条件与制造厂进行平衡的条件不同，轴系平衡状态可能会由于机组安装、运行条件变化、通流部分结垢、磨损、甚至部件飞脱等原因而发生变化。因此，现场平衡成为保障机组安全稳定运行的重要工作，而采用先进平衡技术以及装备将提高平衡效率，减少机组启动次数，带来巨大的经济效益。

目前主要的平衡方法是通过人工的方式在停机的状态对转子进行加重或去重处理，反复启车测试、停机加/去重，直到满意为止。这种常规的平衡方法是消除或减缓转子不平衡振动的最直接手段，也是很有效的手段，但在工程应用中还有一些局限性。如：需要反复停机加/减试重，平衡时间长、费用高；对工况变化产生的不平衡以及转子的突然失衡等不能有效处理。虽然发展中的无试重动平衡技术有望减少平衡启停次数，但仍不能避免停机。可见，自动平衡技术可以实现旋转机械在不停机的运行过程中平衡，及时降低振动，是动平衡技术的重要发展方向。

中国专利文献号CN201177550Y于2009年1月7日公开了一种摩擦型全自动高速主轴在线动平衡装置及其控制系统，并具体公开了：

平衡装置整体上采用对称式结构设计，以啮合齿圈为中心左右对称，包括有外壳、连接轴、平衡环和平衡环驱动执行机构四部分；其中：

外壳包括有轴承和由隔磁材料制成的圆筒形壳体、端盖和轴承盖，端盖、轴承盖和轴承各有对称的两个，壳体、端盖和轴承盖三者紧固配合；

连接轴包括中心轴和圆环形啮合齿圈，啮合齿圈的两端面设置有三角尖齿离合器爪齿；啮合齿圈套装在中心轴上，二者紧固连接；中心轴的一端设置有用于与高速主轴紧固连接的螺杆；

平衡环包括由软磁材料制成的平衡环身和由隔磁材料制成的平衡环体，圆环形平衡环身套装在平衡环体上，二者紧固连接构成平衡环；圆环形平衡环身上设置有用于传感器读取信号和校正高速主轴不平衡量的不平衡量缺口，平衡环体设置有中心孔，其内侧面设置有三角尖齿离合器爪齿，以啮合齿圈为中心，两对称的平衡环套装在中心轴上，二者的中心线重合，平衡环可在中心轴上沿轴向内外移动，向内移动时，平衡环外侧的三角失齿离合器爪齿与啮合齿圈外侧的三角尖齿离合器爪齿啮合，向外移动时二者分离；

平衡环驱动执行机构包括电磁铁、减速轴承、弹性件和弹性件挡圈，电磁铁又包括有电磁铁线圈、由隔磁材料制成的电磁铁挡圈、由软磁材料制成的电磁铁骨架和电磁铁套筒；电磁铁骨架设置有中心孔，圆环形电磁铁挡圈套装在电磁铁骨架的内侧，电磁铁线圈缠绕在电磁铁骨架上，电磁铁套筒套在电磁铁骨架和电磁铁挡圈上，电磁铁线圈被封装在由电磁铁骨架、电磁铁套筒和电磁铁挡圈封闭成的内部空间内；两对称的电磁铁分别固定连接在端盖的内侧端部；减速轴承整体嵌入在电磁铁骨架内，二者紧配合，且减速轴承外圈内侧与电磁铁骨架内侧在同一个平面内，减速轴承内圈内侧高于其外圈内侧，平衡环向外移动时，只能移动到减速轴承内圈的内侧处；弹性件挡圈套在中心轴上，二者松配合，弹性件挡圈的外侧与轴承内圈内侧紧靠在一起，圆柱弹性件的一端固定在弹性件挡圈上，另一端套在平衡环体的外侧端部，装配后弹性件有预压缩量，在预压力的作用下，平衡环向内移动与啮合齿圈紧固啮合。

该结构复杂，而且调节精度较低，因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、体积小、结构紧凑、精度高、稳定性好、响应时间短、效率高、能实现不停机在线动平衡补偿的基于电磁驱动的自动平衡头结构，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种基于电磁驱动的自动平衡头结构，包括相互同轴配合且固定连接的旋转轴和壳体，旋转轴与壳体之间形成有腔室；其特征在于：还包括分别与旋转轴同轴配合的定子和转子，及电磁离合器；所述定子、转子和电磁离合器分别置于腔室内，所述转子至少相对旋转轴和/或壳体和/或定子转动；所述电磁离合器包括弹性件、励磁线圈和平衡块，所述平衡块至少可转动和可移动，且对应转子端部设置，其对应转子端部设置有作用部，平衡块通过作用部随转子转动，所述弹性件弹性按压作用部于转子上，使平衡块随转子转动，所述励磁线圈通电磁吸平衡块，使其脱离转子。

进一步说：所述弹性件和/或励磁线圈与平衡块之间有一定间隙，平衡块在所述间隙范围内移动。

进一步说：所述平衡块具有偏心质量，励磁线圈断电状态下，平衡块随转子转动，励磁线圈通电状态下，平衡块相对转子静止。

进一步说：所述旋转轴表面同轴装配有轴套，且彼此之间有一定间隙，所述轴套表面同轴固定有环形的永久磁铁，转子设置两个，且相互对称固定于永久磁铁两端，所述电磁离合器设置两套，且相互对称的置于两转子端部。

进一步说：所述壳体由外盖体、第一端盖和第二端盖组成，其中，外盖体呈圆筒体，第一端盖和第二端盖分别封闭外盖体两端，且分别固定于旋转轴上，所述定子固定于外盖体内壁。

进一步说：两套所述电磁离合器的弹性件和/或励磁线圈对应固定于第一端盖和第二端盖上；所述轴套两端与第一端盖和第二端盖之间设置有轴承。

进一步说：所述转子对应设置于定子内侧，且彼此之间有一定间隙。

平衡块与转子之间的随动结构可以具有以下三方案：

方案一：所述作用部为表面粗糙的摩擦面。

方案二：所述作用部由若干径向延伸的齿牙环形均布而成，所述转子端部对应环形均布有若干与之啮合的齿牙。

方案三：所述作用部由若干凸点环形均布而成，所述转子端部对应环形均布有若干与凸点匹配的凹孔；或者，所述作用部由若干凹孔环形均布而成，所述转子端部对应环形均布有若干与凹孔匹配的凸点。

本发明通过设置电磁离合器实现在线动平衡补偿，弹性件作用平衡块随转子转动，励磁线圈通电磁吸平衡块脱离转子，其中平衡块具有偏心质量，通过控制平衡块的角位移，就可以产生所需要的补偿质量；工作中通过对励磁线圈的通断电操作达到目的；其具有结构简单合理、体积小、结构紧凑、精度高、稳定性好、响应时间短、效率高的特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例的剖视图。

图2为本发明第一实施例中平衡块的结构示意图。

图3为本发明第二实施例中平衡块的结构示意图。

图4为本发明第二实施例平衡块与转子分离的局部放大示意图。

图5为本发明第二实施例平衡块与转子结合的局部放大示意图。

图6为本发明第三实施例中平衡块的结构示意图。

图7为本发明第三实施例平衡块与转子分离的局部放大示意图。

图8为本发明第三实施例平衡块与转子结合的局部放大示意图。

图中:1为第一端盖，2为轴承，3为弹性件，4为励磁线圈，5为垫圈，6为平衡块，6.1为作用部，7为定子，8为转子，9为永久磁铁，10为挡圈，11为第二端盖，12为套筒，13为轴套，13.1为限位部，14为旋转轴，15为外盖体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1和图2，本基于电磁驱动的自动平衡头结构，包括相互同轴配合且固定连接的旋转轴14和壳体、电磁离合器，以及分别与旋转轴14同轴配合的定子7和转子8。旋转轴14与壳体之间形成有腔室；定子7、转子8和电磁离合器分别置于腔室内，转子8至少相对旋转轴14、壳体和定子7转动；电磁离合器包括弹性件3、励磁线圈4和平衡块6，平衡块6至少可转动和可移动，且对应转子8端部设置，其对应转子8端部设置有作用部6.1，平衡块6通过作用部随转子8转动，弹性件3弹性按压作用部6.1于转子8上，使平衡块6随转子8转动，励磁线圈4通电磁吸平衡块6，使其脱离转子8。

具体地讲：弹性件3和励磁线圈4与平衡块6之间有一定间隙，平衡块6在间隙范围内移动；弹性件3优选弹簧。

平衡块6具有偏心质量，通过控制平衡块6角位移，就可以产生所需要的补偿质量；励磁线圈4断电状态下，平衡块6随转子8转动，励磁线圈4通电状态下，平衡块6相对转子8静止。

旋转轴14表面同轴装配有轴套13，且彼此之间有一定间隙，轴套13表面同轴固定有环形的永久磁铁9，转子8设置两个，且相互对称固定于永久磁铁9两端，电磁离合器设置两套，且相互对称的置于两转子8端部。左侧的转子8左端面内环部顶在轴套13的左端的限位部13.1上实现定位，右侧的转子8通过套筒12与右侧的轴承2实现轴向固定，两转子8及永久磁铁9设置于限位部13.1和套筒12之间。

壳体由外盖体15、第一端盖1和第二端盖11组成，其中，外盖体15呈圆筒体，第一端盖1和第二端盖11分别封闭外盖体15两端，且分别采用过盈配合固定在旋转轴13上，定子7固定于外盖体15内壁，通过挡圈10实现其轴向定位；外盖体15通过垫圈5调节其轴向配合量。

两套电磁离合器的弹性件3和励磁线圈4对应固定于第一端盖1和第二端盖11上；轴套13两端与第一端盖1和第二端盖11之间设置有轴承2，且轴套13的左端通过左侧的轴承2与第一端盖1实现左、及上下方位的固定，轴套13的右端通过右侧的轴承2与第二端盖11实现右、及上下方位的固定。

转子8对应设置于定子7内侧，且彼此之间有一定间隙，定子7始终不转动。

本实施例的作用部6.1为表面粗糙的摩擦面，利用摩擦力，使平衡块6可以随转子8转动，实现动平衡调节。

其工作原理：

平衡块6、弹性件3和励磁线圈4构成电磁摩擦离合器；在励磁线圈4未通电时，平衡块6在弹性件3的作用下与转子8接触，由于摩擦力的作用，平衡块6会随转子8转动；而在励磁线圈4通电时，励磁线圈4会产生对平衡块6的电磁吸力，将平衡块6与转子8脱开，并吸附到定子7端盖上，使平衡块6不随转子8转动；在两励磁线圈4均不通电时，平衡块6在摩擦力矩的作用下与转子8一起同步转动，可用于不平衡量相位的补偿，当只调整左边平衡块的位置时，给右边的摩擦离合器的励磁线圈4通电，这样右平衡块6就在电磁力作用下与转子8脱开，此时仅左边平衡块随转子8转动；反之，当只调整右边平衡块的位置时，给左边的摩擦离合器的励磁线圈4通电。以上调整方式可用于不平衡量幅值的补偿，调整结束后，励磁线圈4断电，平衡块6在弹性件3推力的作用下与转子8接触，并由电机定位转矩保证它们的位置固定。

压电式加速度传感器检测到不平衡引发的振动信号时，经过电荷放大和信号处理后，进入主控计算机。主控计算机根据同频振动分量的大小，依据平衡策略得到驱动平衡头的指令。控制指令经过编码和红外信号传输发送至平衡头。平衡头接受到控制指令，经解码、环分、功率放大，由电机驱动校正质量转动，产生与转子不平衡量大小相等、方向相反的校正质量，即可实现转子的自动平衡。

第二实施例

参见图3-图5，本基于电磁驱动的自动平衡头结构，其不同于第一实施例之处在于：所述作用部6.1由若干径向延伸的齿牙环形均布而成，所述转子8端部对应环形均布有若干与之啮合的齿牙。本结构平衡块6与转子8的结合更紧凑稳定。

其他未述部分同第一实施例，这里不再说明。

第三实施例

参见图6-图8，本基于电磁驱动的自动平衡头结构，其不同于第一实施例之处在于：所述作用部6.1由若干凸点环形均布而成，所述转子8端部对应环形均布有若干与凸点匹配的凹孔；凸点表面优选为球面，其凸起高度小于或等于所在球体的半径，凹孔对应为球形凹陷。作用部6.1可设置一个以上，组成多组环形均布的凸点，本实施例采用两作用部6.1的结构。本结构平衡块6与转子8的结合更紧凑稳定。

此外，凸点和凹孔的位置可对调，即所述作用部6.1由若干凹孔环形均布而成，所述转子8端部对应环形均布有若干与凹孔匹配的凸点。

其他未述部分同第一实施例，这里不再说明。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于电磁驱动的自动平衡头结构，包括相互同轴配合且固定连接的旋转轴(14)和壳体，旋转轴(14)与壳体之间形成有腔室；其特征在于：还包括分别与旋转轴(14)同轴配合的定子(7)和转子(8)，及电磁离合器；所述定子(7)、转子(8)和电磁离合器分别置于腔室内，所述转子(8)至少相对旋转轴(14)和/或壳体和/或定子(7)转动；所述电磁离合器包括弹性件(3)、励磁线圈(4)和平衡块(6)，所述平衡块(6)至少可转动和可移动，且对应转子(8)端部设置，其对应转子(8)端部设置有作用部(6.1)，平衡块(6)通过作用部(6.1)随转子(8)转动，所述弹性件(3)弹性按压作用部(6.1)于转子(8)上，使平衡块(6)随转子(8)转动，所述励磁线圈(4)通电磁吸平衡块(6)，使其脱离转子(8)。

2.根据权利要求1所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述弹性件(3)和/或励磁线圈(4)与平衡块(6)之间有一定间隙，平衡块(6)在所述间隙范围内移动。

3.根据权利要求2所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述平衡块(6)具有偏心质量，励磁线圈(4)断电状态下，平衡块(5)随转子(8)转动，励磁线圈(4)通电状态下，平衡块(5)相对转子(8)静止。

4.根据权利要求3所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述旋转轴(14)表面同轴装配有轴套(13)，且彼此之间有一定间隙，所述轴套(13)表面同轴固定有环形的永久磁铁(9)，转子(8)设置两个，且相互对称固定于永久磁铁(9)两端，所述电磁离合器设置两套，且相互对称的置于两转子(8)端部。

5.根据权利要求4所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述壳体由外盖体(15)、第一端盖(1)和第二端盖(11)组成，其中，外盖体(15)呈圆筒体，第一端盖(1)和第二端盖(11)分别封闭外盖体(15)两端，且分别固定于旋转轴(14)上，所述定子(7)固定于外盖体(15)内壁。

6.根据权利要求5所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：两套所述电磁离合器的弹性件(3)和/或励磁线圈(4)对应固定于第一端盖(1)和第二端盖(11)上；所述轴套(13)两端与第一端盖(1)和第二端盖(11)之间设置有轴承(2)。

7.根据权利要求6所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述转子(8)对应设置于定子(7)内侧，且彼此之间有一定间隙。

8.根据权利要求1-7任一项所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述作用部(6.1)为表面粗糙的摩擦面。

9.根据权利要求1-7任一项所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述作用部(6.1)由若干径向延伸的齿牙环形均布而成，所述转子(8)端部对应环形均布有若干与之啮合的齿牙。

10.根据权利要求1-7任一项所述基于电磁驱动的自动平衡头结构，其特征在于：所述作用部(6.1)由若干凸点环形均布而成，所述转子(8)端部对应环形均布有若干与凸点匹配的凹孔；

或者，所述作用部(6.1)由若干凹孔环形均布而成，所述转子(8)端部对应环形均布有若干与凹孔匹配的凸点。