CN106197964B - 一种磁悬浮双转子结构的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮双转子结构的试验装置，属于机械技术领域。试验装置包括平台、两个磁悬浮轴承座、至少一套外转轴加载组件、至少一套内转轴加载组件、至少2个传感器组和处理器；两个磁悬浮轴承座分别固定在平台上，两个磁悬浮轴承的定子分别固定在两个磁悬浮轴承座上，外转轴加载组件用于对外转轴施加沿外转轴的径向方向的力，并对施加沿外转轴的径向方向的力进行测量；第一传感器组用于采集外转轴分别在x方向和y方向的径向位移；第二传感器组用于采集内转轴分别在x方向和y方向的径向位移；处理器用于接收传感器组采集的信号、接收外转轴加载组件测量的力信号、以及接收内转轴加载组件测量的力信号，并对接收的信号进行分析。

Description

一种磁悬浮双转子结构的试验装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别涉及一种磁悬浮双转子结构的试验装置。

背景技术

涡轮发动机是航空发动机的重要组成部分，用于驱动航空发动机的压气机工作。按照不同的转轴数量，涡轮发动机分为单转子、双转子和多转子涡轮发动机。

其中，双转子涡轮发动机配置双转子结构。一般地，双转子结构包括两根转轴，高压转轴和低压转轴。高压转轴的一端连接涡轮发动机的高压涡轮，高压转轴的另一端连接高压压气机。高压转轴为空心轴，低压转轴的一端连接涡轮发动机的低压涡轮，低压转轴的另一端从高压转轴的空心穿过后连接低压压气机。在工作时，涡轮发动机通过高压转轴带动高压压气机高速旋转，通过低压转轴带动低压压气机低速转动。为了保证高压转轴和低压转轴独立转动，高压转轴和低压转轴之间设置滚动轴承B，低压转轴由滚动轴承B支承；而高压转轴则通过滚动轴承C固定在航空发动机的机匣上。

随着磁悬浮支承技术越来越受到人们的关注与重视，可以设想将磁悬浮轴承应用于双转子结构。

与其它轴承相比，虽然磁悬浮轴承能够随系统状态和需求实时地大范围调整支承特性，能够更好地匹配航空发动机的性能，但是，在航空发动机运行时，磁悬浮轴承中磁性材料的利用率要求高、材料工作点变化大、磁场分布的非线性特征强烈，所以要获得磁悬浮双转子结构的支承特性与航空发动机性能的智能匹配是比较困难的。为了研究磁悬浮双转子结构与航空发动机的匹配特性，需要设计专门针对配置磁悬浮双转子结构的试验装置。

发明内容

为了研究磁悬浮双转子结构与航空发动机的匹配特性，本发明提供了一种磁悬浮双转子结构的试验装置。所述技术方案如下：

本发明提供了一种磁悬浮双转子结构的试验装置，适用于磁悬浮双转子结构，所述磁悬浮双转子结构包括内转轴、外转轴和两个磁悬浮轴承，所述外转轴为空心轴，所述外转轴套设在所述内转轴上，所述内转轴的两端分别伸出所述外转轴的两端外，所述内转轴可转动地固定在所述外转轴上，所述两个磁悬浮轴承分别安装于所述外转轴的两端，

所述外转轴通过所述两个磁悬浮轴承可转动地固定在所述试验装置上，所述试验装置包括平台、两个磁悬浮轴承座、至少一套外转轴加载组件、至少一套内转轴加载组件、至少2个传感器组和处理器；

所述两个磁悬浮轴承座分别固定在所述平台上，所述两个磁悬浮轴承的定子分别固定在所述两个磁悬浮轴承座上；

所述外转轴加载组件用于，对所述外转轴施加沿所述外转轴的径向方向的力，并对施加沿所述外转轴的径向方向的力进行测量；

所述内转轴加载组件用于，对所述内转轴施加沿所述内转轴的径向方向的力，并对施加沿所述内转轴的径向方向的力进行测量；

所述至少2个传感器组包括至少一个第一传感器组和至少一个第二传感器组，所述第一传感器组用于，采集所述外转轴分别在x方向和y方向的径向位移；所述第二传感器组用于，采集所述内转轴分别在x方向和y方向的径向位移，所述x方向与所述y方向垂直，所述y方向为重力方向；

所述处理器分别与所述传感器组、所述外转轴加载组件和所述内转轴加载组件电连接，所述处理器用于，接收所述传感器组采集的信号、接收所述外转轴加载组件测量的施加沿所述外转轴的径向方向的力信号、以及接收所述内转轴加载组件测量的施加沿所述内转轴的径向方向的力信号，并对接收的信号进行分析。

可选的，所述至少一套外转轴加载组件固定在所述平台上、且位于所述两个磁悬浮轴承座之间；

所述外转轴加载组件包括第一导磁环、第一铁芯、第一铁芯支座、第一力传感器、第一力传感器支座和第一电流源；

所述第一导磁环为空心轴，所述第一导磁环套设在所述外转轴上，所述第一铁芯为U型铁芯，所述第一铁芯的两个支脚上分别对称地缠绕有第一线圈，所述第一铁芯的开口端朝向所述第一导磁环、并与所述第一导磁环存在间隙，所述第一铁芯与所述第一导磁环之间的间隙不小于所述磁悬浮轴承的定子和转子之间的间隙，所述第一铁芯固定在所述第一铁芯支座上，所述第一力传感器卡设在所述第一铁芯支座和所述第一力传感器支座之间，所述第一力传感器支座固定在所述平台上；所述第一电流源与所述第一线圈电连接，所述第一电流源用于输出指定电流至所述第一线圈；所述第一力传感器与所述处理器电连接。

可选的，所述至少一套内转轴加载组件固定在所述平台上、且靠近所述两个磁悬浮轴承座中的其中一个磁悬浮轴承座，与所述至少一套内转轴加载组件相邻的磁悬浮轴承座位于所述至少一套内转轴加载组件与所述至少一套外转轴加载组件之间。

可选的，所述第一导磁环的外壁沿径向设有第一凸缘，所述第一凸缘上均匀地设有第一通孔，所述第一凸缘与所述第一铁芯的开口相对。

可选的，所述第一导磁环为电工纯铁导磁环。

可选的，所述第一铁芯包括两片U型隔磁片和若干层叠的U型硅钢片，所述隔磁片与所述硅钢片的形状相同，所述若干层叠的U型硅钢片位于所述两片U型隔磁片之间。

可选的，所述第一力传感器分别与所述第一铁芯支座和所述第一力传感器支座螺纹连接。

可选的，所述试验装置包括两套所述外转轴加载组件和一套所述内转轴加载组件，两套所述外转轴加载组件沿外所述转轴的中心对称分布。

可选的，每个所述传感器组包括两个位移传感器，所述位移传感器是电涡流位移传感器。

可选的，所述试验装置还包括第一电机和第二电机，所述第一电机的输出轴与所述外转轴连接，所述第二电机的输出轴与所述内转轴连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过磁悬浮轴承座可以使磁悬浮双转子结构可转动地固定在试验转子上；采用外转轴加载组件对外转轴施加沿外转轴的径向方向的力，并对施加沿外转轴的径向方向的力进行测量；采用内转轴加载组件对内转轴施加沿内转轴的径向方向的力，并对施加沿内转轴的径向方向的力进行测量；采用传感器组采集外转轴和内转轴分别在水平方向和重力方向的径向位移；采用处理器接收传感器组采集的信号、接收外转轴加载组件测量的施加沿外转轴的径向方向的力信号、以及接收内转轴加载组件测量的施加沿内转轴的径向方向的力信号，并对接收的信号进行分析，得到分析结果；该试验装置能够完成对磁悬浮双转子结构的试验，从而满足了研究磁悬浮双转子结构与航空发动机的匹配特性的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种磁悬浮双转子结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种磁悬浮双转子结构的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种磁悬浮双转子结构的试验装置的结构示意图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图；

图6是本发明实施例提供的外转轴加载组件的结构示意图；

图7是图6的左视图；

图8是本发明实施例提供的内转轴加载组件的结构示意图；

图9是图8的左视图。

图中：A机匣、10内转轴、11外转轴、121磁悬浮轴承、122前端盖、123中端盖、124后端盖、125第一滚动轴承、131永磁轴承、132中介轴承、20平台、21两个磁悬浮轴承座、22外转轴加载组件、22a第一导磁环、22b第一铁芯、22c第一线圈、22d第一铁芯支座、22e第一力传感器、22f第一力传感器支座、22g第一凸缘、22h第一通孔、22i第一压板、22j第一螺栓、23内转轴加载组件、23a第二导磁环、23b第二铁芯、23c第二线圈、23d第二铁芯支座、23e第二力传感器、23f第二力传感器支座、23g第二凸缘、23h第二通孔、24位移传感器、25第一电机、25a第一联轴器、26第二电机、26a第二联轴器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了便于理解本发明实施例提供的磁悬浮双转子结构的试验装置，首先结合图1和图2介绍一下磁悬浮双转子结构的结构。如图1所示，磁悬浮双转子结构包括内转轴10、外转轴11和两个磁悬浮轴承121。外转轴11为空心轴，外转轴11套设在内转轴10上，内转轴10的两端分别伸出外转轴11的两端外。内转轴10可转动地固定在外转轴11上，两个磁悬浮轴承121分别安装于外转轴11的两端，外转轴11通过两个磁悬浮轴承121可转动地固定在涡轮发动机的机匣A上。

在采用试验装置对磁悬浮双转子结构进行试验时，试验装置将替代机匣A，外转轴11将通过两个磁悬浮轴承121可转动地固定在试验装置上。

其中，磁悬浮双转子结构还包括两套轴承安装组件，两套轴承安装组件分别用于固定两个磁悬浮轴承121。轴承安装组件包括前端盖122、中端盖123、后端盖124和第一滚动轴承125。前端盖122、中端盖123和后端盖124均为透盖，并且，前端盖122、中端盖123和后端盖124均套设在外转轴11上。中端盖123的外壁和后端盖124的外壁均与机匣A固定连接。磁悬浮轴承121的定子安装在中端盖123和后端盖124之间，磁悬浮轴承121的转子套设在外转轴11上，同一磁悬浮轴承121的转子与定子相对，两套轴承安装组件的后端盖124相对。

外转轴11的两端分别设有轴肩，磁悬浮轴承121的转子可以安装在轴肩上。同一套轴承安装组件中前端盖122固定在中端盖123上，同一套轴承安装组件中中端盖123位于前端盖122与后端盖124之间，同一套轴承安装组件中第一滚动轴承125的定子安装在前端盖122与中端盖123之间。第一滚动轴承125的转子套设在外转轴11上、且第一滚动轴承125的转子与外转轴11之间存在间隙，第一滚动轴承125的转子与外转轴11之间的间隙小于磁悬浮轴承121的转子与磁悬浮轴承121的定子之间的间隙；第一滚动轴承125的定子与第一滚动轴承125的转子相对，第一滚动轴承125的转子与相邻的轴肩之间存在间隙。

其中，每个磁悬浮轴承121配置至少两个位移传感器，磁悬浮轴承121的位移传感器安装在后端盖124上，同一后端盖124上的位移传感器是正交分布的、且均沿磁悬浮轴承121的径向分布，磁悬浮轴承121上的位移传感器的探头指向外转轴11的圆周面。

本发明不限定磁悬浮轴承121的种类，磁悬浮轴承121可以为电磁轴承或混合式磁悬浮轴承。

其中，内转轴10通过两套支承可转动地固定在外转轴11上。两套支承分别分布于外转轴11的两端。本发明不限定支承的结构，支承可以由磁悬浮轴承构成，例如图1中示出的永磁轴承131；支承也可以由其他轴承构成，如图2所示，支承中的永磁轴承可以替换为中介轴承132。中介轴承132可以是滚动轴承。

需要说明的是，图1或图2中示出的磁悬浮双转子结构仅用于举例，在应用中，可能存在磁悬浮双转子结构的其他结构，容易理解的是，本发明提供的试验装置也适用于磁悬浮双转子结构的其他结构。

实施例

本发明实施例提供了一种磁悬浮双转子结构的试验装置，适用于图1或图2示出的磁悬浮双转子结构。该磁悬浮双转子结构包括内转轴10、外转轴11和两个磁悬浮轴承121，外转轴11为空心轴，外转轴11套设在内转轴10上，内转轴10的两端分别伸出外转轴11的两端外，内转轴10可转动地固定在外转轴11上，两个磁悬浮轴承121分别安装于外转轴11的两端。参见图3和图5，外转轴11通过两个磁悬浮轴承121可转动地固定在试验装置上。

如图3至图5所示，试验装置包括平台20、两个磁悬浮轴承座21、至少一套外转轴加载组件22、至少一套内转轴加载组件23、至少2个传感器组和处理器。每个传感器组均包括两个位移传感器24。两个磁悬浮轴承座21分别固定在平台20上，两个磁悬浮轴承121的定子分别固定在两个磁悬浮轴承座21上。

至少一套外转轴加载组件22固定在平台20上、且位于两个磁悬浮轴承座21之间。外转轴加载组件22用于，对外转轴11施加沿外转轴11的径向方向的力，并对施加沿外转轴11的径向方向的力进行测量。

至少一套内转轴加载组件23固定在平台20上、且靠近两个磁悬浮轴承座21中的其中一个磁悬浮轴承座21。与至少一套内转轴加载组件23相邻的磁悬浮轴承座21位于至少一套内转轴加载组件23与至少一套外转轴加载组件22之间。内转轴加载组件23用于，对内转轴10施加沿内转轴10的径向方向的力，并对施加沿内转轴10的径向方向的力进行测量。

至少2个传感器组包括至少一个第一传感器组和至少一个第二传感器组。第一传感器组用于，采集外转轴11分别在x方向和y方向的径向位移。第二传感器组用于，采集内转轴10分别在x方向和y方向的径向位移。x方向与y方向垂直，y方向为重力方向。

处理器分别与各位移传感器24、外转轴加载组件22和内转轴加载组件23电连接。处理器用于，接收位移传感器24采集的信号、接收外转轴加载组件22测量的施加沿外转轴11的径向方向的力信号、以及接收内转轴加载组件23测量的施加沿内转轴10的径向方向的力信号，并对接收的信号进行分析，得到分析结果。

其中，磁悬浮轴承座21为环状。两个磁悬浮轴承121的定子分别固定在两个磁悬浮轴承座21上，具体包括，中端盖123和后端盖124均与磁悬浮轴承座21固定连接，磁悬浮轴承121的定子卡设在磁悬浮轴承座21内。

其中，第一传感器组中的一个位移传感器24采集外转轴11在x方向的径向位移，第一传感器组中的另一个位移传感器24采集外转轴11在y方向的径向位移。类似地，第二传感器组中的一个位移传感器24采集内转轴10在x方向的径向位移，第二传感器组中的另一个位移传感器24采集内转轴10在y方向的径向位移。

可选的，位移传感器24是电涡流位移传感器。

优选的，试验装置包括3个传感器组，3个传感器组包括2个第一传感器组。2个第一传感器组分别采集，在外转轴11上的两个不同位置，外转轴11分别在x方向和y方向的径向位移。

在应用中，可以分别采用两个磁悬浮轴承121配置的位移传感器作为2个第一传感器组中的位移传感器24。

在应用中，第二传感器组可以安装在中端盖123上。第二传感器组中的两个位移传感器24是正交分布的、且均沿中端盖123的径向分布，第二传感器组中的两个位移传感器24的探头指向内转轴10的圆周面。

通过本发明提供的试验装置，可以对磁悬浮双转子结构进行静态悬浮和静态加载悬浮实验、以及静态耦合实验。

静态悬浮和静态加载悬浮实验的过程包括，首先，启动磁悬浮双转子结构的磁悬浮轴承121，使外转轴11和内转轴10处于静态悬浮状态，并保证外转轴加载组件22和内转轴加载组件23分别未施加任何力。这时，通过处理器记录位移传感器24测量的外转轴11和内转轴10分别在x方向和y方向的位移；通过处理器记录外转轴加载组件22测量的在外转轴11的径向方向的力和内转轴加载组件23测量的在内转轴10的径向方向的力。

其次，根据需求通过外转轴加载组件22对外转轴11的径向方向施加外力，还可以根据需求通过内转轴加载组件23对内转轴10对内转子15的径向方向施加外力，使外转轴11和内转轴10处于静态加载悬浮状态。这时，再通过处理器记录位移传感器24测量的外转轴11和内转轴10分别在x方向和y方向的位移，并通过处理器记录外转轴加载组件22测量的施加在外转轴11的径向方向的力和内转轴加载组件23测量的施加在内转轴10的径向方向的力。

最后，通过处理器对静态悬浮状态和静态加载悬浮状态下分别获得的实验数据(位移和力)进行分析，获得外转轴11和内转轴10分别在静态悬浮状态和静态加载悬浮时的静态特性。

静态耦合实验的过程包括，第一、利用常规的磁悬浮轴承的控制算法将外转轴11和内转轴10静态悬浮(不旋转)，并且，分别在外转轴11的不同位置处同时采用外转轴加载组件22加载确定性信号(包括正弦电或方波信号或脉冲)，和/或在内转轴10的不同位置处同时采用内转轴加载组件23加载确定性信号。第二、通过处理器记录位移传感器24测量的外转轴11和内转轴10分别在x方向和y方向的位移，并与静态悬浮状态下双转子结构的位移信号进行对比分析，并将测量结果与理论模型结果进行对比，对理论模型进行验证和修改。

下面结合图6和图7介绍一下外转轴加载组件22的结构。

参见图6和图7，外转轴加载组件22包括第一导磁环22a、第一铁芯22b、第一铁芯支座22d、第一力传感器22e、第一力传感器支座22f和第一电流源。第一导磁环22a为空心轴，第一导磁环22a套设在外转轴11上。第一铁芯22b为U型铁芯，第一铁芯22b的两个支脚上分别对称地缠绕有第一线圈22c。第一铁芯22b的开口端朝向第一导磁环22a、并与第一导磁环22a存在间隙。第一铁芯22b与第一导磁环22a之间的间隙不小于磁悬浮轴承121的定子和转子之间的间隙。第一铁芯22b固定在第一铁芯支座22d上，第一力传感器22e卡设在第一铁芯支座22d和第一力传感器支座22f之间，第一力传感器支座22f固定在平台20上。第一电流源与第一线圈22c电连接，第一电流源用于输出指定电流至第一线圈22c。第一力传感器22e与处理器电连接。

外转轴加载组件22的工作原理为，第一铁芯22b的两个支脚构成一对磁极。当两个支脚上的第一线圈22c通电后，磁极产生吸附第一导磁环22a的电磁力，从而向外转轴施加沿外转轴11径向方向的径向力。

内转轴加载组件23的结构类似外转轴加载组件22的结构，下面结合图8和图9介绍一下内转轴加载组件23的结构。

参见图8和图9，内转轴加载组件23包括第二导磁环23a、第二铁芯23b、第二铁芯支座23d、第二力传感器23e、第二力传感器支座23f和第二电流源。第二导磁环23a为空心轴，第二导磁环23a套设在内转轴10上。第二铁芯23b为U型铁芯，第二铁芯23b的两个支脚上分别对称地缠绕有第二线圈23c。第二铁芯23b的开口端朝向第二导磁环23a、并与第二导磁环23a存在间隙。第二铁芯23b与第二导磁环23a之间的间隙不小于磁悬浮轴承121的定子和转子之间的间隙。第二铁芯23b固定在第二铁芯支座23d上，第二力传感器23e卡设在第二铁芯支座23d和第二力传感器支座23f之间。第二力传感器支座23f固定在平台20上。第二电流源与第二线圈23c电连接，第二电流源用于输出指定电流至第二线圈23c。第二力传感器23e与处理器电连接。

具体地，内转轴加载组件23的工作原理同外转轴加载组件22的工作原理，在此不再赘述。

作为可选的实施方式，第一导磁环22a的外壁沿径向设有第一凸缘22g，第一凸缘22g上均匀地设有第一通孔22h，第一凸缘22g与第一铁芯22b的开口相对。类似地，第二导磁环23a的外壁沿径向设有第二凸缘23g，第二凸缘23g上均匀地设有第二通孔23h，第二凸缘23g与第二铁芯23b的开口相对。

第一通孔22h与第二通孔23h的用途相同，以第一通孔22h为例介绍该用途。该第一通孔22h可以与螺钉等负重可拆卸连接。当第一通孔22h连接螺钉时，可以为外转轴11施加不平衡载荷，例如施加正弦力，用于模拟外转轴11的失谐状态。需要说明的是，除了螺钉之外，也可通过第一通孔22h添加其他负重。

可选的，第一导磁环22a和第二导磁环23a均为电工纯铁导磁环。

可选的，再次参见7，第一导磁环22a通过第一压板22i和第一螺拴22j固定在第一铁芯支座22d上。

可选的，第一铁芯22b包括两片U型隔磁片和若干层叠的U型硅钢片，隔磁片与硅钢片的形状相同，若干层叠的U型硅钢片位于两片U型隔磁片之间。

可选的，第一力传感器22e分别与第一铁芯支座22d和第一力传感器支座22f螺纹连接；第二力传感器23e分别与第二铁芯支座23d和第二力传感器支座23f螺纹连接。

可选的，第一力传感器22e和第二力传感器23e均为微型拉压力传感器。

优选的，该试验装置包括两套外转轴加载组件22和一套外转轴加载组件23，两套外转轴加载组件22沿外转轴11的中心对称分布。

可选的，该试验装置还包括第一电机25和第二电机26，第一电机25的输出轴与外转轴11连接，第二电机26的输出轴与内转轴10连接。

再次参见图3和图5，第一电机25和第二电机26可以分布于待测磁悬浮双转子结构的外转轴11的两端。具体地，磁悬浮轴承座21、至少一套外转轴加载组件22和至少一套内转轴加载组件23均位于第一电机25和第二电机26之间，至少一套内转轴加载组件23靠近第二电机26。

可选的，第一电机25的输出轴通过第一联轴器25a与外转轴11连接，第二电机26的输出轴通过第二联轴器26a与内转轴10连接。具体地，第一联轴器25a分布于外转轴11的一端，第二联轴器26a分布于外转轴11的另一端。磁悬浮轴承座21、至少一套外转轴加载组件22和至少一套内转轴加载组件23均位于第一联轴器25a和第二联轴器26a之间，至少一套内转轴加载组件23靠近第二联轴器26a。

可选的，第一联轴器25a和第二联轴器26a均为膜片型挠性联轴器。

通过本发明提供的试验装置，还可以对磁悬浮双转子结构进行旋转和动态加载悬浮实验、动态耦合实验、以及双转子系统支承特性匹配实验。

旋转和动态加载悬浮实验的过程包括，首先，启动磁悬浮轴承141，使外转轴11和内转轴10处于静态悬浮状态，接着再启动第一电机25和第二电机26，并保证外转轴加载组件22和内转轴加载组件23分别未施加任何力，使外转轴11和内转轴10处于静态悬浮且旋转状态。并且，通过处理器记录位移传感器24测量的外转轴11和内转轴10分别在x方向和y方向的位移；通过处理器记录外转轴加载组件22测量的在外转轴11的径向方向的力和内转轴加载组件23测量的在内转轴10的径向方向的力。

然后，在第一线圈22c中通入静态电流对外转轴11的径向方向施加外力，在第二线圈23c中通入静态电流对内转轴10的径向方向施加外力，使外转轴11和内转轴10处于动态加载悬浮且旋转状态。再通过处理器记录位移传感器24测量的外转轴11和内转轴10分别在x方向和y方向的位移，并通过处理器记录外转轴加载组件22测量的施加在外转轴11的径向方向的力和内转轴加载组件23测量的施加在内转轴10的径向方向的力。最后，通过处理器对静态悬浮且旋转状态和动态加载悬浮且旋转状态下分别获得的实验数据(位移和力)进行分析，获得外转轴11和内转轴10分别在旋转状态和动态加载悬浮时的动态特性。

动态耦合实验的过程包括，第一、利用常规的磁悬浮轴承的控制算法将外转轴11和内转轴10动态悬浮(旋转)，并且，分别通过第一电机25和第二电机26改变外转轴11和内转轴10的转速和转速比。第二、通过第一通孔22h和第二通孔23h在外转轴11和内转轴10的不同位置处添加不平衡载荷，以模拟外转轴11和内转轴10的动态扰动。第三、测量磁悬浮轴承的特征参数和转子系统的动态响应(包括外转轴11和内转轴10的径向位移)，将实验结果与磁悬浮轴承的动态耦合模型和转子系统的动态耦合模型进行对比，对理论模型进行验证和修正。

双转子系统支承特性匹配实验的过程包括，首先，预先设计若干磁悬浮轴承的控制算法，并利用预先设计的控制算法将双转子结构动态悬浮。其次，在不同的悬浮情况下(包括非加载旋转、加载旋转、非加载不旋转、加载不旋转)，利用外转轴加载组件22和内转轴加载组件23分别给双转子结构进行瞬态(例如第一线圈22c和第二线圈23c通入方波或脉冲)和周期性(例如第一线圈22c和第二线圈23c分别通入正弦信号)加载，同时，测量磁悬浮轴承141的支承特性和双转子结构的动态响应，对双转子结构的动态响应和稳定性进行评估，并对理论模型进行验证。

本发明实施例通过磁悬浮轴承座可以使磁悬浮双转子结构可转动地固定在试验转子上；采用外转轴加载组件对外转轴施加沿外转轴的径向方向的力，并对施加沿外转轴的径向方向的力进行测量；采用内转轴加载组件对内转轴施加沿内转轴的径向方向的力，并对施加沿内转轴的径向方向的力进行测量；采用位移传感器采集外转轴和内转轴分别在水平方向和重力方向的径向位移；采用处理器接收位移传感器采集的信号、接收外转轴加载组件测量的施加沿外转轴的径向方向的力信号、以及接收内转轴加载组件测量的施加沿内转轴的径向方向的力信号，并对接收的信号进行分析，得到分析结果；该试验装置能够完成对磁悬浮双转子结构的试验，从而满足了研究磁悬浮双转子结构与航空发动机的匹配特性的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁悬浮双转子结构的试验装置，适用于磁悬浮双转子结构，所述磁悬浮双转子结构包括内转轴(10)、外转轴(11)和两个磁悬浮轴承(121)，所述外转轴(11)为空心轴，所述外转轴(11)套设在所述内转轴(10)上，所述内转轴(10)的两端分别伸出所述外转轴(11)的两端外，所述内转轴(10)可转动地固定在所述外转轴(11)上，所述两个磁悬浮轴承(121)分别安装于所述外转轴(11)的两端，其特征在于，

所述外转轴(11)通过所述两个磁悬浮轴承(121)可转动地固定在所述试验装置上，所述试验装置包括平台(20)、两个磁悬浮轴承座(21)、至少一套外转轴加载组件(22)、至少一套内转轴加载组件(23)、至少2个传感器组和处理器；

所述两个磁悬浮轴承座(21)分别固定在所述平台(20)上，所述两个磁悬浮轴承(121)的定子分别固定在所述两个磁悬浮轴承座(21)上；

所述外转轴加载组件(22)用于，对所述外转轴(11)施加沿所述外转轴(11)的径向方向的力，并对施加沿所述外转轴(11)的径向方向的力进行测量；

所述内转轴加载组件(23)用于，对所述内转轴(10)施加沿所述内转轴(10)的径向方向的力，并对施加沿所述内转轴(10)的径向方向的力进行测量；

所述至少2个传感器组包括至少一个第一传感器组和至少一个第二传感器组，所述第一传感器组用于，采集所述外转轴(11)分别在x方向和y方向的径向位移；所述第二传感器组用于，采集所述内转轴(10)分别在x方向和y方向的径向位移，所述x方向与所述y方向垂直，所述y方向为重力方向；

所述处理器分别与所述传感器组、所述外转轴加载组件(22)和所述内转轴加载组件(23)电连接，所述处理器用于，接收所述传感器组采集的信号、接收所述外转轴加载组件(22)测量的施加沿所述外转轴(11)的径向方向的力信号、以及接收所述内转轴加载组件(23)测量的施加沿所述内转轴(10)的径向方向的力信号，并对接收的信号进行分析，

所述至少一套外转轴加载组件(22)固定在所述平台(20)上、且位于所述两个磁悬浮轴承座(21)之间；所述外转轴加载组件(22)包括第一导磁环(22a)、第一铁芯(22b)、第一铁芯支座(22d)、第一力传感器(22e)、第一力传感器支座(22f)和第一电流源；所述第一导磁环(22a)为空心轴，所述第一导磁环(22a)套设在所述外转轴(11)上，所述第一铁芯(22b)为U型铁芯，所述第一铁芯(22b)的两个支脚上分别对称地缠绕有第一线圈(22c)，所述第一铁芯(22b)的开口端朝向所述第一导磁环(22a)、并与所述第一导磁环(22a)存在间隙，所述第一铁芯(22b)与所述第一导磁环(22a)之间的间隙不小于所述磁悬浮轴承(121)的定子和转子之间的间隙，所述第一铁芯(22b)固定在所述第一铁芯支座(22d)上，所述第一力传感器(22e)卡设在所述第一铁芯支座(22d)和所述第一力传感器支座(22f)之间，所述第一力传感器支座(22f)固定在所述平台(20)上；所述第一电流源与所述第一线圈(22c)电连接，所述第一电流源用于输出指定电流至所述第一线圈(22c)；所述第一力传感器(22e)与所述处理器电连接，

所述第一导磁环(22a)的外壁沿径向设有第一凸缘(22g)，所述第一凸缘(22g)上均匀地设有第一通孔(22h)，所述第一凸缘(22g)与所述第一铁芯(22b)的开口相对，

所述第一通孔(22h)用于与负重可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述至少一套内转轴加载组件(23)固定在所述平台(20)上、且靠近所述两个磁悬浮轴承座(21)中的其中一个磁悬浮轴承座(21)，与所述至少一套内转轴加载组件(23)相邻的磁悬浮轴承座(21)位于所述至少一套内转轴加载组件(23)与所述至少一套外转轴加载组件(22)之间。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述第一导磁环(22a)为电工纯铁导磁环。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述第一铁芯(22b)包括两片U型隔磁片和若干层叠的U型硅钢片，所述隔磁片与所述硅钢片的形状相同，所述若干层叠的U型硅钢片位于所述两片U型隔磁片之间。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述第一力传感器(22e)分别与所述第一铁芯支座(22d)和所述第一力传感器支座(22f)螺纹连接。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括两套所述外转轴加载组件(22)和一套所述内转轴加载组件(23)，两套所述外转轴加载组件(22)沿所述外转轴(11)的中心对称分布。

7.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，每个所述传感器组包括两个位移传感器(24)，所述位移传感器(24)是电涡流位移传感器。

8.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的磁悬浮双转子结构的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括第一电机(25)和第二电机(26)，所述第一电机(25)的输出轴与所述外转轴(11)连接，所述第二电机(26)的输出轴与所述内转轴(10)连接。

Images