CN108928468A - 磁悬浮减震机构、磁悬浮减震系统及直升机旋翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮减震机构及磁悬浮减震系统，属于振动控制领域，通过在磁悬浮减振机构中的转子减振环上下侧设置两组减振电磁模组，使得转子减振环悬浮于中立位置，增加稳定及安全性。通过在磁悬浮减振系统中间隙检测模组检测转子与定子之间的距离来监控振动幅度及震动特征，实时收集振动情况，通过与位置检测模组结合识别振动模式，并通过数据处理模块输出相应的减振策略，以达到减震控制的目的。

Description

磁悬浮减震机构、磁悬浮减震系统及直升机旋翼

技术领域

本发明涉及振动控制领域，特别是涉及一种磁悬浮减震机构、磁悬浮减震系统及直升机旋翼。

背景技术

机械在运转时，所经历的工况是变化的，导致受到的载荷是不均匀、非定常的，于是会产生振动，振动会影响机器工作稳定性、降低作业精度、减少机器寿命，对于在复杂载荷环境中工作的直升机旋翼、舰艇叶轮、机械转子等高速运转部件问题尤其显著。

磁悬浮支承系统具有支承刚度和阻尼在线可控可调，良好的主动调节能力和快速的响应能力，在控制振动方面存在优势。然而，目前磁悬浮系统多是单向支承方式，在远离支承轨道的方向电磁力会下降，存在位移负刚度的现象，即使对运动部件的不平衡部分施加主动控制力，仍会有较大位移负刚度引起的振动传出，对振动的控制水平仍需提高。

发明内容

本发明的目的是：为提高振动抑制效果，为提高振动控制精准度，为扩展减振系统的作业范围，特提出一种磁悬浮智能减振系统。

在第一方面，本发明提供了一种磁悬浮减震机构，其包括：

转子；

定子，所述定子具有上限制面和下限制面构成的限制空间；

转子减振环，转子减振环具有与所述所述上限制面和下限制面向匹配的上配合面和下配合面，且转子减振环设置于所述限制空间内，所述转子与所述转子减振环相对固定；

第一减震电磁模组，所述第一减振电磁模组包括第一减震模块和第二减震模块，第一减震模块和第二减震模块分别设置于所述上限制面和上配合面；

第二减震电磁模组，所述第二减振电磁模组包括第三减震模块和第四减震模块，第三减震模块和第四减震模块分别设置于所述下限制面和下配合面；

在本发明优选实施例中，第一减震电磁模组和第二减震电磁模组以转子减振环轴线对称设置。

在本发明优选实施例中，所述第一减震电磁模组和第二减震电磁模组为相同的减震电磁模组，且均为作用力相斥的永磁模组。

在本发明优选实施例中，还包括间隙测量模组，所述间隙测量模组包括第一间隙测量模块和第二间隙测量模块，所述第一间隙测量模块和第二间隙测量模块分别设置于上限制面和上配合面，所述间隙测量模组用于测量所述转子减振环与所述定子之间的距离。

在本发明优选实施例中，还包括位置检测模组，所述位置检测模组与间隙测量模组分别设置于转子减振环两侧。

在本发明优选实施例中，所述位置检测模组包括第一位置检测模块和第二位置检测模块，所述第一位置检测模块和第二位置检测模块分别设置于下限制面和下配合面，所述位置检测模组用于测量所述转子减振环与所述定子之间沿移动方向上的相对位置。

在第二方面，本发明还提供了一种磁悬浮减震系统，其包括：

转子；

定子，所述定子具有上限制面和下限制面构成的限制空间；

转子减振环，转子减振环具有与所述所述上限制面和下限制面向匹配的上配合面和下配合面，且转子减振环设置于所述限制空间内，所述转子与所述转子减振环相对固定；

第一减震电磁模组，所述第一减振电磁模组包括第一减震模块和第二减震模块，第一减震模块和第二减震模块分别设置于所述上限制面和上配合面；

第二减震电磁模组，所述第二减振电磁模组包括第三减震模块和第四减震模块，第三减震模块和第四减震模块分别设置于所述下限制面和下配合面；

间隙测量模组，所述间隙测量模组包括第一间隙测量模块和第二间隙测量模块，所述第一间隙测量模块和第二间隙测量模块分别设置于上限制面和上配合面，所述间隙测量模组用于测量所述转子减振环与所述定子之间的距离；

数据处理模块，所述数据处理模块接收振动特征数据，所述振动特征数据包括所述间隙测量模组测量的数据，所述数据处理模块根据所述振动特征数据控制所述第一减震电磁模组和第二减震电磁模组的电磁力。

在本发明优选方案中，所述振动特征数据包括位置检测模组测量的数据；其中所述所述位置检测模组包括第一位置检测模块和第二位置检测模块，所述第一位置检测模块和第二位置检测模块分别设置于下限制面和下配合面，所述位置检测模组用于测量所述转子减振环与所述定子之间沿移动方向上的相对位置。

在本发明实施例中，还包括数据库模块，所述数据库模块用于存储振动特征数据及振动特征。

在第三方面，本发明提供了一种直升机旋翼，所述直升机旋翼包括上述任一所述的磁悬浮减震机构。

在第三方面另一方案中，本发明还提供了一种直升机旋翼，所述直升机旋翼包括上述任一所述的磁悬浮减震系统。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明设计了具有位移正刚度特性的磁悬浮减振导轨，避免了位移负刚度引起的振动扩散，提高了振动抑制效果；

2)本发明可根据载荷环境调整减振策略，并结合转动相位角实施减振方案，提高了振动控制精准度；

3)本发明能在新的振动环境下，智能分析，配置新的减振策略或学习归纳全新的减振策略，扩展了减振系统的作业范围。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的磁悬浮减振机构俯视图；

图2为本发明的磁悬浮减振机构局部截面图；

图3为本发明的磁悬浮减振系统框架图；

图4为本发明的磁悬浮减振系统工作流程图。

附图标记：

1-转子；

2-定子；

3-转子减振环；

4-第一电磁减震模组，41-第一减震模块，42-第二减震模块；

5-第二电磁减震模组，51-第三减震模块，52-第二减震模块；

6-间隙测量模组，61-第一间隙测量模块，62-第二间隙测量模块；

7-位置检测模组，71-第一位置检测模块，72-第二位置检测模块；

8-数据处理模块；

9-数据库模块。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

在第一方面，如图1和图2所示为本发明一实施例的磁悬浮减振机构，本发明中磁悬浮减振机构包括转子1、定子2、转子减振环3、第一电磁减震模组4及第二电磁减震模组5。

本实施例中，转子1由四叶片及将叶片连接在一起的叶毂构成，四叶片呈十字形摆布，叶毂置于圆心。定子2呈与转子1相匹配的圆形，其内有上限制面和下限制面，上限制面和下限制面构成一矩形的限制空间，转子减振环3也为圆形，其截面为矩形，且设置于叶片端部与转子1相对固定，转子减振环3置于限制空间内。第一减振电磁模组4和第二减振电磁模组5分别设置于转子减振环3的上下侧，其中第一减振电磁模组4包括第一减震模块41和第二减震模块42，第一减震模块41和第二减震模块42分别设置于限制空间的上限制面和矩形截面的转子减振环3的上配合面，第一减震模块41和第二减震模块42可以相互作用使得转子2与转子减振环3相互靠近或远离，第二减振电磁模组5包括第三减震模块51和第四减震模块52，第三减震模块51和第四减震模块52分别设置于限制空间的下限制面和矩形截面的转子减振环3的下配合面，第三减震模块51和第四减震模块52可以相互作用使得转子2与转子减振环3相互靠近或远离。通过控制调节第一减振电磁模组4和第二减振电磁模组5的磁力大小，可以实现中部的转子减振环3在竖直方向上的控制。

还需说明的是，通过对第一减振电磁模组4及第二减震电磁模组5的控制，还可实现转子减振环(转子1)的转动。

在本发明优选的磁悬浮减振机构示例中，第一减振电磁模组4和第二减振电磁模组5为相同的电磁模组，且均为斥力型的永磁模组。相同的电磁模组在对转子减振环3的振动控制过程中，由于磁力大小相同或相近，使得转子减振环3的振动大幅减小，因此控制更加便利。

在上述方案中，第一减震电磁模组4与第二减震电磁模组5以转子减振环3轴线对称设置，使得第一减震电磁模组4与第二减震电磁模组5对转子减振环3的作用下在竖直方向上共线，便于控制。

此外，本发明中中采用相斥型永磁模组，相斥型永磁模组将转子减振环3悬浮在中立位置，当其向一侧振动时，单侧的定子2与转子减振环3愈是相互接近，其作用力愈大，而另一侧的作用力愈小，使得单侧的定子2与转子减振环3永不接触而造成损坏，提高安全性。

可以理解的是，上述示例中所述转子1还可以为三叶片或多叶片构成的圆形，亦或是一种直线型结构。在为直线型结构时，其振动控制过程与上述方案相同，不同是其运动轨迹有圆形变为直线。

在本发明另一优选的磁悬浮减振机构示例中，磁悬浮减振机构还包括间隙检测模组6，间隙检测模组6用于转子2与转子减振环3之间的距离。间隙检测模组6包括第一间隙测量模块61和第二间隙测量模块62，第一间隙测量模块61和第二间隙测量模块62分别设置于矩形限制空间的上限制面和矩形转子减振环3的上配合面，通过测得第一间隙测量模块61和第二间隙测量模块62之间的距离而得到转子2与转子减振环3之间的距离，即可检测振动幅度。

需要说明的是，为了得到转子减振环3周长上的振动情况，间隙检测模组6需设置为多个，在如图1中所示的45°、135°、225°及315°四处设置了四个间隙检测模组6。在上述方案中，间隙检测模组6优先设于同一侧，通过测得一侧的转子2与转子减振环3的距离，则可得到另一侧的转子2与转子减振环3的距离，降低复杂度、减少成本。

基于上述说明，本发明中还可以包括位置检测模组7，位置检测模组7与间隙测量模组6分别设置于转子减振环3两侧。

因此本示例中，位置检测模组7包括第一位置检测模块71和第二位置检测模块72，第一位置检测模块71和第二位置检测模块72分别设置于矩形限制空间的下限制面和矩形转子减振环3的下配合面，位置检测模组7用于测量所述转子减振环3与定子2之间沿移动方向上的相对位置。为了获得转子1(或转子减振环3)和定子2之间的位置或角度，在图1中所示0°、90°、180°及270°位置设置了四个位置检测模组7，用于检测转子1旋转的相位角度，以便能够实时了解转子1所处位置的载荷环境，即振动源特点。需要说明的是，位置传感器7的组数和位置与转子1的载荷环境有关，可以根据载荷变化情况来调整安装数量。

在第二方面，本发明还提供了一种磁悬浮减震系统，磁悬浮减震系统除包括：转子1、定子2、转子减振环3、第一减震电磁模组4、第二减震电磁模组5、间隙测量模组6和数据处理模块8。其中，上述的转子1、定子2、转子减振环3、第一减震电磁模组4、第二减震电磁模组5、间隙测量模组6与本发明第一方面中的磁悬浮减震机构中部件相同，不再赘述。而本发明的示例中，数据处理模块8接收振动特征数据，振动特征数据包括间隙测量模组6测量的数据，之后数据处理模块8根据振动特征数据调节控制第一减震电磁模组4和第二减震电磁模组5的电磁力的大小。

在本发明一优选实施例中，磁悬浮减震系统还可以包括如磁悬浮减震结构中的位置检测模组7，位置检测模组7中第一位置检测模块71和第二位置检测模块72分别设置于下限制面和下配合面。位置检测模组7可以测量转子减振环3与定子2之间沿移动方向上的相对位置。数据处理模块8可以同时接收间隙测量模组6和位置检测模组7的数据，以实现对第一减震电磁模组4和第二减震电磁模组5的电磁力的大小控制及转子2与转子减振环3相对位置(角度)的控制。

在本发明另一优选实施例中，磁悬浮减震系统还包括数据库模块9，数据库模块9用于存储振动特征数据及振动特征，还可用于存储新的震动模式等数据。

如图3和图4所示，本发明的磁悬浮减振系统工作原理是通过间隙测量模组6检测转子1与定子2之间的距离来监控振动幅度及震动特征，实时收集振动情况；与转速1相结合通过调用专家知识库进行智能识别振动模式，并开启相应的减振策略；减振策略通过位置检测模组7检测的转子旋转相位角来进行部署实施；如遇新振动模式，系统可根据振动特点通过多种减振模式加权组合的方式实施振动控制，也可通过人工智能算法自行学习归纳出全新的减振策略。

振动特征：例如在垂直起降状态下，飞行器的前飞速度极低，转子1上各叶片的气动环境相似，载荷变化不大，此时系统会判断振动状况，分析振动特征属于垂直起降等小速度状态，并调用数据库中已有的专家知识库的垂直起降模式减振策略。例如在前飞时，飞行器拥有一定的飞行速度，此时向前旋转的叶片的相对气流速度大，气动载荷大，此处振动幅度较大；而向后旋转的叶片的相对气流速度小，气动载荷小，但此处存在反流区，载荷变化多样，振动相对较弱复杂。对此，系统会根据振动状况，分析选取相应的前飞策略。例如在复杂的气象环境下，气流速度变化剧烈，并且不存在现成的减振模式可以调用，故系统可根据振动特点通过多种减振模式加权组合的方式实施振动控制，也可通过人工智能算法自行学习归纳出全新的减振策略。

本发明中转子减振环3可根据运转需求安装于转子1的根部、中部或端部等部位。

本发明不仅适用于转动设备还可应用于直线、曲线等各种移动设备，故转子1和定子2会相应的调整为直线型或者曲线型传输设备，相应的位置传感器会布置在载荷环境变化大的位置。

在第三方面，本发明还提供了一种直升机旋翼，直升机旋翼既可以包括上述的磁悬浮减振结构，也可以包括如上所述的磁悬浮减振系统，此处不再赘述。

本发明相对于具有以下有益效果有：

1)采用电磁模组，减小摩擦；采用具有位移正刚度特性的相斥型磁悬浮减振模组，避免了位移负刚度引起的振动扩散，提高了振动抑制效果；

2)可根据载荷环境调整减振策略(作用力大小及转速等)，并结合转动相位角实施减振控制，提高了振动控制精准度；

3)在新的振动环境下，配置新的减振策略或学习归纳全新的减振策略，扩展了减振系统的作业范围。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种磁悬浮减震机构，其特征在于，所述磁悬浮减震机构包括：

转子(1)；

定子(2)，所述定子(2)具有上限制面和下限制面构成的限制空间；

转子减振环(3)，转子减振环(3)具有与所述所述上限制面和下限制面向匹配的上配合面和下配合面，且转子减振环(3)设置于所述限制空间内，所述转子(1)与所述转子减振环(3)相对固定；

第一减震电磁模组(4)，所述第一减振电磁模组(4)包括第一减震模块(41)和第二减震模块(42)，第一减震模块(41)和第二减震模块(42)分别设置于所述上限制面和上配合面；

第二减震电磁模组(5)，所述第二减振电磁模组(5)包括第三减震模块(51)和第四减震模块(52)，第三减震模块(51)和第四减震模块(52)分别设置于所述下限制面和下配合面。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮减震机构，其特征在于，所述第一减震电磁模组(4)和第二减震电磁模组(5)为相同的减震电磁模组，且均为作用力相斥的永磁模组。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮减震机构，其特征在于，还包括间隙测量模组(6)，所述间隙测量模组(6)包括第一间隙测量模块(61)和第二间隙测量模块(62)，所述第一间隙测量模块(61)和第二间隙测量模块(62)分别设置于上限制面和上配合面，所述间隙测量模组(6)用于测量所述转子减振环(3)与所述定子(2)之间的距离。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮减震机构，其特征在于，还包括位置检测模组(7)，所述位置检测模组(7)与间隙测量模组(6)分别设置于转子减振环(3)两侧。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮减震机构，其特征在于，所述位置检测模组(7)包括第一位置检测模块(71)和第二位置检测模块(72)，所述第一位置检测模块(71)和第二位置检测模块(72)分别设置于下限制面和下配合面，所述位置检测模组(7)用于测量所述转子减振环(3)与所述定子(2)之间沿移动方向上的相对位置。

6.一种磁悬浮减震系统，其特征在于，所述磁悬浮减震系统包括：

转子(1)；

定子(2)，所述定子(2)具有上限制面和下限制面构成的限制空间；

转子减振环(3)，转子减振环(3)具有与所述所述上限制面和下限制面向匹配的上配合面和下配合面，且转子减振环(3)设置于所述限制空间内，所述转子(1)与所述转子减振环(3)相对固定；

第一减震电磁模组(4)，所述第一减振电磁模组(4)包括第一减震模块(41)和第二减震模块(42)，第一减震模块(41)和第二减震模块(42)分别设置于所述上限制面和上配合面；

第二减震电磁模组(5)，所述第二减振电磁模组(5)包括第三减震模块(51)和第四减震模块(52)，第三减震模块(51)和第四减震模块(52)分别设置于所述下限制面和下配合面；

间隙测量模组(6)，所述间隙测量模组(6)包括第一间隙测量模块(61)和第二间隙测量模块(62)，所述第一间隙测量模块(61)和第二间隙测量模块(62)分别设置于上限制面和上配合面，所述间隙测量模组(6)用于测量所述转子减振环(3)与所述定子(2)之间的距离；

数据处理模块(8)，所述数据处理模块(8)接收振动特征数据，所述振动特征数据包括所述间隙测量模组(6)测量的数据，所述数据处理模块(8)根据所述振动特征数据控制所述第一减震电磁模组(4)和第二减震电磁模组(5)输出的电磁力。

7.根据权利要求6所述的磁悬浮减震系统，其特征在于，所述振动特征数据包括位置检测模组(7)测量的数据；其中所述所述位置检测模组(7)包括第一位置检测模块(71)和第二位置检测模块(72)，所述第一位置检测模块(71)和第二位置检测模块(72)分别设置于下限制面和下配合面，所述位置检测模组(6)用于测量所述转子减振环(3)与所述定子(2)之间沿移动方向上的相对位置。

8.根据权利要求6所述的磁悬浮减震系统，其特征在于，还包括数据库模块(9)，所述数据库模块(9)用于存储振动特征数据及振动特征。

9.一种直升机旋翼，其特征在于，所述直升机旋翼包括如权利要求1至5任一所述的磁悬浮减震机构。

10.一种直升机旋翼，其特征在于，所述直升机旋翼包括如权利要求6至8任一所述的磁悬浮减震系统。