CN203362934U

CN203362934U - 一种转子振动主动控制电磁阻尼器

Info

Publication number: CN203362934U
Application number: CN 201320442074
Authority: CN
Inventors: 丁鸿昌; 肖林京; 樊玉华
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-07-23

Abstract

本实用新型公开了一种转子振动主动控制电磁阻尼器，其包括导磁环、永磁体、铁芯定子、控制线圈，其中铁芯定子为圆筒形状，由硅钢片叠压而成，该铁芯定子沿x轴的内圆周面上和沿y轴的内圆周面上分别以所述转子的轴线为对称轴对称设置有若干控制磁极，控制线圈固定在控制磁极上，控制线圈通直流电励磁；永磁体与导磁环嵌在铁芯定子的外侧；其工作原理为，线圈通电后产生静态磁场，若转子振动在水平或垂直方向发生位移，位移传感器将信号传送至控制器，经改变线圈的电流调节电磁阻尼力大小，抑制转子振动。本实用新型结构简单、操作简便、性能稳定，适用于对高转速轴的振动进行阻尼，保持其运转的平衡性和稳定性，延长其使用寿命。

Description

一种转子振动主动控制电磁阻尼器

技术领域

本实用新型涉及一种主动控制电磁阻尼器，尤其涉及一种转子振动主动控制电磁阻尼器。

背景技术

电磁阻尼器和磁轴承的结构原理相类似，一样具有无机械摩擦和磨损，无需润滑，寿命长等优点；与磁轴承不同的是，电磁阻尼器不提供转子的支承力。因此，在设计电磁阻尼器时，不需要考虑电磁阻尼器的承载能力，主要考虑电磁阻尼器的阻尼指标。

现有技术中，电磁阻尼器主要分为主动式电磁阻尼器和被动式电磁阻尼器两大类。其中，主动式电磁阻尼器通过位移传感器检测转轴的振动信号，将转轴振动信号输送到微处理器进行分析处理，然后将所需要的反馈信号通过功率放大器施加到线圈上，产生相应的电磁力，对转子振动工况进行控制。

被动式电磁阻尼器是当转子涡动时，在水平、垂直方向都存在位移，改变了电磁阻尼器的各块电磁铁磁极与转子之间的气隙厚度，造成了磁场的变化，而磁场的变化又导致了电磁铁线圈上产生感应电动势，线圈内的电流也随之波动，并且波动电流与转子位移之间存在相位差，从而产生了阻尼，被动式电磁阻尼器的优点是不需要位移传感器，结构简单，并且有较好的减振效果，但产生的阻尼较小。

实用新型内容

本实用新型的目的是，利用无接触式电磁阻尼工作原理，提供转子振动主动控制电磁阻尼器，用于对高速电机、高速机床、汽车、高速轨道交通运输工具等机械设备的旋转轴在高转速状态下的振动进行阻尼，特别是抑制其旋转轴在穿越临界转速状态时引起的各阶振动，提高旋转轴在高转速状态下的平衡性和工作的稳定性，延长高速转轴的使用寿命。

为叙述方便，定义如下：以转子的轴向为z轴，建立三维直角坐标系，其中，从左至右为z轴正方向，从下至上为y轴的正方向，从后往前为x轴的正方向。

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种结构简单、操作简便、性能稳定的电磁阻尼器，通过及时提供电磁阻尼器阻尼力，以控制和预防转子在高速运转过程中产生沿y轴上的位移。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术解决方案是，一种转子振动主动控制电磁阻尼器，其包括导磁环、永磁体、铁芯定子、控制线圈，其中，铁芯定子为圆筒形状，该铁芯定子采用硅钢片叠压而成，上述铁芯定子沿x轴的内圆周面上和沿y轴的内圆周面上分别以所述转子的轴线为对称轴对称设置有若干控制磁极，铁芯定子与转子同圆心，转子插入铁芯定子的孔内，转子与控制磁极之间有间隙，上述控制线圈固定在控制磁极上，该控制线圈通直流电励磁以产生控制磁场；上述永磁体与上述导磁环嵌在所述铁芯定子的外侧以产生偏置磁通。

以上技术方案的工作原理是，如果转子在平衡位置上受到一个沿y轴的负方向上的扰动，转子就会偏离平衡位置而向下运动，此时转子上方和下方的气隙就会发生变化，即上方气隙变大，永磁体产生的磁感应强度减小，故产生的吸力减小；反之，当转子下方气隙变小，永磁体产生的磁感应强度将增加，磁极之间的吸力将增加。

运用上述工作原理，例如，采用传感器检测出转子偏离其基准位置向下的位移量，通过控制器将这一位移量信号转换为控制信号输出，再经功率放大器放大并将该控制信号转化成电流控制信号，通过调节定子绕组的控制电流的大小，使得铁芯定子内产生电磁磁场Be，在转子上方气隙处Be与永磁磁场Bo叠加，而在转子下方气隙处抵消一部分永磁磁场Bo，这样转子上方气隙总磁感应强度增加，而下方气隙总磁感应强度减小，从而产生向上的电磁力，该电磁力能同步减小转子在y轴的负方向上的扰动量，而阻尼则能同步减小转子在y轴的负方向上的振动幅度；反之，则产生向下的电磁力，该电磁力能同步减小转子在y轴的正方向上的扰动量，而阻尼则能同步减小转子在y轴的正方向上的振动幅度。

总之，无论转子偏离其基准位置产生向上、向下、向前或者向后的位移，电磁阻尼器均能同步产生磁力阻尼，以减小转子相对于其基准位置的振动幅度。

作为优选，上述铁芯定子沿x轴和沿y轴各设置有4个控制磁极。

作为优选，上述铁芯定子沿x轴和沿y轴各设置有6个控制磁极。

根据本实用新型的技术思想，铁芯定子沿x轴和沿y轴各设置的控制磁极数量越多，其产生的电磁力刚度与阻尼在圆周方向上将更加均衡。不过，随着控制磁极数量的增多，控制系统将需要做出相应变化，相应地会增加制造成本与控制系统的复杂程度。所以，控制磁极数量最好选用8个或12个。

本实用新型相对于现有技术，其有益效果如下：

利用电磁力的阻尼作用同步减小转子的扰动量并同步减小转子的振动幅度，可以提高旋转轴在高转速状态下的平衡性和工作的稳定性，有利于延长高速转轴的使用寿命。

阻尼器与被阻尼的高速转子之间采用无接触式阻尼的方式，相互之间无摩擦产生，因而不需要进行机械润滑和冷却，这不但能减少维护维修成本，而且可较大幅度的提高高速转轴的使用寿命。

本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器，由于其工作过程通过自动控制方式实现，且自动控制的同步性和稳定性具有保障，因而操作简便。

本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器，其制造成本低、结构简单。

附图说明

图1为本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器结构原理图；

图2为本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器工作原理图；

图3为本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器PID控制系统图；

图4为本实用新型的转子振动主动控制电磁阻尼器与转子之间相对位置示意图。

附图中，1表示转子，2表示控制线圈，3表示导磁环，4表示永磁体，5表示定子铁心。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明：

如图1、2所示，电磁阻尼器由导磁环3、永磁体4、定子铁心5、控制线圈2组成，如果转子1偏离其基准位置x轴或y轴方向上产生扰动，在控制线圈2产生的电磁磁场和永磁体4产生磁场的共同作用下，依靠电磁力的刚度阻尼作用，减小转子在x轴或y轴的方向上的扰动，降低转子1在x轴或y轴方向上的振幅。

如图3所示为本实用新型的控制环节，其中Gs(s)为传感器环节，Gr(s)为PID调节器环节，Ga(s)为放大器环节，k_yi为电流刚度，F_y(s)为外部干扰力，Y(s)为转子位移。当转子受到外部干扰力F_y(s)产生振动时，转子振动位移Y(s)的信号经过传感器环节Gs(s)，PID调节器环节Gr(s)，放大器环节Ga(s)，以及电流刚度k_yi的一系列运算环节，产生抵消F_y(s)的电磁力，从而消除转子的振动位移Y(s)。

如图4所示为本实用新型在转子振动控制中的应用，根据转子动力学分析的结果，将电磁阻尼器安装在A、B、C三个转子振幅最大处，通过电磁力的同步阻尼作用，有效抑制转子的振动。

Claims

1.一种转子振动主动控制电磁阻尼器，包括导磁环、永磁体、铁芯定子、转子、控制线圈，其中，铁芯定子为圆筒形状，该铁芯定子采用硅钢片叠压而成，其特征在于，所述铁芯定子沿x轴的内圆周面上和沿y轴的内圆周面上分别以所述转子的轴线为对称轴对称设置有若干控制磁极，所述铁芯定子与所述转子同圆心，所述转子插入所述铁芯定子的孔内，所述转子并与所述控制磁极之间有间隙，所述控制线圈固定在所述控制磁极上，所述控制线圈通直流电励磁以产生控制磁场；所述永磁体与所述导磁环嵌在所述铁芯定子的外侧以产生偏置磁通。

2.根据权利要求1所述的转子振动主动控制电磁阻尼器，其特征在于，所述控制磁极为8个，其中4个设置在所述铁芯定子沿x轴的内圆周面上。

3.根据权利要求1所述的转子振动主动控制电磁阻尼器，其特征在于，所述控制磁极为12个，其中6个设置在所述铁芯定子沿x轴的内圆周面上。