[發明專利]磁懸浮動力吸振器及其吸振系統與工作方法

有效

• 申請號: 201610050127.3
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105605135B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 金超武;汪蕾;周瑾;徐龍祥;周宇;王璠
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明專利涉及吸振裝置技術、磁懸浮技術領域，特別涉及一種磁懸浮動力吸振器及其吸振系統與工作方法。

背景技術

在轉子振動控制中，文獻《環形動力吸振器進行轉子振動控制的實驗》中張炳康等人基于單圓盤轉子模型，設計了一種對分式環形動力吸振器。吸振器通過軸承安裝在轉子兩支承跨距內任意位置，而不改變轉子系統的動力學特性。

吸振器主要由連接單元、質量單元、剛度(彈簧)單元及阻尼單元構成.其中連接單元包括軸承和內環，軸承采用帶軸向定位的頂針滾動軸承，內環套在軸承外圈，通過軸承與轉軸連接，從而可以傳遞系統振動與作用力，而內環及其吸振器結構本身并不轉動。質量單元由外環及附加質量提供，質量大小可以調節。剛度單元則由徑向對稱的4個剛度完全一致的彈簧構成，合理地選擇外環質量和彈簧的徑向綜合剛度，便可調整吸振器的固有頻率。結構的阻尼單元則由填充在彈簧內部的橡膠構成。為方便拆裝，內、外環均采用對分式結構。

吸振器振動控制的機理：當主系統結構在外激勵作用下產生振動時，通過在主系統上附加一個子系統(即吸振器)，只要子系統的固有頻率與主系統的振動頻率相同，吸振器質量塊的振蕩相對主系統響應有90度的相位滯后，兩者相對運動產生的慣性力反作用到主系統上，就可有效地消除主系統結構的振動。從能量轉移的角度可以理解為主系統的振動能量轉移到附加的子系統上，從而實現減少主系統振動的目的。

但傳統的動力吸振器為純機械裝置，只能是被動吸振，而轉子的不平衡力隨其轉速變化，這就要求動力吸振器的參數能隨振動情況的變化而調整，因而傳統的動力吸振器已經不能滿足需要。

發明內容

本發明針對現有動力吸振器的不足，提供一種通過改變吸振器剛度和阻尼使得吸振頻率可以隨轉子的振動頻率改變的磁懸浮動力吸振器及其吸振系統與工作方法。

本發明通過以下措施來實現的：

一種磁懸浮動力吸振器，包括被吸元件和吸振元件，被吸元件為轉軸；其特征在于：轉軸通過轉子支承固定在基座上；吸振元件包括結構相同的繞轉軸均勻分布的磁懸浮吸振元件，每組磁懸浮吸振元件均包括線圈、電磁鐵和位移傳感器； 還包括位于吸振元件外側的支撐架；當沒有給線圈供電時，磁懸浮吸振元件處于非工作狀態，由于支撐架與磁懸浮吸振元件之間的間隙l₁小于轉軸與磁懸浮吸振元件之間的間隙l₂，吸振元件將由支撐架支撐；當給線圈供電即吸振器工作時，磁懸浮吸振元件將脫離支撐架。

所述的主動式磁懸浮動力吸振器，其特征在于：該磁懸浮動力吸振器為主動式磁懸浮動力吸振器；所述電磁鐵由π型磁極及繞于其上的控制繞組組成。

所述的混合式磁懸浮動力吸振器，其特征在于：該磁懸浮動力吸振器為混合式磁懸浮動力吸振器；所述電磁鐵由控制磁極及繞于其上提供控制磁場的控制繞組, 以及永磁磁極和裝于其上提供偏置磁場的永磁體組成。

所述的磁懸浮動力吸振器的吸振器系統，其特征在于：該系統還包括傳感器信號處理電路、控制器及功率放大器；磁懸浮吸振元件中的位移傳感器與傳感器信號處理電路輸入端相連，傳感器信號處理電路輸出端經過控制器及功率放大器后與吸振器中控制繞組相連；當磁懸浮動力吸振器為主動式磁懸浮動力吸振器時,所述功率放大器為單向功率放大器；當磁懸浮動力吸振器為混合式磁懸浮動力吸振器時,所述功率放大器為雙向功率放大器。

所述的吸振器系統的工作方法，其特征在于：磁懸浮吸振元件與轉軸之間提供剛度與阻尼；通過控制器參數改變電流大小以改變上述剛度與阻尼，進而改變磁懸浮動力吸振器的固有頻率；當磁懸浮動力吸振器的固有頻率與振動頻率相同時，達到吸振效果，即消除了主系統結構的振動。

本發明的工作原理：

對于主動式磁懸浮動力吸振器，電流同時提供偏置磁場和控制磁場，所產生的電磁力提供轉軸和電磁鐵之間的剛度和阻尼，對于混合式磁懸浮動力吸振器，控制磁極提供控制磁場，永磁磁極提供偏置磁場，它們共同作用所產生的電磁力提供轉軸和磁極之間的剛度和阻尼。當轉子振動時，位移傳感器通過采集轉軸位移信號檢測轉軸的振動頻率，控制器根據檢測到的位置和頻率調節控制繞組中的線圈電流，通過電流的改變來調整磁懸浮動力吸振器的剛度與阻尼，使磁懸浮動力吸振器的固有頻率與轉子的振動頻率相等，達到動力吸振的效果。

本發明的有益效果：

1.當轉子的振動頻率變化時，可以通過調整線圈電流的方法達到寬頻吸振。

2.可以通過設計控制器改變吸振元件的剛度與阻尼，改善吸振效果。