[發明專利]一種適用壓氣機的自平衡磁軸承

有效

• 申請號: 202011498906.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112664562B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 張利;安增勇;鄧興民
• 申請（專利權）人: 慶安集團有限公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

本發明公開了一種適用壓氣機的自平衡磁軸承，包括：磁軸承定子，電磁式致動器，驅動控制器，位移傳感器，預壓彈簧以及基座；本發明通過實時調節磁軸承靜態平衡點與動態平衡點的重合，調節壓氣機系統的動態特性，來實現磁軸承的主動自平衡，提高壓氣機系統的可靠性和安全性；同時可以通過軸向磁軸承、導葉調節以及該調節系統相互配合，以有效降低壓氣機運行過程的發生的喘振風險，提高壓氣機轉子的動態特性。與現有技術相比，本發明實現主動自平衡，改善系統的動態特性；提高系統運行的可靠性與安全性；可以有效抑制喘振。

技術領域

本發明涉及磁懸浮軸承領域，具體涉及一種適用壓氣機的自平衡磁軸承。

背景技術

發明專利CN103425051A與專利ZL200710176720通過驅動功放電路或增加補償電路進行徑向方向的平衡補償；CN103336436B通過同頻位移自適應濾波的方法實現徑向自平衡；但是這些專利中磁軸承定子位置固定，轉子受力點始終保持相對固定，沒有考慮到實現軸向的自平衡調節，同時沒有考慮通過磁軸承抑制壓氣機的喘振作用，事實上大多數壓氣機通過調節導葉來抑制調節喘振。因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術不足。

發明內容

本發明提供一種適用壓氣機的自平衡磁軸承，用以克服因在高速壓氣機系統中現有磁軸承的位置固定，且保持在靜態平衡點位置，始終達不到最佳控制效果和動態特性的問題。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案：

一種適用壓氣機的自平衡磁軸承，包括：磁軸承定子，電磁式致動器，驅動控制器，位移傳感器，預壓彈簧以及基座，其中：

磁軸承定子安裝在基座上，并與電磁式致動器連接為一體化結構；磁軸承定子與基座之間光滑接觸；

電磁式致動器包括多組致動器，與驅動控制器連接，其輸出端與所述磁軸承定子的端部連接，且始終保持同位移輸出；驅動控制器控制電磁致動器驅動磁軸承定子產生相應位移；

預壓復位彈簧包括多組彈簧，沿平行于磁軸承定子的軸向對稱分布，每組彈簧一端固定，另一端與磁軸承定子的端部連接，向磁軸承定子提供預壓力F；

位移傳感器固定安裝在磁軸承定子與預壓復位彈簧連接一側，與驅動控制器連接，用于測量磁軸承定子的軸向位移；

驅動控制器包括功率放大器和控制器，控制器的輸出u被功率放大器轉化為電流i，經過電磁式致動器生成沿磁軸承定子軸向的驅動力F驅動磁軸承定子；

所述磁平衡軸承設計位于同一Z軸上的靜態平衡點、動態平衡點、第一限制點和第二限制點，包括：

以磁軸承定子軸線方向、徑向分別作為Z軸、X軸，則靜態平衡點位于X軸與Z軸交點，規定在X軸右半側為正，左半面為負；動態平衡點在位于靜態平衡點兩側的第一限制點與第二限制點之間波動，限制距離L為第一限制點與第二限制點之間的距離；位移x為靜態平衡點與動態平衡點之間的距離。

進一步地，所述位移x有正負之分，滿足-L/2≤x≤L/2。

進一步地，預壓復位彈簧包括兩組剛度相同的彈簧，且單個彈簧的剛度為k，預壓力為F₀，系統摩擦力為f，電磁式致動器的輸出力為F，磁軸承定子質量為m，系統阻尼為c，則系統的平衡方程為：

預壓復位彈簧剛度k不變，始終處于壓縮狀態，初始狀態下，預壓力F₀與F相等，初始狀態的驅動位移x(0)＝0，且保證激勵電流與輸出力同頻。

進一步地，采用閉環負反饋控制策略，輸入信號y與位移傳感器的位置反饋信號差值，提供給控制器，控制器的輸出u被功率放大器轉化為電流i，經過電磁式致動器生成磁軸承定子所需驅動力F，電磁式致動器驅動磁軸承定子產生最終所需輸出信號x。