[发明专利]主动控制型电动扭振减振器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及到旋转机械的减振技术领域。

背景技术

扭振现象是旋转机械装置中普遍存在的问题，它是由于扭矩载荷围绕其均值作周期性波动所引起的，而且在一般情况下扭矩及其扭振呈现复杂周期性的特征，即包含了一系列的谐波频率成分，诸如汽车和船舶内燃机，螺旋桨驱动系统，泵机构，等等。当这样的动态载荷中某个频率成分与结构固有扭转频率趋于一致时，机构可能会产生剧烈的扭转共振现象，这极易导致零部件的损坏和失效；即便是对于预期设备使用寿命没有负面效果的小幅度扭振——这应该是当前最普遍的情况，如果考虑机械设备对于周边环境辐射振动和噪声的有害影响，也将是不容忽视的问题。

总的来看，改善扭振问题的方法可以分为两大类：一类是涉及到设备结构本身的，其中的一个重要方面是通过振动特性设计将结构固有扭转频率与扭矩载荷频率错开；此外还有在功能设计方面的措施，如对于内燃机增加汽缸的数量，这样既熨平扭矩波动，又提高输出功率，但是对于设备的设计和制造要求更高了，并且设备的体积、重量和成本也随之显著增加。

另一类是设计一种专门的附加装置或附加功能，典型的如飞轮结合扭振减振器，此类方法相对而言成本较低，对于主机的变动有限。目前普遍实用的扭振减振器是被动弹性阻尼式的，即利用弹性元件隔离振动，以橡胶、粘性液体阻碍振动，将运动机械能转化为摩擦热散发掉；在构造原理上，通常将飞轮分成两个部分，通过弹性元件联接，它们可以在一定的弹性范围内发生相对运动，在它们之间填充高阻尼材料。这种方案的最大缺陷在于：现代旋转机械设备所承受的扭振的频率和幅值会在很宽广的范围内快速地变化，系统特性相对固定的减振装置显然无法满足这种特点下比较高的要求。

除了上述被动式的结构，技术上还发展了半主动控制式，即可以在一定的范围内根据需要实时改变弹性元件和阻尼元件的特性参数，但是应用在扭振减振方面的实际效果有待观察。

与以上两种技术线路完全不同的是，本发明属于主动控制式消振的范畴，这类方法是运用一套控制系统动态跟踪扭振的多个谐波的频率、幅值和相位，并提供驱动电流给所述的电动扭振减振器，使其瞬时发出频率相同、相位相反、幅值对应的扭矩，从而达到抵消扭振的效果。该方法利用现代集成电路的先进技术和有效的控制理论，在取得显著消振效果的同时大大减少了对于设备本身需要采取的减振措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动控制型电动扭振减振器及其实现方法，用以通过电磁激励的方式产生一个与旋转机械轴系统扭振方向相反的扭矩，来抵消轴系统的扭振。

一种主动控制型电动扭振减振器，其特征在于该减振器包括有如下组成部分：

固定模块，它刚性固定在轴系统上；

相对转动模块，它通过弹簧弹性固定在轴系统上；

导电线圈，它设置在固定模块和相对转动模块两者其一上；磁场发生器件，它设置在那个没有设置前述导电线圈的固定模块或相对转动模块上，用以产生能够穿过导电线圈的磁场。

进一步，所述的减振器还包括有如下技术特征：

在轴系统上设置有电刷，用以向所述的导电线圈通电。

所述的固定模块是通过两端分叉延伸的X型固定结构实现的，两相邻分叉之间设置有弧形的导电线圈架构，同时相对的另两个分叉之间设置有另一段弧形导电线圈架构。

在所述导电线圈的两侧至少其一处，设置有磁场发生器件。没有设置导电线圈的相邻分叉，共包括两处位置，在这两处位置至少其一处，设置有用以限定相对转动模块转动范围的固定块。

相对转动模块上通过沿轴系统对称的两个弹簧，固定在轴系统上。

针对前述的导电线圈，所设置的磁场发生器件，能够产生互斥磁场或者互吸磁场。

一种主动控制型电动扭振减振器的实现方法，它是这样实现的，该方法包括有如下步骤：

步骤1，在固定模块和相对转动模块两者其一上安装有导电线圈，在另一个模块上安装有与导电线圈位置相配套的磁场发生器件；

步骤2，将固定模块和相对转动模块安装在轴系统上，其中固定模块被刚性固定在轴系统上，相对转动模块通过弹簧弹性固定在轴系统上；

步骤3，控制系统通过传感器探测轴系统的扭振状况；

步骤4，控制系统向导电线圈通电，产生一个与轴系统扭振频率一致、振幅相当、相位相反的扭矩，用以抵消轴系统的扭振。

进一步，前述的方法还包括有如下技术特征：

所述的固定模块是通过两端分叉延伸的X型固定结构实现的，两相邻分叉之间设置有弧形的导电线圈架构，同时相对的另两个分叉之间设置有另一段弧形导电线圈架构。

在所述导电线圈的两侧至少其一处，设置有磁场发生器件。