[发明专利]一种高速主轴电磁式现场动平衡装置及方法

权利要求书

1.一种高速主轴电磁式现场动平衡装置，其特征在于，包括轴向依次排列的四个U型环状铁芯（1），每个U型环状铁芯（1）的U型槽上绕有励磁线圈（2）和测力线圈（3）；与U型环状铁芯（1）对应的主轴段上设有套筒（5），该套筒（5）由轴向宽度与单个的U型环状铁芯（1）宽度相同的第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）组成，第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）依次沿轴向布置切轴向无重合，第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）的周向均设有包角为90度的套筒凸台（5-1）；第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）的套筒凸台（5-1）沿轴向的投影关系为：第一轴段（A）和第三轴段（C）之间、第二轴段（B）和第四轴段（D）之间相差180度；第一轴段（A）和第二轴段（B）之间、第三轴段（C）和第四轴段（D）之间相差90度。

2.根据权利要求1所述的一种高速主轴电磁式现场动平衡装置，其特征在于，套筒（5）安装在主轴（8）上；U型环状铁芯（1）由5个部分组成，分别为第一径向导磁环（1-1）、第二径向导磁环（1-2）、轴向导磁环（1-3）、线圈骨架（4）和磁隔离环（6）；其中第一径向导磁环（1-1）、第二径向导磁环（1-2）及轴向导磁环（1-3）为导磁材料制成；线圈骨架（4）与磁隔离环（6）由非导磁材料制成；第一径向导磁环（1-1）、线圈骨架（4）以及第二径向导磁环（1-2）轴向依次固定连接；励磁线圈（2）与测力线圈（3）绕制在线圈骨架（4）上；轴向导磁环（1-3）与第一径向导磁环（1-1）及第二径向导磁环（1-2）过盈配合以将励磁线圈（2）与测力线圈（3）封装在第一径向导磁环（1-1）、线圈骨架（4）以及第二径向导磁环（1-2）围绕形成的U型槽内；磁隔离环（6）固定在第二径向导磁环（1-2）与轴向导磁环（1-3）侧壁上。

3.根据权利要求2所述的一种高速主轴电磁式现场动平衡装置，其特征在于，磁隔离环（6）的厚度为套筒凸台（5-1）与第一径向导磁环（1-1）和第二径向导磁环（1-2）气隙厚度的3倍以上。

4.根据权利要求2所述的一种高速主轴电磁式现场动平衡装置，其特征在于，主轴（8）通过两个支撑轴承制成在主轴壳体（9）上；主轴（8）旁侧安装有用于检测主轴（8）振动位移的位移传感器和用于检测主轴（8）转速的测速传感器；所述位移传感器和测速传感器连接工业控制计算机；四个U型环状铁芯（1）上的四个励磁线圈包括与第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）相对应的第一励磁线圈（2-1）、第二励磁线圈（2-2）、第三励磁线圈（2-3）和第四励磁线圈（2-4）；工业控制计算机连接第一功率放大器（P1）和第二功率放大器（P2）；第一功率放大器（P1）的一端连接第一励磁线圈（2-1）一端和第三励磁线圈（2-3）一端，第一励磁线圈（2-1）另一端和第三励磁线圈（2-3）另一端分别连接第一二极管（D1）正极和第三二极管（D3）负极，第一二极管（D1）负极和第三二极管（D3）正极均连接第一功率放大器（P1）另一端；第二功率放大器（P2）的一端连接第二励磁线圈（2-2）一端和第四励磁线圈（2-4）一端，第二励磁线圈（2-2）另一端和第四励磁线圈（2-4）另一端分别连接第二二极管（D2）正极和第四二极管（D4）负极，第二二极管（D2）负极和第四二极管（D4）正极均连接第二功率放大器（P2）另一端。

5.根据权利要求4所述的一种高速主轴电磁式现场动平衡装置，其特征在于，四个测力线圈（3）通过积分电路连接工业控制计算机；测力线圈（3）通过积分电路积分出积分电势，在线实时测量第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）电磁力的大小；所述工业控制计算机，通过控制第一功率放大器（P1）和第二功率放大器（P2）的电流方向和大小，对第一轴段（A）、第二轴段（B）、第三轴段（C）和第四轴段（D）的套筒凸台（5-1）产生不同方向的电磁力，各电磁力的合力用于抵消主轴（8）旋转时的不平衡力。