專利名稱：基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力、機械系統(tǒng)中軸系扭振的控制技術。
背景技術：
在航空、航天、電力、機械、發(fā)動機等行業(yè)中，軸系的扭振是非常值得重視的問題。軸系扭振現(xiàn)象容易在不知不覺中損壞軸系，造成重大經(jīng)濟損失。由于有些軸系結(jié)構(gòu)的復雜性，目前的扭振計算分析中多采用近似假設或由實驗統(tǒng)計而得出經(jīng)驗公式，使得目前軸系扭振理論分析的結(jié)果，尤其是軸系的扭振振幅和扭振應力值與實際偏差較大，因此在軸系扭振特性理論計算分析后還需對實際軸系進行扭振實測加以證實。由此看出，扭振主動控制減振方法是一種很有發(fā)展前途的方法。關于旋轉(zhuǎn)軸系扭振主動控制減振方法已有人提出一些方案，但大都結(jié)構(gòu)復雜實施困難。為此本實用新型提出基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置。本實用新型以機械結(jié)構(gòu)簡單，適用于軸系扭振的主動控制和減振。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種基于旋轉(zhuǎn)磁場工作原理的扭振主動控制驅(qū)動裝置。以下參閱附圖1和附圖2對本實用新型的工作原理進行說明。系統(tǒng)由帶有加長軸的電機1、軸承2、軸承支座3、聯(lián)軸節(jié)4、定子轉(zhuǎn)動桿5、聯(lián)桿6、直線激振器7、功率放大器8、計算機接口板9、電機調(diào)速變頻器10、扭振測量儀11、轉(zhuǎn)速傳感器12、電機電源開關13、計算機14等組成。計算機接口板9的組成如附圖3所示，它包括濾波放大器16、激振信號D/A轉(zhuǎn)換器17、變頻A/D轉(zhuǎn)換器18、轉(zhuǎn)速計數(shù)器19、電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器20和扭振A/D轉(zhuǎn)換器21，計算機接口板9與計算機14相連。在電機1的加長轉(zhuǎn)子軸的兩端上分別安裝滾動軸承2-1和滾動軸承2-2，使電機能夠潤滑轉(zhuǎn)動。電機1定子殼體上裝有定子轉(zhuǎn)動桿5，定子轉(zhuǎn)動桿5與聯(lián)桿6萬向連接，即聯(lián)桿6與定子轉(zhuǎn)動桿5連接處可在小角度內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。電機1主軸通過聯(lián)軸節(jié)4與工作軸系15連接。工作軸系15上裝有扭振測量儀11和轉(zhuǎn)速傳感器12，扭振測量儀11和轉(zhuǎn)速傳感器12的輸出信號均接至計算機接口板9。計算機接口板9中的激振信號D/A轉(zhuǎn)換器17輸出端連接功率放大器8的輸入端；計算機接口板9中的電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器20控制變頻器10輸出電源的頻率。通過改變變頻器10的輸入電壓即可調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，目的是使電機轉(zhuǎn)子與工作軸系同步轉(zhuǎn)動。
工作軸系轉(zhuǎn)動時帶動電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速計數(shù)器19通過計算機接口板9接收轉(zhuǎn)速傳感器12產(chǎn)生的脈沖信號，對軸系的轉(zhuǎn)速進行測量。變頻A/D轉(zhuǎn)換器18將變頻器10的直流輸出電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算機14根據(jù)變頻A/D轉(zhuǎn)換器18及轉(zhuǎn)速計數(shù)器19的輸出結(jié)果，計算出電機變頻電源的頻率也就是旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速，同時計算出此轉(zhuǎn)速與工作軸系的轉(zhuǎn)速之差。計算機再計算出轉(zhuǎn)速與工作軸系的轉(zhuǎn)速之差為零時(即電機軸轉(zhuǎn)速等于工作軸系轉(zhuǎn)速)變頻器10的輸入電壓值，并通過變頻D/A轉(zhuǎn)換器20的輸出給變頻器10的變頻輸入端控制變頻電源的頻率，由此保持軸系轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速相等。電機定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場使電機軸的轉(zhuǎn)速與工作軸系轉(zhuǎn)速相等時，轉(zhuǎn)子與定子之間沒有扭矩作用，或扭矩很小對工作軸系影響可以忽略。當工作軸系發(fā)生扭振時，扭振測量儀11發(fā)出的扭振信號經(jīng)濾波放大器16放大、濾波后傳送給扭振A/D轉(zhuǎn)換器21，由扭振A/D轉(zhuǎn)換器21轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳至計算機。計算機14根據(jù)工作軸系的振動特性及數(shù)字扭振信號確定主動控制減振所需的特定頻率、相位、幅度的激勵信號數(shù)據(jù)，并通過激振信號D/A轉(zhuǎn)換器17輸出相應的激勵信號給功率放大器8。功率放大器8為直線激振器7提供激振電源。直線激振器7產(chǎn)生的直線振動通過聯(lián)桿6及定子轉(zhuǎn)動桿5使電機1的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，這樣混有扭轉(zhuǎn)振動的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生扭振力矩。由于電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動與旋轉(zhuǎn)磁場同步，所以只產(chǎn)生扭振力矩而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，或產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)動力矩，扭振力矩通過轉(zhuǎn)子軸及連軸節(jié)4傳遞給工作軸系，由此就完成主動控制扭振減振作用。


圖1為本實用新型基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置軸系簡圖。
圖2為本實用新型基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置工作原理簡圖。
圖3為本實用新型計算機接口板9內(nèi)部電路框圖。
附圖中電機-1；軸承-2-1、2-2；軸承支座-3-1、3-2；聯(lián)軸節(jié)-4；定子轉(zhuǎn)動桿-5；聯(lián)桿-6；直線激振器-7；功率放大器-8；計算機接口板-9；電機調(diào)速變頻器-10；扭振測量儀-11；轉(zhuǎn)速傳感器-12；電機電源開關-13；計算機-14；工作軸系-15；濾波放大器-16；激振信號D/A轉(zhuǎn)換器-17；變頻A/D轉(zhuǎn)換器-18；轉(zhuǎn)速計數(shù)器-19；電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器-20；扭振A/D轉(zhuǎn)換器-21。
具體實施例以下通過具體實施例并結(jié)合圖1、圖2對本實用新型的結(jié)構(gòu)作進一步的說明。電機1采用加長軸的三相鼠籠電機，軸承2-1和軸承2-2為滾珠軸承，兩個支座3-1、3-2，聯(lián)軸節(jié)4、定子轉(zhuǎn)動桿5、聯(lián)桿6為一般機加工零件。直線激振器7、功率放大器8、變頻器10均為通用產(chǎn)品。計算機14采用工控計算機，計算機接口板9內(nèi)部電路框圖如圖3所示，計算機接口板9采用的電路芯片如下轉(zhuǎn)速計數(shù)器19選用Intel 8254；濾波放大器16選用op07；激振信號D/A轉(zhuǎn)換器17及電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器20選用dac1210；轉(zhuǎn)速A/D轉(zhuǎn)換器18及扭振A/D轉(zhuǎn)換器21選用ad574。計算機接口板9安裝在計算機14的ISA總線槽內(nèi)。轉(zhuǎn)速傳感器12為光電傳感器。
系統(tǒng)開始工作時首先將開關13斷開。計算機14通過接口板9的轉(zhuǎn)速計數(shù)器19測量工作軸系的轉(zhuǎn)速，通過變頻A/D轉(zhuǎn)換器18測量變頻器10變頻直流輸出電壓。由計算機計算得到變頻器輸出三相電機的頻率所對應的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與工作軸系轉(zhuǎn)速之差，通過變頻D/A轉(zhuǎn)換器20、調(diào)整變頻器10的輸入電壓，使旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與工作軸系轉(zhuǎn)速相等，此過程采用了閉環(huán)控制的方法。當旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與工作軸系轉(zhuǎn)速相等或接近時閉合開關13。計算機控制變頻器的同時通過計算機接口板9中的扭振A/D轉(zhuǎn)換器21采集工作軸系的扭振信號，通過計算得到主動控制減振所需要的激勵信號的頻率、相位、幅度，進而通過激振信號D/A轉(zhuǎn)換器17輸出信號給功率放大器8。功率放大器驅(qū)動直線激振器7通過連桿機構(gòu)帶動三相鼠籠式電機1的定子扭轉(zhuǎn)振動。疊加有扭轉(zhuǎn)振動的旋轉(zhuǎn)磁場給工作軸系施加了主動控制減振扭矩，達到主動控制減振的作用。
本實用新型的有益效果是利用三相電機及直線激振器產(chǎn)生疊加有扭振的旋轉(zhuǎn)磁場。本實用新型系統(tǒng)所采用的直線激振器、信號發(fā)生器等等都是通用產(chǎn)品，所需加工部件也非常簡單。以較低的成本實現(xiàn)在定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場上疊加扭轉(zhuǎn)振動，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩的同時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩。
權(quán)利要求1.基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置，具有電機(1)、軸承(2)、軸承支座(3)、定子轉(zhuǎn)動桿(5)、聯(lián)桿(6)、直線激振器(7)、功率放大器(8)、計算機接口板(9)、變頻器(10)、轉(zhuǎn)速傳感器(12)，其特征是計算機接口板(9)由濾波放大器(16)、激振信號D/A轉(zhuǎn)換器(17)、變頻A/D轉(zhuǎn)換器(18)、轉(zhuǎn)速計數(shù)器(19)、電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器(20)和扭振A/D轉(zhuǎn)換器(21)組成，工作軸系(15)上裝有扭振測量儀(11)和轉(zhuǎn)速傳感器(12)，所述扭振測量儀(11)和轉(zhuǎn)速傳感器(12)的輸出信號均接至計算機接口板(9)，計算機接口板(9)中的激振信號D/A轉(zhuǎn)換器(17)輸出端連接功率放大器(8)的輸入端，計算機接口板(9)中的電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器(20)控制變頻器(10)輸出電源的頻率，同時計算機接口板(9)與計算機(14)相連。
2.按照權(quán)利1所述的基于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)子軸系扭振主動控制驅(qū)動裝置，其特征是所述電機通過定子轉(zhuǎn)動桿(5)及聯(lián)桿(6)與直線激振器(7)連接，使電機(1)定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場疊加扭轉(zhuǎn)振動成分。
專利摘要本實用新型提供了一種基于旋轉(zhuǎn)磁場工作原理的扭振主動控制驅(qū)動裝置。主要具有電機、定子轉(zhuǎn)動桿、聯(lián)桿、直線激振器、計算機接口板、變頻器及轉(zhuǎn)速傳感器等。在工作軸系上裝有扭振測量儀和轉(zhuǎn)速傳感器，扭振測量儀和轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號均接至計算機接口板，計算機接口板中的激振信號D/A轉(zhuǎn)換器輸出端連接功率放大器的輸入端，由電機調(diào)速D/A轉(zhuǎn)換器控制變頻器輸出電源的頻率。電機通過定子轉(zhuǎn)動桿及聯(lián)桿與直線激振器連接，使電機定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場疊加扭轉(zhuǎn)振動成分。
文檔編號H02P27/04GK2844992SQ20052012292
公開日2006年12月6日 申請日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者張俊紅, 劉杰, 倪廣健 申請人:天津大學