专利名称：旋转磁场式转动轴系扭振主动控制驱动装置的制作方法
技术领域：
本项发明属于电力、机械系统中轴系扭振的控制技术。
背景技术：
在航空、航天、电力、机械、发动机等行业中，轴系的扭振是非常值得重视的问题。轴系扭振现象容易在不知不觉中损坏轴系，造成重大经济损失。由于有些轴系结构的复杂性，目前的扭振计算分析中多采用近似假设或由实验统计而得出经验公式，使得目前轴系扭振理论分析的结果，尤其是轴系的扭振振幅和扭振应力值与实际偏差较大，因此在轴系扭振特性理论计算分析后还需对实际轴系进行扭振实测加以证实。由此看出，扭振主动控制减振方法是一种很有发展前途的方法。关于旋转轴系扭振主动控制减振方法已有人提出一些方案，但大都结构复杂实施困难。为此本发明提出转子轴系旋转磁场式扭振主动控制的驱动装置。本发明以机械结构简单，适用于轴系扭振的主动控制和减振。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于旋转磁场工作原理的扭振主动控制驱动装置。以下参阅附图1和附图2对本发明的工作原理进行说明。系统由带有加长轴的电机1、轴承2、轴承支座3、联轴节4、定子转动杆5、联杆6、直线激振器7、功率放大器8、计算机接口板9、电机调速变频器10、扭振测量仪11、转速传感器12、电机电源开关13、计算机14等组成。计算机接口板9的组成如附图3所示，它包括滤波放大器16、激振信号D/A转换器17、变频A/D转换器18、转速计数器19、电机调速D/A转换器20和扭振A/D转换器21，计算机接口板9与计算机14相连。在电机1的加长转子轴的两端上分别安装滚动轴承2-1和滚动轴承2-2，使电机能够润滑转动。电机1定子壳体上装有定子转动杆5，定子转动杆5与联杆6万向连接，即联杆6与定子转动杆5连接处可在小角度内自由转动。电机1主轴通过联轴节4与工作轴系15连接。工作轴系15上装有扭振测量仪11和转速传感器12，扭振测量仪11和转速传感器12的输出信号均接至计算机接口板9。计算机接口板9中的激振信号D/A转换器17输出端连接功率放大器8的输入端；计算机接口板9中的电机调速D/A转换器20控制变频器10输出电源的频率。通过改变变频器10的输入电压即可调整电机的转速，目的是使电机转子与工作轴系同步转动。
工作轴系转动时带动电机转子转动。转速计数器19通过计算机接口板9接收转速传感器12产生的脉冲信号，对轴系的转速进行测量。变频A/D转换器18将变频器10的直流输出电压信号转换为数字信号，计算机14根据变频A/D转换器18及转速计数器19的输出结果，计算出电机变频电源的频率也就是旋转磁场所产生的转速，同时计算出此转速与工作轴系的转速之差。计算机再计算出转速与工作轴系的转速之差为零时(即电机轴转速等于工作轴系转速)变频器10的输入电压值，并通过变频D/A转换器20的输出给变频器10的变频输入端控制变频电源的频率，由此保持轴系转速与旋转磁场产生的转速相等。电机定子产生的旋转磁场使电机轴的转速与工作轴系转速相等时，转子与定子之间没有扭矩作用，或扭矩很小对工作轴系影响可以忽略。当工作轴系发生扭振时，扭振测量仪11发出的扭振信号经滤波放大器16放大、滤波后传送给扭振A/D转换器21，由扭振A/D转换器21转换为数字信号传至计算机。计算机14根据工作轴系的振动特性及数字扭振信号确定主动控制减振所需的特定频率、相位、幅度的激励信号数据，并通过激振信号D/A转换器17输出相应的激励信号给功率放大器8。功率放大器8为直线激振器7提供激振电源。直线激振器7产生的直线振动通过联杆6及定子转动杆5使电机1的转子产生扭转振动，这样混有扭转振动的旋转磁场在转子上产生扭振力矩。由于电机转子的转动与旋转磁场同步，所以只产生扭振力矩而不产生转动力矩，或产生很小的转动力矩，扭振力矩通过转子轴及连轴节4传递给工作轴系，由此就完成主动控制扭振减振作用。
图1为扭振主动控制减振驱动器轴系简图。
图2为扭振主动控制减振驱动器工作原理简图。
图3为计算机接口板9内部电路框图。
附图中电机-1；轴承-2-1、2-2；轴承支座-3-1、3-2；联轴节-4；定子转动杆-5；联杆-6；直线激振器-7；功率放大器-8；计算机接口板-9；电机调速变频器-10；扭振测量仪-11；转速传感器-12；电机电源开关-13；计算机-14；工作轴系-15；滤波放大器-16；激振信号D/A转换器-17；变频A/D转换器-18；转速计数器-19；电机调速D/A转换器-20；扭振A/D转换器-21。
具体实施例以下通过具体实施例并结合图1、图2对本发明的结构作进一步的说明。电机1采用加长轴的三相鼠笼电机，轴承2-1和轴承2-2为滚珠轴承，两个支座3-1、3-2，联轴节4、定子转动杆5、联杆6为一般机加工零件。直线激振器7、功率放大器8、变频器10均为通用产品。计算机14采用工控计算机，计算机接口板9内部电路框图如图3所示，计算机接口板9采用的电路芯片如下转速计数器19选用Intel 8254；滤波放大器16选用op07；激振信号D/A转换器17及电机调速D/A转换器20选用dac1210；转速A/D转换器18及扭振A/D转换器21选用ad574。计算机接口板9安装在计算机14的ISA总线槽内。转速传感器12为光电传感器。
系统开始工作时首先将开关13断开。计算机14通过接口板9的转速计数器19测量工作轴系的转速，通过变频A/D转换器18测量变频器10变频直流输出电压。由计算机计算得到变频器输出三相电机的频率所对应的旋转磁场的转速与工作轴系转速之差，通过变频D/A转换器20、调整变频器10的输入电压，使旋转磁场的转速与工作轴系转速相等，此过程采用了闭环控制的方法。当旋转磁场的转速与工作轴系转速相等或接近时闭合开关13。计算机控制变频器的同时通过计算机接口板9中的扭振A/D转换器21采集工作轴系的扭振信号，通过计算得到主动控制减振所需要的激励信号的频率、相位、幅度，进而通过激振信号D/A转换器17输出信号给功率放大器8。功率放大器驱动直线激振器7通过连杆机构带动三相鼠笼式电机1的定子扭转振动。叠加有扭转振动的旋转磁场给工作轴系施加了主动控制减振扭矩，达到主动控制减振的作用。
本发明的有益效果是利用三相电机及直线激振器产生叠加有扭振的旋转磁场。本发明系统所采用的直线激振器、信号发生器等等都是通用产品，所需加工部件也非常简单。以较低的成本实现在定子产生的旋转磁场上叠加扭转振动，从而使转子产生旋转力矩的同时产生扭转力矩。
权利要求
1.旋转磁场式转动轴系扭振主动控制驱动装置，具有电机(1)、轴承(2)、轴承支座(3)、定子转动杆(5)、联杆(6)、直线激振器(7)、功率放大器(8)、计算机接口板(9)、变频器(10)、转速传感器(12)，其特征是计算机接口板(9)由滤波放大器(16)、激振信号D/A转换器(17)、变频A/D转换器(18)、转速计数器(19)、电机调速D/A转换器(20)和扭振A/D转换器(21)组成，工作轴系(15)上装有扭振测量仪(11)和转速传感器(12)，所述扭振测量仪(11)和转速传感器(12)的输出信号均接至计算机接口板(9)，计算机接口板(9)中的激振信号D/A转换器(17)输出端连接功率放大器(8)的输入端，计算机接口板(9)中的电机调速D/A转换器(20)控制变频器(10)输出电源的频率，同时计算机接口板(9)与计算机(14)相连。
2.按照权利1所述的旋转磁场式转动轴系扭振主动控制驱动装置，其特征是所述电机通过定子转动杆(5)及联杆(6)与直线激振器(7)连接，使电机(1)定子产生的旋转磁场叠加扭转振动成分。
全文摘要
本发明提供了一种基于旋转磁场工作原理的扭振主动控制驱动装置。主要具有电机、定子转动杆、联杆、直线激振器、计算机接口板、变频器及转速传感器等。在工作轴系上装有扭振测量仪和转速传感器，扭振测量仪和转速传感器的输出信号均接至计算机接口板，计算机接口板中的激振信号D/A转换器输出端连接功率放大器的输入端，由电机调速D/A转换器控制变频器输出电源的频率。电机通过定子转动杆及联杆与直线激振器连接，使电机定子产生的旋转磁场叠加扭转振动成分。
文档编号H02P27/04GK1761148SQ200510015130
公开日2006年4月19日 申请日期2005年9月21日 优先权日2005年9月21日
发明者张俊红, 刘杰, 倪广健 申请人:天津大学