專利名稱：旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及旋轉機械轉子的阻尼裝置，尤其是旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置。
背景技術：
旋轉機械是現代大工業的關鍵設備之一，高速旋轉的轉子是其核心部件。轉子系統的振動和穩定性問題，一直是困惑工程技術人員，妨礙產品性能、可靠性及使用壽命的一個重要因素。因此，減小轉子系統的振動和改善系統的穩定性有著重要的意義。
支承在滾動軸承或滑動軸承上的高速轉子，由于外界干擾或自激，當轉子系統的阻尼不足時不僅會出現大的振動而且還會出現不穩定，為了給轉子系統增加必要的阻尼，通常采用彈性阻尼支承結構。目前使用的彈性阻尼支承可以分為流體介質型和電磁型兩類，前者如各類可控或不可控的擠壓油膜阻尼器、變剛度支承、彈性阻尼支承等；后者主要為電磁軸承、電磁阻尼器或盤型電渦流阻尼器等。這些彈性阻尼支承雖然能夠在一定的情況下滿足一定轉子系統穩定工作的要求，但也各有不足之處。流體介質型彈性阻尼支承由于流體介質的存在，所以在一些特殊情況下，如高溫、真空、低溫等，難以使用；另外流體介質型彈性阻尼支承結構的位置比較固定，必須與轉子的支承結構聯合使用，還存在著密封、結構的工作參數選擇較為困難等一系列問題，所以使用不方便。電磁軸承或電磁阻尼器是電磁型彈性阻尼支承結構的代表，能夠借助于外界提供的能源人為的使轉子系統的動力特性盡可能最優地滿足轉子在不同工作狀態及受到不同激擾作用下對轉子系統特性的要求，使之具有良好的減振效果。但是電磁軸承要在轉軸上附加一個鐵芯，極大的限制了它的最大工作轉速，電磁軸承的體積和重量也較大；此外電磁軸承需要復雜的控制器和大功率的放大器，所以目前的電磁軸承或電磁阻尼器的外設大、成本高、系統的可靠性低，特別是對主動控制中的許多問題還沒有得到清楚的認識。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、使用方便、控制簡單的用于各類旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置。
本實用新型的用于各類旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置是基于導體在磁場中運動時會產生與運動導體速度成正比的電渦流力的原理上。其技術解決方案有以下三種方案1旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，包括自內向外依次同軸線套置在轉子上的環形磁體、隔磁環和機殼，環形磁體與轉子之間留有間隙，環形磁體的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈。
方案2旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，包括自內向外依次同軸線套置在轉子上的軸承、環形磁體、環形導體和機殼，其中，軸承的內圈與轉子緊固，軸承的外圈與環形磁體的內圓緊固，環形磁體的外圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈，環形導體與機殼緊固，環形磁體與環形導體之間留有間隙，在機殼上固定有支撐件，支撐件與環形磁體之間連接有彈性件。
方案3旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，包括自內向外依次同軸線套置在轉子上的軸承、環形導體、環形磁體、隔磁環和機殼，其中，軸承的內圈與轉子緊固，軸承的外圈與環形導體的內圓緊固，環形磁體與隔磁環和機殼緊固成一體，環形磁體的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈，環形磁體與環形導體之間留有間隙，在機殼上固定有支撐件，支撐件與環形導體之間連接有彈性件。
本實用新型的優點(1)結構簡單體積小、無需流體介質、適用范圍廣，可以用在諸如航天飛機主發動機中的低溫渦輪泵的轉子系統、高溫轉子系統以及不需要流體介質的特殊轉子系統上；(2)安置位置靈活，不僅可以與軸上阻尼器或軸承的結構結合在一起安置在支承位置，也可以安置在轉子上的任意非工作段，如密封位置等。
(3)該阻尼裝置不僅可以單獨使用，也可以與傳統的擠壓油膜阻尼器、O形圈阻尼器或金屬橡膠阻尼器的結構結合使用，不僅可以進一步地提高其本身的動力特性，而且也可以改善傳統的擠壓油膜阻尼器、O形圈阻尼器或金屬橡膠阻尼器的動力特性；(4)該阻尼裝置能夠為轉子系統只提供阻尼，而對轉子系統的剛度并不產生任何影響，該阻尼裝置的動力特性可控、系統的響應時間短，便于對轉子系統的振動進行主動控制；(5)該阻尼裝置工作時所需要的功率較小，電源容易實行。
圖1是本實用新型方案1的一種具體結構示意圖；圖2是本實用新型方案2的一種具體結構示意圖；圖3是本實用新型方案3的一種具體結構示意圖；圖4是鼠籠式彈性支承示意圖；圖5是圖2實例在不同電流條件下轉子系統在非旋轉條件下的頻響函數曲線，其中，圖a為低頻段頻響函數曲線，圖b為高頻段頻響函數曲線。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
參見圖1，本實用新型的用于旋轉機械的電渦流阻尼裝置包括自內向外依次同軸線套置在轉子6上的環形磁體2、隔磁環10和機殼1，環形磁體2與轉子6之間留有間隙，轉子6在間隙中運動，環形磁體2的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈3。環形磁體2可以為整體結構，為便于加工，也可采用由L型截面的環形磁體12和環形面磁體11組成。機殼1可以是導磁材料，也可以是隔磁的非導磁材料，當機殼1為非導磁材料時，則環形磁體2可以直接固定在機殼1上，否則需通過隔磁環10固定在機殼1上。
當線圈通電后，在環形磁體和轉子之間的徑向間隙中就形成圖中7所示的環形磁場。當轉子在磁場中運動時就產生了與其運動速度成比例的阻尼力。通過控制線圈中的電流，就可以方便地改變作用在可動部件轉子上的阻尼力。轉子系統上外阻尼力的增大和控制，可以提高轉子支承系統的動力學特性，達到減少轉子系統的振動，提高轉子系統穩定性的目的。
設計時，環形磁體與轉子徑向間隙的選擇應以在線圈中施加較小的電流就可以在徑向間隙中產生所需的磁場強度以及在轉子的運行過程中不至于使環形磁體與轉子相碰為準則。環形磁體兩端工作段的軸向長度應以使該工作面上不出現磁飽和為準。
圖2所示的旋轉機械的電渦流阻尼裝置是與常見的彈性支承聯合形成的無流體介質的一種彈性阻尼結構，它包括自內向外依次同軸線套置在轉子6上的軸承5、環形磁體2、環形導體4和機殼1，其中，軸承5的內圈與轉子6緊固，軸承5的外圈與環形磁體2的內圓緊固，在環形磁體2的外圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈3，環形導體4與機殼1緊固，環形磁體2與環形導體4之間留有間隙，兩者之間存在著非旋轉的相對運動。在機殼1上固定有支撐件9，支撐件9與環形磁體2之間連接有彈性件8，圖例中，彈性件8采用的是彈性桿，或者也可以用圖4所示的鼠籠式彈性支承。環形磁體2可以為整體結構，也可以由L型截面的環形磁體和環形面磁體組成。所說的軸承5可以是滾動軸承或滑動軸承。
當線圈中通電后，在環形磁體和環形導體之間的徑向間隙間就形成圖中7所示的環形磁場，由于彈性支承結構的存在，環形磁體只能隨轉子渦動而并不旋轉。當環形磁體在這個磁場中出現徑向的相對運動時，在環形磁體上就產生了與其運動速度成比例的阻尼力。通過控制線圈中的電流，就可以方便地改變作用在可動部件上的阻尼力。轉子系統上外阻尼力的增大和可控可以提高轉子支承系統的動力學特性，達到減少轉子系統的振動，提高轉子系統穩定性的目的。
設計時，環形導體的長度稍大于環形磁體的長度，環形磁體與環形導體間的徑向間隙以及環形磁體兩端工作段的軸向長度的選擇與圖1實施例的方法相同。
圖3所示的旋轉機械的電渦流阻尼裝置是另一種與常見的彈性支承聯合形成的無流體介質的彈性阻尼結構，它包括自內向外依次同軸線套置在轉子6上的軸承5、環形導體4、環形磁體2、隔磁環10和機殼1，其中，軸承5的內圈與轉子6緊固，軸承5的外圈與環形導體4的內圓緊固，環形磁體2與隔磁環10和機殼1緊固成一體，環形磁體2的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈3，環形磁體2與環形導體4之間留有間隙，兩者之間存在著非旋轉的相對運動。在機殼1上固定有支撐件9，支撐件9與環形導體4之間連接有彈性件8，同樣，彈性件8可以是彈性桿，或者也可以用圖4所示的鼠籠式彈性支承。環形磁體2可以為整體結構，也可以由L型截面的環形磁體12和環形面磁體11組成。所說的軸承5可以是滾動軸承或滑動軸承。機殼1可以是導磁材料，也可以是隔磁的非導磁材料，當機殼1為非導磁材料時，則環形磁體2可以直接固定在機殼上，否則需通過隔磁環10固定在機殼1上。
當線圈中通電后，在環形磁體和環形導體之間的徑向間隙間就形成圖中7所示的環形磁場，由于彈性支承結構的存在，環形導體只能隨轉子渦動而并不旋轉。當環形導體在這個磁場中出現徑向的相對運動時，在環形導體上就產生了與其運動速度成比例的阻尼力。通過控制線圈中的電流，就可以方便地改變作用在可動部件上的阻尼力。轉子系統上外阻尼力的增大和可控可以提高轉子支承系統的動力學特性，達到減少轉子系統的振動，提高轉子系統穩定性的目的。
如果希望得到大的阻尼力，也可以在由環形導體4與環形磁體2之間的徑向工作間隙中注入流體、設置O形圈或金屬橡膠，這樣不僅可以進一步地提高其本身的動力特性，而且也可以改善傳統的擠壓油膜阻尼器、O形圈阻尼器或金屬橡膠阻尼器的動力特性并可以使整個阻尼結構的動力特性可控。
上述圖2、圖3實例中，彈性支承結構中的彈性件8可以是圖示的拉桿，也可以采用彈性環或圖4所示的鼠籠式彈性支承。
圖5為圖2的旋轉機械的電渦流阻尼裝置，在無油狀態下測得的非旋轉狀態下不同電流對某單懸臂盤轉子系統水平方向不同頻率段的頻響函數曲線的影響(圖a為低頻段，圖b為高頻段，圖中箭頭表示電流依次增大的方向)。無論是在低頻段還是在高頻段，響應曲線上峰值的迅速減小表明了阻尼裝置使轉子系統的阻尼明顯增大；響應曲線上峰值向低轉速方向移動表明環形磁體與環形導體之間存在一個負剛度的彈性力。可見通過改變線圈中的電流，能夠明顯地改變阻尼結構的動力特性。轉子系統上外阻尼力的可控可以提高轉子支承系統的動力學特性，達到控制轉子系統的振動，提高轉子系統穩定性的目的。
權利要求1.旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是包括自內向外依次同軸線套置在轉子(6)上的環形磁體(2)、隔磁環(10)和機殼(1)，環形磁體(2)的內圓與轉子(6)的外圓之間留有間隙，環形磁體(2)的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈(3)。
2.根據權利要求1所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是環形磁體(2)由L型截面的環形磁體(12)和環形面磁體(11)組成。
3.根據權利要求1所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征在于機殼(1)是由導磁材料或隔磁的非導磁材料制成。
4.旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是包括自內向外依次同軸線套置在轉子(6)上的軸承(5)、環形磁體(2)、環形導體(4)和機殼(1)，其中，軸承(5)的內圈與轉子(6)緊固，軸承(5)的外圈與環形磁體(2)的內圓緊固，環形磁體(2)的外圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈(3)，環形導體(4)與機殼(1)緊固，環形磁體(2)與環形導體(4)之間留有間隙，在機殼(1)上固定有支撐件(9)，支撐件(9)與環形磁體(2)之間連接有彈性件(8)。
5.根據權利要求4所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是環形磁體(2)是由L型截面的環形磁體(12)和環形面磁體(11)組成。
6.根據權利要求4所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是所說的彈性件(8)是彈性桿或彈性環或鼠籠式彈性支承。
7.旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是包括自內向外依次同軸線套置在轉子(6)上的軸承(5)、環形導體(4)、環形磁體(2)、隔磁環(10)和機殼(1)，其中，軸承(5)的內圈與轉子(6)緊固，軸承(5)的外圈與環形導體(4)的內圓緊固，環形磁體(2)與隔磁環(10)和機殼(1)緊固成一體，環形磁體(2)的內圓表面沿周向設有凹槽，凹槽內具有環繞凹槽繞制的線圈(3)，環形磁體(2)與環形導體(4)之間留有間隙，在機殼(1)上固定有支撐件(9)，支撐件(9)與環形導體(4)之間連接有彈性件(8)。
8.根據權利要求7所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是環形磁體(2)由L型截面的環形磁體(12)和環形面磁體(11)組成。
9.根據權利要求7所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征在于機殼(1)是由導磁材料或是隔磁的非導磁材料制成。
10.根據權利要求7所述的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置，其特征是所說的彈性件(8)是彈性桿或彈性環或鼠籠式彈性支承。
專利摘要本實用新型的旋轉機械轉子的電渦流阻尼裝置是基于導體在磁場中運動時會產生與運動導體速度成正比的電渦流力的原理上。它主要包括同軸線套置在轉子上的環形磁體和環形導體，環形磁體的表面沿周向環繞有線圈，兩者之間留有間隙，其中之一與機殼固定，使兩者間存在非旋轉的相對運動。當線圈通電后，在環形磁體和環形導體之間的徑向間隙就建立了環形磁場，當可動部件在磁場中運動時就產生了與其運動速度成比例的阻尼力。通過控制線圈中的電流，就可以方便地改變作用在可動部件上的阻尼力，達到減少轉子系統的振動，提高轉子系統穩定性的目的。該電渦流阻尼裝置結構簡單、使用方便、控制簡單，可廣泛用于各類旋轉機械轉子系統中。
文檔編號H02K49/00GK2738466SQ20042010971
公開日2005年11月2日 申請日期2004年11月4日 優先權日2004年11月4日
發明者祝長生 申請人:浙江大學