一種高速電機轉子支撐新方法技術

一種利用超聲波振動的電機轉子無接觸支撐方法。電機轉子3的左、右兩端各套接一個帶有錐面的軸瓦2，而軸瓦2分別各與一個超聲波換能器1相連接，其中軸瓦2的內錐面與超聲換能器1的外錐面相配合。則當超聲換能器1處于超聲振動狀態時，其外錐面處即產生懸浮能力，并通過與軸承瓦2的內錐面的相互作用，將懸浮力傳遞給電機轉子3，則電機轉子3在兩側懸浮力擠壓作用下被懸浮起來，達到了無接觸支撐電機轉子3的目的。此時電機轉子3與定子4之間處于有間隙而無摩擦狀態，因而可實現大轉速旋轉。本發明專利技術的優點在于：超聲波懸浮支撐系統結構簡單、控制容易、穩定性好。超聲波懸浮過程與電機之間無電磁耦合，因而不會對電機的旋轉磁場產生任何影響，是現有氣浮、液浮或磁懸浮之外的又一種高速電機轉子非接觸支撐新方法。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于一種電機轉子的懸浮支撐方法，具體涉及一種利用超聲波振動的電機轉子無接觸支撐方法。
技術介紹
高速電機廣泛應用于諸如高速機床、渦輪分子泵、高速離心機、精密陀螺儀、飛輪貯能等工業領域，近年更是成功應用于小衛星系統中的飛輪儲能/姿態裝置，顯示出它日益重要而廣闊的應用前景。傳統高速電機的轉子由兩個機械軸承來支撐，摩擦與磨損大、壽命低、可靠性差，還產生嚴重的機械振動和噪聲。目前解決這些問題的方法是采用無接觸的氣浮、液浮或磁懸浮軸承，可基本實現低摩擦或無摩擦運轉，使電機轉速提高到了 50000r/min以上的水平。但隨之也帶來了系統結構復雜、能耗大、效率低、體積龐大和控制系統復雜的問題，嚴重制約著高速電機的進一步發展和應用。 物體進行超聲波振動時其表面具有減摩和懸浮能力的現象，已被相關理論和大量實驗所證實，國內外均發表了大量論文，并陸續有一些專利開始出現。本專利技術提出將這種超聲波懸浮能力用作于對高速電機轉子的支撐，并實現對電機轉子的自動對中，是現有氣浮、液浮或磁懸浮之外的又一種高速電機轉子非接觸支撐新方法。
技術實現思路
本專利技術提供一種利用超聲波振動的電機轉子的無接觸支撐方法，由此為現有接觸摩擦軸承存在的摩擦與磨損大、振動和噪聲嚴重問題，以及無接觸軸承存在的體積大、效率低、結構復雜等問題找到一個替代解決辦法。本專利技術的超聲波懸浮支撐方式可以用圖I來說明。圖I中電機轉子3的左、右兩端各套接一個帶有錐面的軸瓦2，而軸瓦2分別各與一個超聲波換能器I相連接。其中軸瓦2的內錐面201 (圖2)與超聲換能器I的外錐面106 (圖3)相配合。則當超聲換能器I處于超聲振動狀態時在其外錐面106處即產生懸浮能力，并通過與軸承瓦2的內錐面201的相互作用，將懸浮力傳遞給電機轉子3。由于左右各有一套超聲換能器I在作用，則電機轉子3在兩側懸浮力擠壓作用下被懸浮起來，達到了無接觸支撐電機轉子的目的。此時電機轉子與定子4之間處于有間隙而無摩擦狀態，因而可實現大轉速旋轉。超聲換能器I可以由朗之萬振子構成，其基本結構為(圖3):前端塊105、壓電陶瓷103和后端塊102經由緊固螺釘101緊固在一起。安裝連接板104用于固定朗之萬振子。當給壓電陶瓷103施加滿足共振要求的高頻(通常大于IOkHz)交變電信號時，在前端塊105的外錐面的表面106處即可形成超聲波振動。朗之萬振子是一種常用的高頻機械振動(通常大于20kHz)形成機構，它還有圖3以外的其它多種結構與形成方法。超聲換能器I也可以為適于提供高頻振動(一般應為超聲波以上頻率)的其他振子，如壓電疊堆、雙晶片振子等。其目的都是在外錐面的表面106處產生懸浮能力。電機轉子3左、右兩端使用的軸瓦2及與之配合的超聲換能器1，其接觸面必須為錐形面的原因是，根據力的傳遞原理可知，錐形面可以保證將接受的單一方向的力(如軸向)分解為兩個方向的力，即同時產生原有方向及與原有方向垂直的方向的力。在這二個方向力的作用下，電機轉子才能既在軸向保持平衡(無軸向移動)，也能在徑向受力而獲得懸浮支撐。本專利技術的電機轉子3與軸瓦2錐形面分解后形成的兩個方向力的各自大小，與錐形面的角度a相關。在不計摩擦力影響情況下，錐形面角度a為45°時，兩個方向的力大小一致。根據電機轉子的重量與轉速要求，一般錐形面的角度a可為15° 75°之間。此外內錐面與外錐面在傳遞力的作用上是相同的，所以超聲換能器I與軸瓦2的接觸面可以互為內、外錐面，但必須滿足配合要求。即當軸瓦2的接觸面為內錐面(或外錐面)時，與之配合的超聲換能器I的接觸面則應為外錐面(或內錐面)，兩者錐面角度相同、配合面接觸良好。本專利技術的優點在于超聲波懸浮系統結構簡單、控制容易、穩定性好。超聲波懸浮過程與電機之間無電磁耦合，因而不會對電機的旋轉磁場產生影響；此外可方便地實現轉子自動調心作用，抗徑向干擾能力強，控制電路也較為簡單。超聲波懸浮支撐的電機系統技 術，在降低高速電機重量、提高壽命和可靠性、減少輸出轉矩波動、降低控制系統復雜性等方面具有一定優勢。附圖說明圖I是本專利技術的結構示意圖；圖2是本專利技術的軸瓦結構示意圖；圖3是本專利技術采用的超聲換能器的一種-朗之萬振子結構示意圖；圖4是本專利技術的實施方式之一的結構示意圖；I-超聲換能器，2-軸瓦,3-電機轉子,4-電機定子,5-超聲換能器固定座,6-電機外殼，7-電機固定座,8-電機繞組,9-超聲波信號發生器,101-緊固螺釘,102-后端塊，103-壓電陶瓷，104-安裝連接板，105-前端塊，106-超聲換能器錐面，201-軸瓦錐面，a_錐面角度具體實施例方式以下結合附圖4給出的實施例對本專利技術結構及原理作進一步詳細描述。圖4是一個以朗之萬振子作為超聲換能器的電機轉子的無接觸支撐方法結構示意圖。其中電機轉子3的左、右兩端各套接一個帶有錐面的軸瓦2，而軸瓦2分別各與一個朗之萬振子相連接，其中軸瓦2的內錐面201 (圖2)與朗之萬振子的外錐面106 (圖3)相配合并需保有一定的間隙。朗之萬振子I通過將安裝連接板104與超聲換能器固定座5連接而固定，電機通過與電機固定座7連接而固定；而調整超聲換能器固定座5與電機固定座7之間的相互位置與安裝關系，即可獲得電機繞組8 (電機定子4)內徑與電機轉子外徑之間的合理間隙、以及軸瓦2與朗之萬振子I接觸面之間的合理間隙。在高速電機工作之前，先將超聲波信號發生器9打開并將其產生的高頻信號施加給朗之萬振子1，調整超聲波信號發生器9的頻率使之滿足朗之萬振子的共振要求，則朗之萬振子處于諧振狀態并在外錐面106處形成懸浮能力，當左、右各一套朗之萬振子同時工作且均處于諧振狀態時，電機轉子就在軸瓦2內錐面傳遞過來的兩側懸浮力擠壓作用下懸浮起來，此時即可打開電機電源使電機高速工作。由于此時電機轉子與定子之間處于懸浮的無摩擦狀態，因而可實現大轉速旋轉。·本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用超聲波振動的電機轉子無接觸支撐方法。其特征在于：電機轉子3的左、右兩端各套接一個軸瓦2并各與一個超聲換能器1相連接，其中軸瓦2與超聲換能器1的連接接觸面為相互配合的錐形面。

【技術特征摘要】
1.一種利用超聲波振動的電機轉子無接觸支撐方法。其特征在于電機轉子3的左、右兩端各套接一個軸瓦2并各與一個超聲換能器I相連接，其中軸瓦2與超聲換能器I的連接接觸面為相互配合的錐形面。2.根據權利要求I所述的一種利用超聲波振動的電機轉子無接觸支撐方法，其特征在于超聲換能器I可以由朗之萬振子構成，也可以由適于提供高頻振動(一般應為超聲波以上頻率)的其他振子-壓電疊堆與雙晶片振子構成。3.根據權利要求I所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王洪臣，楊志剛，康曉濤，劉磊，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：