一种转子轴向力的控制装置和系统的制作方法

本公开涉及发动机，尤其涉及一种转子轴向力的控制装置和系统。

背景技术：

1、航空发动机转子轴向力最后作用于轴承上，滚珠轴承是航空发动机的重要部件，其可靠性至关重要。作用在滚珠轴承上的转子轴向力不能超过最大设计值、也不得低于最小限值，以避免轴承过度磨损和轴承滑动、撞击损伤等。因此，对轴承轴向力进行准确计算并设置合理可靠的转子轴向力调节手段对于增强航空发动机可靠性尤为重要。

2、航空发动机工况复杂多变，被动式轴向力调节系统难以满足全包线需求，在兼顾航空发动机效率、重量的前提下实现轴承轴向力的主动调节，并具备优秀的响应速度、良好的跟随性甚至一定的预测能力就显得尤为迫切。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种转子轴向力的控制装置和系统，用于在不改变发动机主题结构的情况下，主动控制转子轴向力，以保证轴承等部件能够稳定高效工作，从而延长航空发动机整体使用寿命。

2、根据本公开的一方面，提供了一种转子轴向力的控制装置，所述转子轴向力的控制装置包括：控制组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，所述线圈组件设在所述发动机轴上，所述线圈组件用于产生控制转子轴向电磁力；

3、所述转速传感器的信号接收端与所述发动机轴的信号输出端信号连接，所述电流传感器的信号接收端与所述线圈组件的信号输出端信号连接，所述转速传感器的信号输出端和所述电流传感器的信号输出端均与所述控制组件的信号接收端信号连接；

4、所述控制组件用于在转子运行过程中获取所述发动机轴的转速信号和所述线圈组件的电流信号，基于所述发动机轴的转速信号确定当前轴向力，基于所述线圈组件的电流信号确定当前轴向电磁力的控制参数，基于所述当前轴向力和预设轴向力确定目标轴向电磁力的控制参数；

5、所述控制组件的信号输出端与所述线圈组件的信号接收端信号连接，所述控制组件还用于若所述当前轴向电磁力的控制参数不满足所述目标轴向电磁力的控制参数，基于所述目标轴向电磁力的控制参数和所述当前轴向电磁力的控制参数调整所述线圈组件的电磁控制参数，所述电磁控制参数用于控制所述线圈组件产生的当前轴向电磁力。

6、根据本公开的另一方面，提供了一种转子轴向力的控制系统，其特征在于，包括发动机轴、轴承、导磁组件以及转子轴向力的控制装置，所述转子轴向力的控制装置为本公开示例性实施例所述的装置，所述轴承和所述导磁组件均设在所述发动机轴上，所述转子轴向力的控制装置包括的线圈组件设在所述导磁组件上。

7、本公开示例性实施例中提供的一个或多个技术方案，轴承套设在发动机轴上，转子轴向力的控制装置包括：控制组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，线圈组件设在发动机轴上，线圈组件用于在转子运行过程中产生控制转子轴向力的轴向电磁力。转速传感器的信号接收端与发动机轴的信号输出端信号连接，使得转速传感器可以用于在转子运行过程中采集发动机轴的转速信号；电流传感器的信号接收端与线圈组件的信号输出端信号连接，使得电流传感器可以用于在转子运行过程中采集线圈组件的电流信号。转速传感器的信号输出端和电流传感器的信号输出端均与控制组件的信号接收端信号连接，使得控制组件可以在转子运行过程中获取来自转速传感器的发动机轴的转速信号和来自电流传感器的线圈组件的电流信号。然后控制组件可以用于基于发动机轴的转速信号确定当前轴向力，基于线圈组件的电流信号确定当前轴向电磁力的控制参数，基于当前轴向力和预设轴向力确定目标轴向电磁力的控制参数。也就是说，在转子运行过程中转子轴向力可以包括当前轴向力和当前轴向电磁力，因此，可以利用控制组件控制线圈组件产生的当前轴向电磁力来控制转子轴向力。

8、基于此，控制组件的信号输出端与线圈组件的信号接收端信号连接，控制组件还可以用于若当前转子电磁力的控制参数不满足目标轴向电磁力的控制参数，基于目标轴向电磁力的控制参数和当前轴向电磁力的控制参数调整线圈组件的电磁控制参数，通过控制组件控制线圈组件产生的当前轴向电磁力，利用可调整的当前轴向电磁力控制转子轴向力，使得转子轴向力能够满足预设轴向力，在不改变发动机主体结构的情况下实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。

技术特征：

1.一种转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述转子轴向力的控制装置包括：控制组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，所述线圈组件设在所述发动机轴上，所述线圈组件用于产生控制转子轴向力的轴向电磁力；

2.根据权利要求1所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述目标轴向电磁力满足f’＝f-fz，其中，f’表示所述目标轴向电磁力，f表示所述当前轴向力，fz表示所述当前工况下的预设轴向力。

3.根据权利要求1所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述线圈组件包括旋转线圈和静态线圈，所述控制组件包括控制器、电磁换向器以及变压调节器；

4.根据权利要求3所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述控制参数包括方向控制参数，所述电磁控制参数包括所述旋转线圈的电流方向参数；

5.根据权利要求3所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述控制参数包括强度控制参数，所述电磁控制参数包括所述静态线圈的输入电压参数；

6.根据权利要求5所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述控制器还用于基于所述目标轴向电磁力的强度控制参数和所述当前轴向电磁力的强度控制参数确定电压占空比参数，基于所述电压占空比参数调整所述静态线圈的输入电压参数。

7.根据权利要求3所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述电磁换向器包括壳体、导电组件以及与所述控制器的信号输出端信号连接的电磁驱动件，所述壳体内具有第一限位空间和第二限位空间，所述电磁驱动件设在所述第一限位空间，所述导电组件设在所述第二限位空间；

8.根据权利要求7所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述电磁控制参数包括所述旋转线圈的电流方向参数，所述电磁换向器用于若所述旋转线圈的电流方向参数定义的电流方向为正方向，基于所述旋转线圈的电流方向参数控制所述电磁驱动件驱动所述导电组件与所述正方向电极对接触；

9.根据权利要求3～8任一项所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述转子轴向力的控制装置还包括导磁安装件，用于安装在所述发动机轴上，所述旋转线圈包括第一套筒以及绕设在所述第一套筒上的第一线圈，所述第一套筒固定在所述导磁安装件上；所述静态线圈包括第二套筒以及绕设在所述第二套筒上的第二线圈，所述第二套筒转动套设在所述导磁安装件上。

10.根据权利要求9所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述转子轴向力的控制装置还包括：电源模组和引电器，所述电源模组的电源输出端与所述电磁换向器的电源输入端电连接，所述电磁换向器的电源输出端通过所述引电器与所述旋转线圈电连接，所述电源模组还通过所述变压调节器与所述静态线圈电连接。

11.一种转子轴向力的控制系统，其特征在于，包括发动机轴、轴承以及转子轴向力的控制装置，所述转子轴向力的控制装置为权利要求1～10任一项所述的转子轴向力的控制装置，所述轴承设在所述发动机轴上，所述转子轴向力的控制装置包括的线圈组件设在所述发动机轴上。

12.根据权利要求11所述的转子轴向力的控制系统，其特征在于，所述转子承轴向力的控制装置为权利要求10所述的转子轴向力的控制装置，所述转子轴向力的控制系统还包括：发动机壳、第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构设在所述发动机壳的内壁，所述旋转线圈通过所述引电器与所述第一支撑结构背离所述发动机壳的表面转动连接；

技术总结
本公开提供一种转子轴向力的控制装置和系统，所述装置包括：控制组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，轴承和线圈组件套设在发动机轴上，转速传感器的信号输出端和电流传感器的信号输出端均与控制组件的信号接收端信号连接，控制组件的信号输出端与线圈组件的信号接收端信号连接；控制组件用于基于发动机轴的转速信号确定的当前轴向力和预设轴向力确定目标轴向电磁力的控制参数，若基于线圈组件的电流信号确定的当前轴向电磁力的控制参数不满足目标轴向电磁力的控制参数，调整线圈组件的电磁控制参数。本公开提供的装置可以通过控制组件控制线圈组件产生的当前轴向电磁力，进而实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。

技术研发人员：孙超,张建超,任浩亮
受保护的技术使用者：中国航空发动机研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14