专利名称：旋转构件的平衡装置以及相关方法
技术领域：
本发明总体上涉及振动控制和发电/电力传输领域。更特别地，本发明涉及一种用来平衡诸如旋转轴等的旋转构件的平衡装置，从而旋转构件可以被平衡而不需要将旋转构件从其所在的操作环境或系统中取出。
背景技术：
通常，围绕一个轴线旋转的旋转构件必需被精确平衡以正确运转。如果这种旋转构件以不平衡的状态运行任何给定的时间周期，随着旋转构件的旋转，将产生不平衡作用力，这将负面影响旋转构件本身以及其所在的操作环境或系统的运行。因此，在将旋转构件安装到操作环境或系统内之前，优选地将旋转构件平衡。通常，仅当旋转构件的操作环境或系统效能下降时才再平衡旋转构件并且必须拆卸并随后再组装。利用现有平衡装置的再平衡比较困难并且耗时，因为如上所述，必须把将被再平衡的旋转构件从从其所在的操作环境或系统中取出，这导致操作环境或系统的临时关闭。再平衡工作的困难和耗时的特性使得安装到操作环境或系统内之后定期再平衡的旋转构件的数量减小，降低了这些操作环境或系统的效率。
以上说明了存在于目前的用于旋转构件的平衡装置以及相关方法中的所知的局限。因此，显然提供一种用于克服这些局限的其他方案是有利的。因此，提供一种用于旋转构件的合适的可选平衡装置以及相关方法，其特征和过程将在下文全面加以说明。有利地，本发明的用于旋转构件的平衡装置可以平衡旋转构件而不需要将旋转构件从其所在的操作环境或系统中取出。本发明的用于旋转构件的平衡装置的一部分也可以选择性地从操作环境或系统中取出。

发明内容
在各个实施例中，本发明提供一种用来平衡诸如旋转轴等的旋转构件的平衡装置，从而旋转构件可以被平衡而不需要将旋转构件从其所在的操作环境或系统中取出。
在本发明的一个实施例中，平衡装置包括一个连接于具有一个轴线的旋转构件的可转位(positionable)元件，其中可转位元件具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置。平衡装置还包括一个致动装置，它设置在距可转位元件一定距离处，其中致动装置用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置，从而平衡旋转构件。
在本发明的另一个实施例中，平衡装置包括一个连接于具有一个轴线的旋转构件的可转位元件，其中可转位元件具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置。平衡装置还包括一个致动装置，它设置在距可转位元件一定距离处，其中致动装置用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置，从而平衡旋转构件。致动装置进一步用于确定在任何给定时间时可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
在本发明的又一个实施例中，发电/电力传输系统包括具有一个轴线的旋转构件。该发电/电力传输系统还包括一个连接于旋转构件的可转位元件，其中可转位元件具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置。发电/电力传输系统进一步包括一个致动装置，它设置在距可转位元件一定距离处，其中致动装置用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置，从而平衡旋转构件。
在本发明的再一个实施例中，用于平衡具有一个轴线的旋转构件的方法包括将一个可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置，其中该可转位元件具有基本上恒定的质量。该方法还包括将一个致动装置设置在距可转位元件一定距离处，其中致动装置用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。该方法进一步包括利用致动装置选择性地产生力。该方法进一步包括将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置，从而平衡旋转构件。


利用以下的附图来说明本发明的用于旋转构件的平衡装置的各个方面和实施例。在各个附图中，在可能的情况下相同的部件用相同的标号指代。
图1是示意图，表示本发明的用于旋转构件的平衡装置的概括性结构和操作原理；图2是本发明的用于旋转构件的平衡装置的一个实施例的横截面端视图，重点显示旋转构件、可转位元件、以及致动装置；图3是本发明的用于旋转构件的平衡装置的另一个端视图，重点显示旋转构件和致动装置；图4是本发明的用于旋转构件的平衡装置的另一个实施例的横截面侧视图，重点显示旋转构件、多个可转位元件和相关的保持结构、以及致动装置；图5是示意图，表示本发明的用于旋转构件的平衡装置的一个实施例；
图6是本发明的用于旋转构件的平衡装置的另一个实施例的端视图，重点显示旋转构件、另一种可转位元件、以及致动装置；以及图7是流程图，表示本发明的用于平衡具有一个轴线的旋转构件的方法的一个实施例。
具体实施例方式
图1-6表示可以在将旋转构件安装到操作环境或系统之前和/或之后用来平衡旋转构件的平衡装置。也就是说，利用本发明的平衡装置，不需要将旋转构件从其所在的操作环境或系统中取出以便有效地平衡。图7表示用于平衡具有一个轴线的旋转构件的相关的方法。为了说明本发明的优选实施例的目的，旋转构件可以包括一个旋转轴或类似物，例如传动轴，并且操作环境或系统可以包括车辆、发电/电力传输系统、等等。
参见图1，在本发明的表示其操作原理的一个概括性实施例中，用于平衡具有一个轴线(未示出)的旋转构件12的平衡装置10包括一个连接于旋转构件12的可转位元件14。优选地，可转位元件14具有基本上恒定的质量。最初，可转位元件14设置在围绕旋转构件12的轴线第一位置14′。致动装置16设置在距可转位元件14一定距离处。优选地，致动装置16用于选择性地产生力。该力用于通过吸引/排斥将可转位元件14围绕旋转构件12的轴线从第一位置14′移动到第二位置14″。可转位元件14可以设置在旋转构件12内部或者可选地设置在旋转构件12外部。
应当指出的是可转位元件14的第一位置14′和可转位元件14的第二位置14″可以在图1中扩大。另外，可转位元件14的第一位置14′和可转位元件14的第二位置14″的每个相对于轴线与旋转构件12的一部分呈基本上固定的关系。因此，可转位元件14的第一位置14′和可转位元件14的第二位置14″实质上与旋转构件12协调地围绕轴线旋转。
可转位元件14可以包括磁性材料、导电材料、或者可选地磁性材料和导电材料的组合。在使用磁性材料的情况下，由致动装置16产生的力优选地包括用于将可转位元件14围绕旋转构件12的轴线从第一位置14′移动到第二位置14″的磁力。在使用导电材料的情况下，由致动装置16产生的力优选地包括用于将可转位元件14围绕旋转构件12的轴线从第一位置14′移动到第二位置14″的由涡电流产生的力。因此，致动装置16可以包括永久磁铁、电磁铁等。
可选地，平衡装置10也可以包括一个或多个接合于可转位元件14的摩擦元件18。摩擦元件18用于阻止可转位元件14围绕旋转构件12的轴线从第一位置14′向第二位置14″的移动。可选地，平衡装置10可以包括一个或多个接合于可转位元件14的磁性制动件20，其中磁性制动件20也用于阻止可转位元件14围绕旋转构件12的轴线从第一位置14′向第二位置14″的移动。应当指出的是，尽管图1表示出一个可转位元件14，但是可以采用多个可转位元件14以及相应的结构，如这里所述的其他实施例。
可选地，致动装置16还用于确定可转位元件14围绕旋转构件12的轴线的位置并且用做或者包括一个传感装置22。有利地，致动装置16可以选择性地从平衡装置10拆除。
参照图2，在本发明的一个示意性实施例中，旋转构件12可以包括由诸如铝、塑料等的非磁性材料制成的任何合适的构件。旋转构件12可以沿其整个长度中空，或者它可以基本上中空，沿旋转构件12的长度设置有位于空间分隔开的位置上的空腔或穴囊。为了说明本发明的该示意性实施例，旋转构件12通常限定了至少一个空腔24，用于接纳一个或多个可以在空腔24内再定位的可转位元件14(图2中表示出一个可转位元件14)。参照图4，本发明的平衡装置10包括两个可以围绕旋转构件12的轴线26旋转的可转位元件14。诸如螺栓件28等可以限定轴线26并且可以约束可转位元件14。可转位元件14，有时也称为“转子”，可以基本上是楔形或扇形的。但是，应当理解，具有任何合适的不平衡形状的任何合适数量的可转位元件14可以设置在空腔24内并用于有效地平衡旋转构件12。例如，在本发明的另一个实施例中，可转位元件14可以基本上是圆盘形的，在可转位元件14内或其表面上以不对称的方式设置有多个孔、凹坑等。参见图6，在本发明的另一个实施例中，可转位元件14可以包括一个或多个设置在位于旋转构件12内部或外部的导槽内并在其中移动的基本为圆盘形的结构。可以通过一个或多个摩擦元件、磁性制动件、齿轮等等向基本为圆盘形的结构提供阻力。可转位元件14可以由任何合适的磁性材料或导电材料制成，例如钢等。螺栓件28可以由用可转位元件14支撑的常规轴承件30(图2)等支撑。螺栓件28例如可以是本领域公知的台阶螺栓/锁紧螺母组合等。在本发明的包含设置在旋转构件12外侧的可转位元件14的示意性实施例中，可以采用开口环结构。
可选地，多个包含设置于或设置在旋转构件12外侧的隔壁或间隔件的隔板32将可转位元件14分隔开并且限定适于容纳可转位元件14的子空腔34。隔板32可以由诸如铝、塑料等的任何合适的非磁性材料制成。可选地，可以在隔板32和可转位元件14之间设置多个弹性件36，用于提供合适的阻力以防止可转位元件14围绕轴线26的不希望的移动。可选地，一个或多个磁性制动件可以实现同样的目的。以此方式，仅当由致动装置16提供了磁场并且致动装置16向可转位元件14提供了力的时候可转位元件14才可以再定位。
参照图3，在本发明的另一个示意性实施例中，致动装置16可以包括多个磁场发生器38，每个磁场发生器例如包括基本为U形的磁芯40，它嵌套在围绕磁芯40的至少一部分的外部线圈42内。每个磁芯40的端部优选地径向向内指向旋转构件12和可转位元件14。如图4和5所示，磁场发生器38可以以大约60度的角距离或者任何其他合适的角距离隔开。磁芯40和线圈42可以由常规的台架或固定器支撑，或者可以直接连接于操作环境或系统内的框架件。附图中没有表示出台架、固定器以及框架，因为它们不构成本发明的一个必需部分。
使用时，电控信号间歇地激励可以是磁铁线圈的线圈42。由磁性材料制成的磁芯40将磁力线导向可转位元件14以便将可转位元件14吸引到致动装置16，或者可选地将可转位元件排斥离开致动装置16。电控信号由电源装置(未示出)通过多隔电连接于线圈42的电线和/或接头提供。
现在将说明本发明的用于旋转构件的平衡装置10的操作。在校正旋转构件12的不平衡时，隔开磁场发生器38的距离可以在大约0度和大约180度之间变化。任何不平衡的幅度和相位可以通过调整可转位元件相互之间的相位来进行调整。应当指出，隔开磁场发生器38的距离并不必然地确定不平衡的幅度，而是用来隔开各个可转位元件14的致动装置16。旋转构件12的不平衡和/或可转位元件14的位置可以由一个或多个常规的传感器检测，例如一个或多个位移探测器、速度探测器、振动加速计、和/或用于获得定时信号的霍耳效应传感器，或者可选地利用致动装置16本身检测。根据所检测到的不平衡，一个算法确定校正所检测到的不平衡所需的可转位元件的隔开角度。电控信号按照一系列脉冲的形式传输到一个或两个线圈42，根据需要以所需的距离隔开可转位元件14。这样，可以不连续地提供磁场。所提供的磁场具有足够的大小以克服由一个或多个摩擦元件18或磁性制动件20所产生的阻力。一旦可转位元件14按照需要再定位之后，旋转构件12被平衡。本发明的平衡方法可以在旋转构件12安装到操作环境或系统内之前或之后实施。可选地，如上所述，可转位元件14的吸引/排斥可以通过向可转位元件14提供涡电流感应而实现。图7总结了本发明的用于平衡具有轴线的旋转构件的方法。
显然根据本发明的装置和方法提供了用于旋转构件的平衡装置。尽管参照本发明的优选实施例和示例说明了本发明的装置和方法，但是其他实施例和示例也可以实现类似的功能和/或获得类似的结果。所有这些等同的实施例和示例都在本发明的实质和范围之内并且由以下的权利要求涵盖。
权利要求
1.一种平衡装置(10)，包括一个连接于具有一个轴线(26)的旋转构件(12)的可转位元件(14)，其中可转位元件(14)具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件(14)设置在围绕旋转构件(12)的轴线(26)的第一位置(14′)；以及一个致动装置(16)，它设置在距可转位元件(14)一定距离处，其中致动装置(16)用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)。
2.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件内部。
3.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件外部。
4.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件包括磁性材料。
5.如权利要求4所述的平衡装置，其特征在于，由致动装置产生的力包括磁力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
6.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件包括导电材料。
7.如权利要求6所述的平衡装置，其特征在于，由致动装置产生的力包括由涡电流产生的力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
8.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件包括磁性材料和导电材料。
9.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，致动装置包括永久磁铁。
10.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，致动装置包括电磁铁。
11.如权利要求1所述的平衡装置，还包括一个接合于可转位元件的摩擦元件(36)，其中该摩擦元件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
12.如权利要求1所述的平衡装置，还包括一个接合于可转位元件的磁性制动件，其中该磁性制动件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
13.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，致动装置进一步用于确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
14.如权利要求13所述的平衡装置，其特征在于，致动装置通过测定电磁反力来确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
15.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于，致动装置可以选择性地从平衡装置拆除。
16.一种平衡装置(10)，包括一个连接于具有一个轴线(26)的旋转构件(12)的可转位元件(14)，其中可转位元件(14)具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件(14)设置在围绕旋转构件(12)的轴线(26)的第一位置(14′)；以及一个致动装置(16)，它设置在距可转位元件(14)一定距离处，其中致动装置(16)用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)；并且其中致动装置(16)进一步用于确定可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)的位置。
17.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件内部。
18.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件外部。
19.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件包括磁性材料。
20.如权利要求19所述的平衡装置，其特征在于，由致动装置产生的力包括磁力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
21.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，可转位元件包括导电材料。
22.如权利要求21所述的平衡装置，其特征在于，由致动装置产生的力包括由涡电流产生的力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
23.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，致动装置包括永久磁铁。
24.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，致动装置包括电磁铁。
25.如权利要求16所述的平衡装置，还包括一个接合于可转位元件的摩擦元件(36)，其中该摩擦元件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
26.如权利要求16所述的平衡装置，还包括一个接合于可转位元件的磁性制动件，其中该磁性制动件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
27.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，致动装置通过测定电磁反力来确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
28.如权利要求16所述的平衡装置，其特征在于，致动装置可以选择性地从平衡装置拆除。
29.一种发电/电力传输系统，包括具有一个轴线(26)的旋转构件(12)；一个连接于旋转构件(12)的可转位元件(14)，其中可转位元件(14)具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件(14)设置在围绕旋转构件(12)的轴线(26)的第一位置(14′)；以及一个致动装置(16)，它设置在距可转位元件(16)一定距离处，其中致动装置(16)用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)。
30.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件内部。
31.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，可转位元件设置在旋转构件外部。
32.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，可转位元件包括磁性材料。
33.如权利要求32所述的发电/电力传输系统，其特征在于，由致动装置产生的力包括磁力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
34.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，可转位元件包括导电材料。
35.如权利要求34所述的发电/电力传输系统，其特征在于，由致动装置产生的力包括由涡电流产生的力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
36.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，致动装置包括永久磁铁。
37.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，致动装置包括电磁铁。
38.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，还包括一个接合于可转位元件的摩擦元件(36)，其中该摩擦元件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
39.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，还包括一个接合于可转位元件的磁性制动件，其中该磁性制动件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
40.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，致动装置进一步用于确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
41.如权利要求40所述的发电/电力传输系统，其特征在于，致动装置通过测定电磁反力来确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
42.如权利要求29所述的发电/电力传输系统，其特征在于，致动装置可以选择性地从发电/电力传输系统拆除。
43.一种用于平衡具有一个轴线(26)的旋转构件(12)的方法，该方法包括将一个可转位元件(14)设置在围绕旋转构件(12)的轴线(26)的第一位置(14′)，其中该可转位元件(14)具有基本上恒定的质量；将一个致动装置(16)设置在距可转位元件(14)一定距离处，其中致动装置(16)用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)；利用致动装置(16)选择性地产生力；以及将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，将可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置包括将可转位元件设置在旋转构件内部。
45.如权利要求43所述的方法，其特征在于，将可转位元件设置在围绕旋转构件的轴线的第一位置包括将可转位元件设置在旋转构件外部。
46.如权利要求43所述的方法，其特征在于，可转位元件包括磁性材料。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，利用致动装置选择性地产生力包括选择性地产生磁力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
48.如权利要求43所述的方法，其特征在于，可转位元件包括导电材料。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，利用致动装置选择性地产生力包括选择性地产生由涡电流产生的力，用于将可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置移动到第二位置。
50.如权利要求43所述的方法，其特征在于，致动装置包括永久磁铁。
51.如权利要求43所述的方法，其特征在于，致动装置包括电磁铁。
52.如权利要求43所述的方法，还包括提供一个接合于可转位元件的摩擦元件(36)，其中该摩擦元件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
53.如权利要求43所述的方法，还包括提供一个接合于可转位元件的磁性制动件，其中该磁性制动件用于阻止可转位元件围绕旋转构件的轴线从第一位置向第二位置的移动。
54.如权利要求43所述的方法，其特征在于，进一步包括确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置包括通过测定电磁反力来确定可转位元件围绕旋转构件的轴线的位置。
56.如权利要求43所述的方法，其特征在于，进一步包括选择性地拆除致动装置。
全文摘要
一种平衡装置(10)，包括一个连接于具有一个轴线(26)的旋转构件(12)的可转位元件(14)，其中可转位元件(14)具有基本上恒定的质量，并且其中可转位元件(14)设置在围绕旋转构件(12)的轴线(26)的第一位置(14′)。平衡装置(10)还包括一个致动装置(16)，它设置在距可转位元件(14)一定距离处，其中致动装置(16)用于选择性地产生力，并且该力用于将可转位元件(14)围绕旋转构件(12)的轴线(26)从第一位置(14′)移动到第二位置(14″)，从而平衡旋转构件(12)。
文档编号G01M1/36GK1602418SQ02822674
公开日2005年3月30日 申请日期2002年11月13日 优先权日2001年11月14日
发明者拉塞尔·E·阿尔铁里, 托马斯·E·舒尔特, 杰弗里·夏普, 布莱恩·K·哈克特 申请人:洛德公司