一种转子轴向力的控制装置和系统的制作方法

1.本公开涉及发动机技术领域，尤其涉及一种转子轴向力的控制装置和系统。


背景技术：

2.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。
3.目前，接触式轴向力电磁调节系统能够有效满足航空发动机轴向力主动调节需求，但不可避免的存在定子和转子间的电传导。且由于航空发动机转速高，内部工作环境恶劣多变，引电器的可靠性和耐久性问题成为了一大挑战。


技术实现要素：

4.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，用于在发电组件供电的情况下，主动控制转子轴向力，以保证轴承能够稳定高效工作，从而延长轴承的使用寿命。
5.根据本公开的一方面，提供了一种转子轴向力的控制装置，所述轴承套设在发动机轴上，所述转子轴向力的控制装置包括：控制组件、发电组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，所述发电组件和所述线圈组件均设在所述发动机轴上，所述线圈组件用于在所述发电组件供电的情况下产生控制转子轴向力的轴向电磁力；
6.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；
7.所述控制组件用于在发动机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；
8.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所述线圈组件产生的轴向电磁力。
9.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，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本公开示例性实施例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发电组件和线圈组件设在所述发动机轴上。
10.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、发电组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，发电组件和线圈组件设在发动机轴上，线圈组件用于在在发电组件供电的情况下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，在轴承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。
11.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，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，在发电组件的作用下实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。
附图说明
12.在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本公开的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
13.图1示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置的示意性框图；
14.图2示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置的局部结构示意图；
15.图3示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制系统的结构示意图。
16.附图标记：
17.110-控制组件，111-控制器，112-变压调节器，120-线圈组件，121-旋转线圈，122-静态线圈，130-转速传感器，140-电流传感器，210-导磁安装件，220-旋转线圈，221-第一套筒，222-第一线圈，230-静态线圈，231-第二套筒，232-第二线圈，310-发动机轴，320-轴承，330-线圈组件，331-旋转线圈，332-静态线圈，340-发动机壳，350-第一支撑结构，360-第二支撑结构，370-发电组件，371-磁极结构。
具体实施方式
18.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
19.应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公
开的范围在此方面不受限制。
20.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
21.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
22.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
23.航空发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、高压涡轮及动力涡轮组成，其中，压气机与高压涡轮通过高压转子轴连接，由高压涡轮进行驱动，动力涡轮与负载通过低压转子轴连接，由动力涡轮进行驱动。在此过程中，压气机叶片与涡轮叶片均产生不同的轴向力，传动轴与轴承连接，最终使轴向力作用于轴承上。
24.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轴向力设计值、也不得低于最小轴承力限值，以避免轴承过度磨损和轴承滑动、撞击损伤等。因此，对转子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。
25.目前，转子轴向力调节方式有压气机转子和涡轮转子轴向力互抵、内腔结构优化、增设引气调节、强化轴承等方式，依然存在一定不足。例如，轴向力互抵和内腔结构优化等无法实现主动控制，在复杂工况条件下仍有一定的局限性；引气调节结构设计复杂且增加了整机重量，从主流道引气会降低发动机效率；强化轴承能够保证较优的可靠性，但设计困难，且被动承受过大轴向力需要的散热量较大，不利于实现良好发动机热管理。
26.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、重量的前提下实现转子轴向力的主动调节，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。
27.并且，现有技术中的轴向力电磁调节系统能够有效满足航空发动机轴向力主动调节需求，但不可避免的存在定子和转子间的电传导，由于航空发动机转速高，内部工作环境恶劣多变，引电器的可靠性和耐久性问题成为了一大挑战。
28.基于上述问题，本发明提供一种转子轴向力的控制装置和系统，可以在发电组件的作用下，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，实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。
29.在本公开提供的转子轴向力的控制装置中，轴承设在发动机轴上。图1示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置的示意性框图。如图1所示，本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置包括：控制组件110、发电组件150、线圈组件120、转速传感器130以及电流传感器140，发电组件150和线圈组件120设在发动机轴上，线圈组件120用于在发电组件供电的情况下产生控制转子轴向力的轴向电磁力。
30.转速传感器130的信号接收端与发动机轴的信号输出端信号连接，电流传感器140的信号接收端与线圈组件的信号输出端信号连接；转速传感器130的信号输出端和电流传感器140的信号输出端均与控制组件110的信号接收端信号连接。
31.具体实施时，上述转速传感器130可以用于在转子运行过程中实时采集发动机轴的转速信号，并通过转速传感器130的信号输出端与控制组件110的信号接收端进行通信，将该发动机轴的转速信号传输至控制组件110。电流传感器140可以用于在转子运行过程中实时采集线圈组件的电流信号，并通过电流传感器140的信号输出端与控制组件110的信号接收端进行通信，将该线圈组件的电流信号传输至控制组件110。
32.上述控制组件110可以用于在转子运行过程中获取发动机轴的转速信号和线圈组件的电流信号，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。
33.示例性的，上述控制组件110可以用于基于预先构建的关于转子的转速和轴向力的映射关系，确定与发动机轴的当前转速对应的当前轴向力，该映射关系可以基于转速和轴向力关系特性曲线确定，也可以基于转速和轴向力的函数关系确定，具体根据实际应用场景确定，此处不作具体限定。
34.上述预设轴向力的实质为轴承在当前工况下能够稳定高效工作所需的目标转子轴向力，其大小根据实际情况确定，此处不作具体限定。当当前轴向力与预设轴向力不匹配时，上述控制组件110可以用于基于当前轴向力与预设轴向力确定目标轴向电磁力的控制参数，使得当前轴向力在目标轴向电磁力的控制参数定义的目标轴向电磁力的作用下，能够满足预设轴向力的要求。
35.上述控制组件110的信号输出端与线圈组件120的信号接收端信号连接，控制组件110还可以用于若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，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，电磁控制参数用于控制线圈组件产生的当前轴向电磁力。
36.其中，当前轴向电磁力的控制参数与线圈组件的电磁控制参数有关，当线圈组件的电磁控制参数确定时，当前轴向电磁力的控制参数也随之确定。示例性的，控制组件可以用于判断当前轴向电磁力的控制参数与目标轴向电磁力的控制参数是否匹配，若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，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，以利用调整后的电磁控制参数调整线圈组件产生的当前轴向电磁力，进而利用可调整的当前轴向电磁力实现对转子轴向力的主动控制，使得转子轴向力可以始终满足预设轴向力的要求，轴承能够实时高效稳定工作，有效降低轴承部件的热负荷，延长轴承的使用寿命。
37.可见，本公开示例性实施例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，利用该当前轴向电磁力来控制转子轴向力，以使转子轴向力能够满足预设轴向力，在发电组件的作用下实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。
38.在一种可选的方式中，本公开示例性实施例的目标轴向电磁力可以满足f’＝f-fz，其中，f’表示目标轴向电磁力，f表示当前轴向力，fz表示预设轴向力。
39.上述目标轴向电磁力可以为具有方向的矢量参数，目标轴向电磁力的强度可以为
当前轴向力与预设轴向力的差值的绝对值，目标轴向电磁力的方向可以基于当前轴向力与预设轴向力的差值的正负性确定。
40.在一种可选的方式中，如图1所示，本公开示例性实施例的发电组件150包括发电线圈151、用于形成在发动机壳体的内壁上的磁极结构152以及整流器150，发电线圈151和整流器153绕设在发动机轴上，磁极结构152与发电线圈151相对，磁极结构152与发电线圈151之间存在气隙；
41.上述线圈组件120可以包括旋转线圈121和静态线圈122，发电组件150与旋转线圈121电连接，发电组件150、旋转线圈121和静态线圈122沿发动机轴的轴向方向依次分布，发电线圈151、整流器153和旋转线圈121沿发动机轴的轴向方向依次分布。上述磁极结构152可以是电磁铁，也可以是其它磁极材料，此处不作具体限定。
42.具体实施时，由于发电线圈151和整流器153绕设在发动机轴上，磁极结构152与发电线圈151之间存在气隙，因此，在轴承运行过程中，发电线圈151随发动机轴转动，发电线圈151切割磁场产生交变电动势，经整流器153后在旋转线圈121上产生感应电流，进而使得旋转线圈121和静态线圈122之间可以产生控制转子轴向力的轴向电磁力。
43.可见，本公开示例性实施例提供的转子轴向力的控制装置可以通过发电组件为旋转线圈供电，无需通过引电器向旋转线圈引入电流，因此，解决了现有技术中因发动机转速高、内部工作环境恶劣多变而导致的引电器的可靠性和耐久性问题。
44.在一种可选的方式中，如图1所示，本公开示例性实施例的控制组件110可以包括控制器111和变压调节器112，控制器111的信号接收端分别与转速传感器130的信号输出端和电流传感器140的信号输出端信号连接，电流传感器140的信号接收端与静态线圈122的信号输出端信号连接，控制器111的信号输出端与变压调节器112的信号接收端信号连接。
45.具体实施时，本公开示例性实施例可以通过控制器111的信号接收端分别与转速传感器130的信号输出端和电流传感器140的信号输出端通信，接收来自转速传感器130的发动机轴的转速信号和来自电流传感器140的静态线圈的电流信号，然后，控制器111还用于基于发动机轴的转速信号和静态线圈的电流信号确定线圈组件的电磁控制参数后，将线圈组件的电磁控制参数发送至变压调节器112。
46.示例性的，本公开示例性实施例的控制参数可以包括强度控制参数。当前轴向电磁力的强度控制参数可以基于静态线圈的电流强度确定，当前轴向电磁力的强度与静态线圈的电流强度呈正相关。静态线圈的电流强度越大，旋转线圈和静态线圈之间产生的当前轴向电磁力的强度越大；反之当前轴向电磁力的强度越小。
47.本公开示例性实施例中的当前轴向电磁力的计算公式可以表示为：
48.fc＝α*|f(ia，ib，ra，rb，la，lb，l
ab
，na，nb，μ)|；
49.其中，fc表示当前轴向电磁力，α表示当前轴向电磁力的方向控制参数，取值1或-1，当a取值为1时，当前轴向电磁力的方向控制参数定义的当前轴向电磁力的方向为正方向；当a取值为-1时，当前轴向电磁力的方向控制参数定义的当前轴向电磁力的方向为反方向。
50.|f(ia，ib，ra，rb，la，lb，l
ab
，na，nb，μ)|表示当前轴向电磁力的强度，当前轴向电磁力的强度可以基于ia、ib、ra、rb、la、lb、l
ab
、na、nb和μ的函数关系确定，ia表示静态线圈的电流强度，ib表示旋转线圈的电流强度，ra表示静态线圈的半径，rb表示旋转线圈的半径，la表示
静态线圈的宽度，lb表示旋转线圈的宽度，l
ab
表示静态线圈和旋转线圈的间距，na表示静态线圈的匝数，nb表示旋转线圈的匝数，μ表示等效磁导率。除ia为动态值外，其余自变量均为定值。ib可以通过控制器基于发动机轴的转速信号确定。
51.例如，上述控制组件可以用于基于预先构建的关于转子的转速和发电电压的映射关系，确定与发动机轴的当前转速对应的旋转线圈的发电电压，该映射关系可以基于转速和发电电压关系特性曲线确定，也可以基于转速和发电电压的函数关系确定，具体根据实际应用场景确定，此处不作具体限定。在确定旋转线圈的发电电压后，由于旋转线圈的电阻已知，此时，控制器还用于基于发电电压和电阻确定旋转线圈的电流强度。
52.在一种可选的方式中，本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置还可以包括直流电源(图中未示出)，变压调节器112的电源输入端与直流电源的电源输出端电连接，变压调节器112的电源输出端与静态线圈122电连接。
53.在具体实施时，进入静态线圈的电流首先要流经变压调节器，本公开示例性实施例的控制器可以通过控制变压调节器输入电压来控制来变压调节器中的电流强度，进而控制旋转线圈的电流强度。
54.在一种可选的方式中，本公开示例性实施例的控制参数可以包括强度控制参数，电磁控制参数可以包括静态线圈的输入电压参数，静态线圈的输入电压参数可以用于控制当前轴向电磁力的强度。此时，控制器111可以用于基于目标轴向电磁力的强度控制参数和当前轴向电磁力的强度控制参数调整静态线圈的输入电压参数，然后，通过控制器111的信号输出端与变压调节器112的信号接收端进行通信，控制器111将该静态线圈的输入电压参数传输至变压调节器112，变压调节器112可以用于基于静态线圈的输入电压参数控制静态线圈的输入电压。
55.若当前轴向电磁力的强度控制参数不满足目标轴向电磁力的强度控制参数，控制器111用于基于目标轴向电磁力的强度控制参数和当前轴向电磁力的强度控制参数，将静态线圈的输入电压参数调整为满足目标轴向电磁力的强度控制参数的输入电压参数，并将静态线圈的输入电压参数发送至变压调节器112，变压调节器112接收后基于该静态线圈的输入电压参数控制静态线圈的输入电压。此时，旋转线圈和静态线圈之间可以产生调整强度后的当前轴向电磁力，该调整强度后的当前轴向电磁力的强度满足目标轴向电磁力的强度，且该调整强度后的当前轴向电磁力能够用于抵消或增加一部分当前轴向力，以实现转子轴向力的主动控制。
56.在实际应用中，控制器111还可以用于基于目标轴向电磁力的强度控制参数和当前轴向电磁力的强度控制参数确定电压占空比参数，基于电压占空比参数调整静态线圈的输入电压参数。
57.上述电压占空比参数可以控制确定静态线圈的输入电压，控制器111可以用于基于当前轴向电磁力的强度控制参数和目标轴向电磁力的强度控制参数确定当前轴向电磁力的强度和目标轴向电磁力的强度的差值；若当前轴向电磁力的强度和目标轴向电磁力的强度的差值大于预设差值，基于电压占空比参数减小静态线圈的输入电压；若当前轴向电磁力的强度和目标轴向电磁力的强度的差值小于预设差值，基于电压占空比参数增大静态线圈的输入电压。
58.上述预设差值可以根据实际需要确定。例如，当预设差值为零时，若当前轴向电磁
力的强度和目标轴向电磁力的强度的差值大于零，说明当前轴向电磁力的强度大于目标轴向电磁力的强度，此时，可以基于电压占空比参数减小静态线圈的输入电压，以减小当前轴向电磁力的强度；若当前轴向电磁力的强度和目标轴向电磁力的强度的差值小于零，说明当前轴向电磁力的强度小于目标轴向电磁力的强度，此时，基于电压占空比参数增大静态线圈的输入电压，以增大当前轴向电磁力的强度。
59.在一种可选的方式中，图2示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置的局部结构示意图。如图2所示，本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置还可以包括导磁安装件210，用于安装在发动机轴上，旋转线圈220可以包括第一套筒221以及绕设在第一套筒221上的第一线圈222，第一套筒221固定在导磁安装件210上；静态线圈230可以包括第二套筒231以及绕设在第二套筒231上的第二线圈232，第二套筒231转动套设在导磁安装件210上。导磁安装件可以是电磁铁、硅钢、软铁，也可以是其它导磁材料，此处不作具体限定。
60.本公开提供一种转子轴向力的控制系统，图3示出了本公开示例性实施例的转子轴向力的控制系统的结构示意图。如图3所示，本公开示例性实施例的转子轴向力的控制系统可以包括发动机轴310、轴承320以及转子轴向力的控制装置(图中仅示出了发电组件370和线圈组件330)，转子轴向力的控制装置为本公开示例性实施例的转子轴向力的控制装置，轴承320设在发动机轴310上，转子轴向力的控制装置包括的发电组件370和线圈组件330设在发动机轴310上。
61.在一种可选的方式中，本公开示例性实施例的线圈组件330可以包括旋转线圈331和静态线圈332，转子轴向力的控制系统还可以包括：发动机壳340和第一支撑结构350，第一支撑结构设在发动机壳340的内壁，磁极结构371设在第一支撑结构350背离发动机壳340的表面。
62.本公开示例性实施例的转子轴向力的控制系统还可以包括：第二支撑结构360，静态线圈332通过第二支撑结构360与发动机壳340的内壁固定连接。
63.可见，在本公开示例性实施例的转子轴向力的控制系统中，发动机轴的转速和线圈组件的电流可由控制组件实时传输，不需更改发动机主体结构，也无需在旋转部件上或连接处设置传感器，便于安装，能够满足发动机全包线需求，具有结构简单、质量轻的特点，通过转子轴向力的实时主动控制可有效降低轴承等部件的热负荷，延长其寿命的同时又可简化热管理系统设计。解决了现有技术中存在的发动机轴向力卸荷系统结构复杂、质量较大、效率较低，不易实现主动控制，难以满足发动机全包线需求，轴承承力大且多变，散热量大，可靠性降低，难以实现良好的发动机热管理的技术问题。
64.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、发电组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，发电组件和线圈组件设在发动机轴上，线圈组件用于在在发电组件供电的情况下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。
65.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，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，在发电组件的作用下实现转子轴向力的实时主动控制，延长轴承的使用寿命。
66.尽管结合具体特征及其实施例对本公开进行了描述，显而易见的，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本公开的示例性说明，且视为已覆盖本公开范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述轴承套设在发动机轴上，所述转子轴向力的控制装置包括：控制组件、发电组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，所述发电组件和所述线圈组件均设在所述发动机轴上，所述线圈组件用于在所述发电组件供电的情况下产生控制转子轴向力的轴向电磁力；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；所述控制组件用于在发动机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；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所述线圈组件产生的轴向电磁力。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-f
z
，其中，f’表示所述目标轴向电磁力，f表示所述当前轴向力，f
z
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，所述发电组件包括发电线圈、用于形成在发动机壳体的内壁上的磁极结构以及整流器，所述发电线圈和所述整流器绕设在所述发动机轴上，所述磁极结构与所述发电线圈相对，所述磁极结构与所述发电线圈之间存在气隙；所述线圈组件包括静态线圈和旋转线圈，所述发电组件与所述旋转线圈电连接，所述发电组件、所述旋转线圈和所述静态线圈沿所述发动机轴的轴向方向依次分布，所述发电线圈、所述整流器和所述旋转线圈沿所述发动机轴的轴向方向依次分布。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，所述控制组件包括控制器和变压调节器；所述控制器的信号接收端分别与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信号连接，所述电流传感器的信号接收端与所述静态线圈的信号输出端信号连接，所述控制器的信号输出端与所述变压调节器的信号接收端信号连接。5.根据权利要求4所述的转子轴向力的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括直流电源，所述变压调节器的电源输入端与所述直流电源的电源输出端电连接，所述变压调节器的电源输出端与所述静态线圈电连接。6.根据权利要求4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；所述控制器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调整所述静态线圈的输入电压参数；所述变压调节器用于基于所述静态线圈的输入电压参数控制所述静态线圈的输入电压。
7.根据权利要求6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。8.根据权利要求3～7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。9.一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1～8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发电组件和线圈组件设在所述发动机轴上。10.根据权利要求9所述的转子轴向力的控制系统，其特征在于，所述转子轴向力的控制装置为权利要求3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：发动机壳和第一支撑结构，所述第一支撑结构设在所述发动机壳的内壁，所述磁极结构设在所述第一支撑结构背离所述发动机壳的表面。11.根据权利要求10所述的转子轴向力的控制系统，其特征在于，所述转子轴向力的控制系统还包括：第二支撑结构，所述静态线圈通过所述第二支撑结构与所述发动机壳的内壁固定连接。

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、发电组件、线圈组件、转速传感器以及电流传感器，轴承、发电组件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在发电组件的作用下，通过控制组件控制线圈组件产生的当前轴向电磁力，实现转子轴向力的主动控制。动控制。动控制。


技术研发人员：孙超 张建超
受保护的技术使用者：中国航空发动机研究院
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/4