自动感测的主动磁轴承系统及方法_2

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特征在于,用以确定所述传动轴的所述当前位置的所述指令包括用以以下的指令:
[0051]使用所述处理器至少部分地基于所述第一电流的幅度来确定所述传动轴关于所述第一集成位置传感器的位置;以及
[0052]使用所述处理器至少部分地基于所述第二电流的幅度来确定所述传动轴关于所述第二集成位置传感器的位置。
[0053]技术方案15.根据技术方案13所述的计算机可读介质,其特征在于,用以确定所述传动轴的所述当前位置的所述指令包括用以以下的指令:
[0054]当所述第一电流的幅度小于与所述期望位置相关联的期望幅度时,使用所述处理器确定所述传动轴的所述当前位置比所述期望位置更接近所述第一集成位置传感器;以及
[0055]当所述第一电流的幅度高于所述期望幅度时,使用所述处理器确定所述传动轴的所述当前位置比所述期望位置更远离所述第一集成位置传感器。
[0056]技术方案16.根据技术方案13所述的计算机可读介质,其特征在于,用以指示电源将第三电功率供应至第一电磁体线的所述指令包括用以以下的指令:
[0057]当所述传动轴的所述当前位置比所述期望位置更远离所述第一集成位置传感器和所述第二集成位置传感器时,使用所述处理器指示所述电源增大供应至所述第一电磁体线的电流;或者
[0058]当所述传动轴的所述当前位置比所述期望位置更接近所述第一集成位置传感器和所述第二集成位置传感器时,使用所述处理器指示所述电源减小供应至所述第一电磁体线的电流。
[0059]技术方案17.根据技术方案13所述的计算机可读介质,其特征在于,所述第一电功率和所述第二电功率为正弦的。
[0060]技术方案18.—种方法,包括:
[0061]通过形成围绕所述主动磁轴承组件的定子上的第一齿和第二齿的第一多个线圈来形成主动磁轴承组件中的电磁体,使得所述第一多个线圈构造成生成将吸引力施加在传动轴上的电磁体磁场;
[0062]通过形成围绕所述定子的所述第一齿和第三齿的第二多个线圈来形成所述主动磁轴承组件中的第一集成位置传感器,使得所述第二多个线圈构造成生成感生所述第一多个线圈中的第一电压的第一传感器磁场;以及
[0063]通过形成围绕所述定子的所述第二齿和第四齿的第三多个线圈来形成所述主动轴承组件中的第二集成位置传感器,使得所述第三多个线圈构造成生成感生所述第一多个线圈中的第二电压的第二传感器磁场;
[0064]其中所述第一电压和所述第二电压极性相反并且大小相等。
[0065]技术方案19.根据技术方案17所述的方法,其特征在于,所述第一集成位置传感器和所述第二集成位置传感器构造成在所述电磁体中感生净零电压。
[0066]技术方案20.根据技术方案17所述的方法,其特征在于,所述第一集成位置传感器和所述第二集成位置传感器偏离彼此90°,并且均偏离所述第一电磁体45°。
【附图说明】
[0067]当参照附图阅读下列详细描述时,将更好地理解本发明的这些和其它的特征、方面和优点,其中,同样的标记在所有附图中表示同样的部件,其中:
[0068]图1描述了根据实施例的燃气涡轮系统的示意图;
[0069]图2描述了根据实施例的具有八个齿的磁轴承系统的示意图;
[0070]图3描述了根据实施例的具有集成位置传感器的图2的磁轴承系统的示意图;
[0071]图4描述了根据实施例的图3的磁轴承系统中的电压的波形图;
[0072]图5描述了根据实施例的用于组装磁轴承系统的流程图;
[0073]图6描述了根据实施例的用于操作磁轴承系统的流程图;
[0074]图7描述了根据实施例的用于确定磁轴承系统中的轴的位置的流程图;
[0075]图8描述了根据实施例的具有十二个齿和集成位置传感器的磁轴承系统的示意图;以及
[0076]图9描述了根据实施例的具有十六个齿和集成位置传感器的磁轴承系统的示意图。
【具体实施方式】
[0077]将在下面描述本公开的一个或更多个特定实施例。这些所述实施例仅为当前公开的技术的实例。此外,为了提供这些实施例的简明描述,可不在说明书中描述实际实施的所有特征。应当认识到,在任何这种实际实施的开发中,如在任何工程或设计项目中,必须作出许多特定实施决定以实现开发者的特定目的,诸如符合系统相关且商业相关的约束,这可从一个实施变化到另一个实施。此外,应当认识到,这种开发努力可为复杂且耗时的,但是对于受益于本公开的技术人员而言,仍可为设计、制作和制造的日常工作。
[0078]当介绍本公开的各种实施例的元件时,冠词“一”、“一个”和“该”意图表示存在元件中的一个或更多个。用语“包括”、“包含”和“具有”意图是包含的,并且表示可存在除了列出的元件之外的附加元件。此外,应当理解的是,提到本公开的〃一个实施例〃或〃实施例〃不旨在解释为排除也并入所述特征的附加实施例的存在。
[0079]如上文提到的,轴承组件可用于便于延伸穿过轴承组件的传动轴的旋转运动。例如,主动磁轴承组件可使用多个电磁体以将传动轴保持在期望(例如,中心)位置,并且减小传动轴上的旋转阻力。更具体而言,至少部分地基于供应的电流的量,电磁体中的各个可生成磁场,该磁场施加力来将传动轴朝电磁体吸引。因此,电磁体可围绕传动轴沿径向定位,以使传动轴在主动磁轴承组件内悬浮。
[0080]此外,在一些实施例中,电磁体可组织成对,使得各对电磁体控制在一条轴线上的传动轴的位置。例如,第一电磁体和第二电磁体可控制X轴线上的轴的位置,并且第三电磁体和第四电磁体可控制y轴线上的轴的位置。在此类实施例中,传动轴的位置可通过增大由第二电磁体生成的磁场来沿正X方向移动,并且通过增大由第一电磁体生成的磁场来沿负X方向移动。类似地,传动轴的位置可通过增大由第三电磁体生成的磁场来沿正y方向移动,并且通过增大由第四电磁体生成的磁场来沿负y方向移动。
[0081]以该方式,传动轴可通过控制由各个电磁体生成的磁场来保持在主动磁轴承组件内的期望(例如,中心)位置。更具体而言,由各个电磁体生成的磁场的大小可控制成使传动轴从当前位置朝期望位置移动。换言之,为了便于将轴保持在期望位置,轴在主动磁轴承组件内的当前位置可例如使用位置传感器确定。
[0082]因此,将有益的是,实现传动轴在主动磁轴承组件内的位置确定。如将在下文更详细描述的,一个实施例描述了主动磁轴承组件,其包括四个电磁体,其均生成磁场来将吸引力施加在传动轴上。更具体而言,各个电磁体可包括包绕定子的两个或更多个齿的电磁体线。以该方式,当电流流过电磁体线时,磁场可生成来朝电磁体拉动传动轴。实际上,供应至各个电磁体的电流的量可控制生成的磁场的大小,从而控制施加在传动轴上的力。
[0083]此外,主动磁轴承组件可包括集成位置传感器,其可用于便于确定传动轴在主动磁轴承组件内的位置。更具体而言,集成位置传感器可均包括包绕也可由电磁体使用的定子的两个或更多个齿的传感器线。以该方式,当电流流动穿过传感器线时,轴关于集成位置传感器的位置可基于传感器线中的AC电流的幅度变化来确定。
[0084]更具体而言,传动轴关于集成传感器的距离可与传感器线的阻抗相反地变化。例如,当传动轴与集成位置传感器之间的间隙较小时,阻抗可增大,从而减小传感器线中的AC电流的幅度。在另一方面,当轴与集成位置传感器之间的间隙较大时,阻抗可减小,从而增大传感器线中的AC电流的幅度。以该方式,传动轴关于各个集成传感器的位置可确定,从而实现确定传动轴在主动磁轴承组件中的位置。然而,由于齿在电磁体和集成位置传感器之间共用,故在电流流动穿过传感器线时,电压可在电磁体线中感生。连接于电磁体的端子的每个阻抗因此将影响或干扰感测信号。因此,为了减小在电磁体线中感生电压的可能性,集成位置传感器可偏离电磁体。例如,第一集成位置传感器可包括包绕用于第一电磁体中的第一齿和用于第二电磁体中的第二齿的传感器线。类似地,第二集成位置传感器可包括包绕用于第一电磁体中的第三齿和用于第三电磁体中的第四齿的传感器线。此外,供应至第一集成位置传感器和第二集成位置传感器的电的相可相移180°。以该方式,在第一电磁体中的由第一集成位置传感器和第二集成位置传感器感生的电压可抵消,从而减小在第一电磁体中感生电压的可能性并且改进了感测信号质量。
[0085]因此,本文中所述的技术可实现使用与磁轴承组件的电磁体集成的位置传感器来确定主动磁轴承组件中的轴的位置。实际上,集成位置传感器的使用可排除使用独立的位置传感器,这可减小主动磁轴承组件的轴向长度,提高位置传感器特别是在极端条件(例如,高温、高压或有毒气体)中的稳健性,降低制造成本和/或降低构件成本。此外,由于在电磁体中感生电压的可能性降低,故供应至集成位置传感器的电功率可在不可听的频率下。
[0086]为了有助于示出,图1中描述了旋转机器系统10的示意图。更具体而言,旋转机器系统10可为涡轮压缩机系统、燃气涡轮系统或真空栗系统。如所绘,旋转机器系统10包括进气区段12、压缩机区段14、燃烧器区段16、涡轮区段18、排气区段20和负载22。
[0087]更具体而言,进气区段12可将空气24导送到压缩机区段14中。压缩机区段14接着可使用一个或更多个压缩机叶片组件25的旋转来压缩入口空气24,以生成压缩空气26,其导送到燃烧器区段16中。在燃烧器区段16中,压缩空气26可与燃料混合,并且在一个或更多个燃烧器28内焚烧,从而生成燃烧气体30。燃烧气体30接着可导送到涡轮区段18中,并且穿过一个或更多个涡轮叶片组件32。更具体而言,燃烧气体30可将力施加在涡轮叶片组件32上,从而引起涡轮叶片组件32旋转。来自旋转机器系统10的排气34接着可经由排气区段20排出到环境大气中。
[0088]以该方式,热能转变成机械旋转能。更具体而言,如所绘,涡轮区段18经由传动轴36连接于压缩机区段14和/或负载22,传动轴36可实现由涡轮叶片组件32捕获的机械旋转能传递至压缩机叶片组件25和/或负载22。例如,涡轮叶片组件32的旋转可引起压缩机叶片组件25旋转,从而压缩入口空气24。此外,当负载22为发电机时,负载22可将机械旋转能转变成电能用于储存或例如分送至住宅和商业用户。
[0089]为了便于传动轴36的旋转,轴承组件38可包括在压缩机区段14和/或涡轮区段18中。更具体而言,轴承组件3
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