磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法与流程

本发明涉及磁悬浮领域，特别是涉及磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法。

背景技术：

磁悬浮轴承的控制如图4所示，给定一个参考位置，反馈轴的实时位置信息，经位置控制器后得电流给定，该电流给定与轴实时电流反馈经电流控制器使轴达到参考位置。磁悬浮轴承通过改变悬浮绕组的电流，从而改变磁轴承上各个方向的磁力，使轴实现稳定悬浮。为了轴能稳定悬浮并旋转，其稳定悬浮的位置的选定是非常重要的，最理想的情况为悬浮位置即为电机定子的中心位置。

对于中心位置的检测方法，传统的方法为手动检测：如单给定某一方向一个固定大小的电流，将轴承吸在某个极限位置，此时的轴承位置记为P1，然后给另一个方向给定电流，此时的轴承位置记为P2，则在这个方向上，轴承的中心位置即为:P＝1/2(P1+P2)。

当然也有自动检测，自动检测无非是将手动检测的过程自动化，如从一个极限位置过渡到另一个极限位置，其中检测方法大多是基于电流控制的，但基于电流控制的中心位置检测，无论是手动的还是自动的，在面对不同型号的轴承时，由于轴承重量的不同，在检测位置时，需要手动调节电流幅值的最大值，才能实现位置的准确检测。故而在实际应用中，这种方法受具体轴承的型号的限制。

技术实现要素：

基于此，有必要针对在检测轴承参考位置时需不同型号的轴承对应不同的检测电流的问题，提供一种中心位置检测不受具体轴承型号限制、能够降低轴承损伤风险的磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法。

一种磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法，包括以下步骤：

于保护轴承内壁之外设置若干给定参考位置，所述若干给定参考位置依次连接能够形成闭合轨迹，所述保护轴承内壁位于闭合轨迹内部；依次以每个给定参考位置作为磁悬浮轴承转子轴的目标位置，对磁悬浮轴承转子轴施加驱动力使其在保护轴承内壁中旋转运动至少一周；检测所述转子轴在保护轴承内壁中运动的实际位移；根据检测的位移结果计算悬浮中心的位置。

在其中一个实施例中，检测所述转子轴在运动过程中的实际位移的步骤中，检测得到转子轴在X方向上的最大位置坐标和最小位置坐标以及Y方向上的最大位置坐标和最小位置坐标。

在其中一个实施例中，根据检测的位移结果计算悬浮中心的位置的步骤中，X方向上的最大位置坐标和最小位置坐标的中点与Y方向上的最大位置坐标和最小位置坐标的中点即为磁悬浮轴承悬浮中心位置。

在其中一个实施例中，所述转子轴在保护轴承内壁中运动的实际位移通过磁悬浮系统中的传感器检测。

在其中一个实施例中，所述传感器设置有四个且沿磁悬浮轴承定子周向均匀设置。

在其中一个实施例中，所述驱动力为磁悬浮系统中的悬浮绕组产生的电磁力。

在其中一个实施例中，所述悬浮绕组设置有四组且沿定子周向均匀分布。

在其中一个实施例中，所述闭合轨迹的形状为圆形。

在其中一个实施例中，所述闭合轨迹与保护轴承内壁同心。

在其中一个实施例中，所述闭合轨迹的形状为矩形或不规则形状。

上述磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法，更换不同型号的轴承时，无需手动改变检测电流，只要将若干给定参考位置设置于保护轴承内壁之外且沿顺时针或逆时针方向依次作为转子轴的目标位置，便会对转子轴产生驱动力使其围绕保护轴承内壁绕转，进而检测转子轴实际位移以求出中心位置。该检测方法可解决所有型号的轴承位置的检测，并且在检测过程中转子轴不会发生位移的突变，大大降低了轴承损伤的风险。

参考位置依次连接形成的闭合轨迹只要位于保护轴承内壁之外，具体轨迹不受限制，可以为圆形、矩形或不规则形状，任意形状均可满足位置检测要求。

附图说明

图1为本发明磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法中给定参考位置的闭合轨迹为圆形的示意图；

图2为本发明磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法中给定参考位置的圆形闭合轨迹与保护轴承同心的示意图；

图3为本发明磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法中给定参考位置的闭合轨迹为矩形的示意图；

图4为磁悬浮轴承的控制图。

具体实施方式

如图1所示，磁悬浮轴承包括转子轴110和保护轴承130。其中转子轴110位于保护轴承130内。在磁悬浮轴承的工作过程中，转子轴110能够处于悬浮的平衡位置，也称为参考位置。

本发明磁悬浮轴承悬浮中心位置检测方法，包括以下步骤：

步骤S101，于保护轴承130内壁之外设置若干给定参考位置100，若干给定参考位置100依次连接能够形成闭合轨迹120，保护轴承130内壁位于闭合轨迹120内部。

步骤S102，依次以每个给定参考位置100作为磁悬浮轴承转子轴110的目标位置，对磁悬浮轴承转子轴110施加驱动力使其在保护轴承130内壁中旋转运动至少一周。

步骤S103，检测转子轴110在保护轴承130内壁中运动的实际位移。

步骤S104，根据检测的位移结果计算悬浮中心的位置。

该方法在更换不同型号的轴承时，无需手动改变检测电流，只要将若干给定参考位置设置于保护轴承内壁之外且沿顺时针或逆时针方向依次作为转子轴的目标位置，便会对转子轴产生驱动力使其围绕保护轴承内壁绕转，进而检测转子轴实际位移以求出中心位置。该检测方法可解决所有型号的轴承位置的检测，并且在检测过程中转子轴不会发生位移的突变，大大降低了轴承损伤的风险。

在其中一个实施例，步骤S103中，检测得到转子轴110在X方向上的最大位置坐标X_Max和最小位置坐标X_Min以及Y方向上的最大位置坐标Y_Max和最小位置坐标Y_Min。

在步骤S104中，X方向上的最大位置坐标X_Max和最小位置坐标X_Min的中点与Y方向上的最大位置坐标Y_Max和最小位置坐标Y_Min的中点为磁悬浮轴承悬浮中心位置，即

进一步地，转子轴110在保护轴承130内壁中运动的实际位移通过设置在磁悬浮系统中的传感器(未示出)检测，传感器设置有四个且沿定子周向均匀设置。

进一步地，驱动力为磁悬浮系统中的悬浮绕组140产生的电磁力，悬浮绕组140设置有四组且沿定子周向均匀分布。

在其中一个实施例中，如图1所示，给定参考位置100的闭合轨迹120为圆形，为了方便论述，设定给定参考位置100的圆形轨迹为圆1，即图2中虚线圆的轨迹；保护轴承130的内壁形状为圆2，即实心加粗线的轨迹。当圆1和圆2的中心位置不重合的时候，是实际中最常见的情况。

优选地，如图2所示，当圆1和圆2的中心位置重合的时候，即圆1和圆2为同心圆的时候，自动检测位置的状况是最佳的。则在最佳状况的检测位置运行过程如下：

首先，将若干给定参考位置100设定在保护轴承130内壁之外，给定参考位置100依次连接能够形成闭合轨迹，在电流控制器和位置控制器的作用下，转子轴110有向着给定参考位置100(保护轴承外)运动的趋势，当然由于保护轴承130的限制，转子轴110的实际位置将不再改变，此时达到转子轴110的极限位置，其位置信息被传感器记录下来；因而，当图2中顺时针或逆时针依次以每个定参考位置作为磁悬浮轴承转子轴110的目标位置时，在转子轴110向给定参考位置100移动的趋势以及保护轴承130的限制之下，在给定参考位置100顺时针或逆时针变换一周时，实际转子轴110也沿着保护轴承130内壁滚动了一周，从而可以通过传感器测量出转子轴110在X、Y方向的极限位置，进而推算出中心位置。

设圆2中，X方向两极限位置的位置信息记为X₁、X₂，Y方向两极限位置的位置信息即为Y₁、Y₂，圆心坐标为(a，b)。则圆1的轨迹可用下式表示：

(x-a)²+(y-b)²＝r²

则圆1的X坐标和Y坐标关于时间t的运行轨迹为：

则，当若干给定参考位置100位于上述轨迹，随时间t依次作为转子轴110的目标位置时，转子轴110也沿着保护轴承130内壁滚动。给定参考位置100的数量设置越多，相邻给定参考位置100之间的距离就越小，越能保证转子轴110一直贴着保护轴承130内壁滚动。在转子轴110沿保护轴承130内壁滚动的同时，通过传感器实时记录转子轴110在X方向及Y方向的位置信息，通过比较，得出X方向的最大位置坐标为X_Max，最小位置坐标为X_Min，Y方向的最大位置坐标为Y_Max，最小位置坐标为Y_Min，则中心位置坐标为：

在另一个实施例中，如图3所示，给定参考位置100的连接形成的闭合轨迹120为矩形，其检测方法与上述圆形轨迹的检测方法基本一致。由于转子轴110有向着给定参考位置100运动的趋势以及在保护轴承130的限制下，转子轴110的实际位置将贴着保护轴承130内壁达到极限位置，转子轴110绕保护轴承130内壁旋转过程中实时检测转子轴110的位置信息，通过比较和计算便能得到中心位置。因此给定参考位置100只要满足位于保护轴承130内壁之外，任意轨迹的参考位置给定均能准确地测量出保护轴承130的中心位置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。