一种轴向位移检测装置、方法和磁悬浮轴承的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种轴向位移检测装置、方法和磁悬浮轴承。
【背景技术】
[0002] 在磁悬浮轴承控制系统中，轴向位移主要有两种检测方法。一种方法如图1所示， 在轴110上套一个检测盘120,轴向传感器130通过测量检测盘的轴向运动来确定轴的轴向 位移。由于装配带来的误差，检测盘与轴的中心线140不垂直，这样就会导致轴在旋转过程 中轴向位移有波动，且检测盘是整个转子上半径最大的部分，造成装配流程较为繁琐；另一 种方法如图2所示，位移传感器210正对转子220轴端230安装，它适用于大多数的应用场 合，但不是用于某些特殊应用场合。例如离心式水栗、离心式鼓风机等设备的转子，其功能 部件大多安装在轴端，且为悬臂结构，此时由于结构等原因使得位移传感器不便正对转子 工作轴端面安装，同时为了减小转子受热膨胀对功能部件位置的影响，传感器需要尽量靠 近功能部件，而不能安装在转子的非工作轴端。这种检测方法不利于轴向传感器和径向传 感器集成化处理，增大了结构轴向空间。另外，因工艺和装配因素也会带来检测误差。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的一个技术问题是传统轴向位移检测精度不高。
[0004] 本发明进一步要解决的技术问题包括转子的结构复杂，不便于安装，在旋转机械 轴向空间受限的情况下，轴向占用空间大的问题。
[0005] 根据本发明一方面，提供一种轴向位移检测装置，被测元件的轴向表面具有倾斜 面和非倾斜面，该装置包括：第一传感器，用于基于被测元件非倾斜面的径向位移输出第一 电信号；第二传感器，用于基于被测元件倾斜面的径向位移输出第二电信号；轴向位移计 算单元，用于根据第一电信号、第二电信号和被测元件倾斜面的倾斜角，计算被测元件的轴 向位移；其中，第一传感器设置在被测元件非倾斜面上方，第二传感器设置在被测元件倾斜 面上方。
[0006] 进一步地，第一电信号和第二电信号为电压信号；轴向位移计算单元用于根据公 式
，计算被测元件的轴向位移；其中，14为第一电信号，1^为第二电信号，Φ 为倾斜面的倾斜角，4为第一传感器的灵敏度参数，k2S第二传感器的灵敏度参数。
[0007] 进一步地，第一传感器与第二传感器安装在探头环上，且第一传感器的探头与第 二传感器的探头的安装距离大于阈值。
[0008] 进一步地，第一传感器和第二传感器为电涡流传感器。
[0009] 进一步地，第一传感器的探头与第二传感器的探头均对准探头环的圆心轴线，并 且安装方向一致。
[0010] 进一步地，倾斜面的轴向长度大于被测元件的最大轴向位移。
[0011] 进一步地，被测元件倾斜面的倾斜角为预设值。
[0012] 进一步地，被测元件倾斜面的倾斜角为0°~90°。
[0013] 进一步地，被测元件为磁悬浮轴承的转子。
[0014] 根据本发明的另一方面，还提供一种轴向位移检测方法，被测元件的轴向表面具 有倾斜面和非倾斜面，方法包括：接收第一传感器基于被测元件非倾斜面的径向位移输出 的第一电信号；接收第二传感器基于被测元件倾斜面的径向位移输出的第二电信号；根据 第一电信号、第二电信号和被测元件倾斜面的倾斜角，计算被测元件的轴向位移；其中，第 一传感器设置在被测元件非倾斜面上方，第二传感器设置在被测元件倾斜面上方。
[0015] 进一步地，第一电信号和第二电信号为电压信号；计算被测元件的轴向位移的步 骤包括：根据公式
，计算被测元件的轴向位移；其中，14为第一电信号，1^为 第二电信号，Φ为倾斜面的倾斜角，h为第一传感器的灵敏度参数，k2为第二传感器的灵敏 度参数。
[0016] 进一步地，第一传感器与第二传感器安装在探头环上，且第一传感器的探头与第 二传感器的探头的安装距离大于阈值。
[0017] 进一步地，第一传感器和第二传感器为电涡流传感器。
[0018] 进一步地，第一传感器的探头与第二传感器的探头均对准探头环的圆心轴线，并 且安装方向一致。
[0019] 进一步地，倾斜面的轴向长度大于被测元件的最大轴向位移。
[0020] 进一步地，被测元件倾斜面的倾斜角为预设值。
[0021] 进一步地，被测元件倾斜面的倾斜角为0°~90°。
[0022] 进一步地，被测元件为磁悬浮轴承的转子。
[0023] 根据本发明的另一方面，还提供一种磁悬浮轴承，包括：转子，转子的轴向表面设 置有倾斜面和非倾斜面。
[0024] 进一步地，还包括上述任一的轴向位移检测装置。
[0025] 与现有技术相比，本发明被测元件的轴向表面具有倾斜面和非倾斜面，并在装置 中设置了至少两个传感器，其中一个传感器基于被测元件非倾斜面的径向位移输出第一电 信号，另一个传感器基于被测元件倾斜面的径向位移输出第二电信号，再根据第一电信号、 第二电信号和被测元件倾斜面的倾斜角，计算被测元件的轴向位移。即通过设置倾斜面，根 据被测元件的径向位移计算轴向位移，提高了轴向位移检测的精度。
[0026] 进一步，转子的结构简单，便于安装，在旋转机械轴向空间受限的情况下，能够节 省部分轴向空间。
[0027] 通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其 优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0028] 构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解 释本发明的原理。
[0029] 参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
[0030] 图1为现有技术检测轴向位移的一个实施例的结构示意图。
[0031] 图2为现有技术检测轴向位移的另一个实施例的结构示意图。
[0032] 图3为本发明轴向位移检测装置的一个实施例的结构示意图。
[0033] 图4为本发明一个实施例中传感器安装位置示意图。
[0034] 图5为本发明轴向位移检测装置的另一个实施例的结构示意图。
[0035] 图6为本发明一个实施例中电涡流传感器检测磁悬浮轴承转子位移的工作原理 示意图。
[0036] 图7A为本发明一个实施例中轴向位移检测装置工作原理示意图。
[0037] 图7B为本发明一个实施例中轴向位移检测装置工作原理放大示意图。
[0038] 图8为本发明轴向位移检测方法的一个实施例的流程示意图。
[0039] 图9为本发明轴向位移检测方法的一个具体实施例的流程示意图。
[0040] 图10为本发明磁悬浮轴承的转子的一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0041] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具 体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本 发明的范围。
[0042] 同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际 的比例关系绘制的。
[0043] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明 及其应用或使用的任何限制。
[0044] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适 当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0045] 在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不 是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0046] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一 个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0047] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0048] 图3为本发明轴向位移检测装置的一个实施例的结构示意图。本发明预先在被测 元件300的表面加工出一个倾斜面，其中被测元件可以为轴承的转子，轴承具体可以为磁 悬浮轴承。倾斜面可以为凹陷的倾斜面，也可以为凸起的倾斜面，下面以凹陷的倾斜面为例 进行说明。在非倾斜面310上方设置第一传感器311，用于基于被测元件非倾斜面的径向位 移输出第一电信号；在倾斜面320上方设置第二传感器321，用于基于被测元件倾斜面的径 向位移输出第二电信号；其中第一电信号、第二电信号可以为电压信号，第