一种磁轴承的控制装置、方法和磁悬浮系统与流程

本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁轴承的控制装置、方法和磁悬浮系统，尤其涉及一种变线圈匝数的磁轴承控制装置、磁悬浮系统及其变线圈匝数的磁轴承控制方法。

背景技术：

在磁轴承系统(即磁悬轴承系统)中，当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁悬浮轴承的运行稳定性。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种磁轴承的控制装置、方法和磁悬浮系统，以解决当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁轴承系统的运行稳定性的问题，达到通过当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性的效果。

本发明提供一种磁轴承的控制装置中，所述磁轴承，包括：磁轴承线圈和磁轴承转子；所述磁轴承线圈，包括：两个以上子线圈；磁轴承的控制装置，包括：采样单元、切换单元和控制单元；所述切换单元，能够对两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路的子线圈的数量进行切换控制；其中，所述采样单元，被配置为在所述磁轴承转子运行的过程中，采样所述磁轴承线圈的控制电流；所述控制单元，被配置为根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击；若所述磁轴承转子受到外力冲击，则发出调整电磁力指令；所述切换单元，被配置为根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整。

在一些实施方式中，还包括：所述控制单元，被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下，发出起浮指令；所述切换单元，被配置为根据所述起浮指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈接入所述磁轴承的控制回路中；其中，所述切换单元，根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，包括：根据所述调整电磁力指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈也接入所述磁轴承的控制回路中，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，使所述磁轴承线圈的电磁力增大。

在一些实施方式中，所述磁轴承线圈的数量为四个以上；在每个所述磁轴承线圈中，两个以上所述子线圈，包括：第一部分所述子线圈和第二部分所述子线圈；第一部分所述子线圈，包括：第一子线圈；第二部分所述子线圈，包括：第二子线圈；所述切换单元，包括：第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块；其中，所述第一开关模块和所述第二开关模块串联；所述第一子线圈的第一端部，接入所述磁轴承的控制回路中；所述第一子线圈的第二端部，连接至所述第一开关模块和所述第二开关模块的公共端；所述第二子线圈的第一端部，经所述第一开关模块和所述第二开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中；所述第二子线圈的第二端部，经所述第三开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中。

在一些实施方式中，还包括：所述采样单元，还被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数；所述控制单元，还被配置为根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否在设定精度范围内；以及，若所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内，则调整所述磁轴承线圈的控制电流，并根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行。

在一些实施方式中，还包括：所述控制单元，还被配置为在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行之后，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否已被调整至所述设定精度范围内；以及，若所述磁轴承转子的位移精度未被调整至所述设定精度范围内，则根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的磁轴承的控制装置。

与上述磁悬浮系统相匹配，本发明再一方面提供一种磁轴承的控制方法中，所述磁轴承，包括：磁轴承线圈和磁轴承转子；所述磁轴承线圈，包括：两个以上子线圈；磁轴承的控制方法，包括：在所述磁轴承转子运行的过程中，采样所述磁轴承线圈的控制电流；根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击；若所述磁轴承转子受到外力冲击，则发出调整电磁力指令；根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整。

在一些实施方式中，还包括：在所述磁轴承转子起浮的情况下，发出起浮指令；根据所述起浮指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈接入所述磁轴承的控制回路中；其中，根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，包括：根据所述调整电磁力指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈也接入所述磁轴承的控制回路中，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，使所述磁轴承线圈的电磁力增大。

在一些实施方式中，还包括：在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数；根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否在设定精度范围内；以及，若所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内，则调整所述磁轴承线圈的控制电流，并根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行。

在一些实施方式中，还包括：在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行之后，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否已被调整至所述设定精度范围内；以及，若所述磁轴承转子的位移精度未被调整至所述设定精度范围内，则根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。

由此，本发明的方案，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块；当检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护；从而，通过当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为磁轴承径向控制系统的一实施例的结构示意图；

图2为磁轴承径向前x方向的一实施例的力作用示意图；

图3为本发明的磁轴承的控制装置的一实施例的结构示意图；

图4为磁轴承径向前x方向的一实施例的变线圈控制系统的一实施例的结构示意图；

图5为磁轴承抗冲击保护逻辑的一实施例的流程示意图；

图6为本发明的磁轴承的控制方法的一实施例的流程示意图；

图7为本发明的方法中磁轴承转子起浮情况下对磁轴承线圈进行控制的一实施例的流程示意图；

图8为本发明的方法中在磁轴承转子起浮情况下或起浮后对磁轴承线圈的控制电流进行调整的一实施例的流程示意图；

图9为本发明的方法中在对磁轴承线圈的控制电流调整后进一步对外力冲击情况进行调整的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为磁轴承径向控制系统的一实施例的结构示意图，具体是径向四自由度的磁轴承径向控制系统的总体控制结构示意图。如图1所示，径向四自由度的磁轴承径向控制系统，包括：传感器(即位移传感器)、位移传感器信号转换电路、控制器和功率放大器。位移传感器，设置在径向四自由度的磁轴承处。在磁轴承系统中，位移传感器检测磁轴承转子的悬浮位置信息，通过位移传感器信号转换电路，实时将位移反馈值反馈至控制器，并通过控制器调节，得到控制电流。功率放大器通过电流传感器对磁轴承线圈电流实时检测，得到电流反馈值，通过与控制器输出的控制电流比较，进行电流调节，改变磁轴承线圈电流进而实现磁轴承转子的位置控制，使磁轴承转子稳定悬浮于给定的参考位置。一旦磁轴承转子受到较大外力冲击时，需要通过增大磁轴承线圈的线圈电流以提供有效的电磁力，当磁轴承线圈电流过大时，极有可能会烧毁磁轴承线圈，转子跌落，损坏压缩机。

其中，图1所示的磁轴承径向控制系统，双闭环控制系统即位移控制系统和电流控制系统。此处的功率放大器，指的是电流环控制，电流环控制中有一个电流传感器，电流传感器对电流实时检测，反馈电流与位移控制器的输出做差调节。

在图1所示的例子中，磁轴承径向控制时，采用电流差动控制，径向前x方向(fx)两路电流差动，径向前y方向(fy)两路，径向后x方向(rx)两路，径向后y方向(ry)两路，一共有8路闭合电流控制通道，以下仅以其中一路电流通道进行说明。

图2为磁轴承径向前x方向的一实施例的力作用示意图，可以示意性显示单个线圈的转子轴的电磁受力情况。如图2所示，磁轴承系统的前径向x方向的一路电磁力fx1为：

其中，公式(1)是对单个线圈下的转子受力进行一个示例性说明，μ0空气磁导率(h/m)；n为磁轴承线圈的线圈绕组匝数；a为定子铁芯磁路横截面积(m²)；i为线圈电流；x为定子与转子铁芯间气隙的长度。

根据本发明的实施例，提供了一种磁轴承的控制装置。参见图3所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述磁轴承，包括：磁轴承线圈和磁轴承转子。所述磁轴承线圈，包括：两个以上子线圈。两个以上所述子线圈并行设置。磁轴承的控制装置，包括：采样单元、切换单元和控制单元。所述切换单元，设置在两个以上所述子线圈与所述控制单元之间，能够对两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路的子线圈的数量进行切换控制。在每个所述磁轴承线圈中，两个以上所述子线圈连接至所述切换单元。所述磁轴承的控制回路，可以是由磁轴承线圈中接入该控制回路的子线圈、功率放大器、控制器、位移传感器信号转换电路和位移传感器构成的控制回路，可以参见图1、图2和图4所示的例子。

其中，所述采样单元，被配置为在所述磁轴承转子运行的过程中，具体是在所述磁轴承转子起浮后运行的情况下，采样所述磁轴承线圈的控制电流。具体地，所述采样单元，包括：电流传感器。所述电流传感器，被配置为在所述磁轴承转子运行的过程中，具体是在所述磁轴承转子起浮后运行的情况下，采样所述磁轴承线圈的控制电流。该控制电流，可以是磁轴承的控制回路中功率放大器输出的电流。

所述控制单元，被配置为根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。若所述磁轴承转子受到外力冲击，则发出调整电磁力指令。所述调整电磁力指令，是能够对接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量进行调整的指令。当然，若所述磁轴承转子未受到外力冲击，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

所述切换单元，被配置为根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，即，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，使所述磁轴承线圈的电磁力的增大，避免当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁轴承系统的运行稳定性的问题，从而当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

具体地，切换单元，可以是开关切换模块。两个以上子线圈，可以是至少两部分的线圈绕线。这样，本发明的方案，提供一种抗冲击的磁轴承控制方案，通过设置开关切换模块和线圈绕线，即，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块。当位移传感器检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护，提高磁轴承转子的运行稳定性，解决了突然较大外力冲击磁轴承转子时，磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足而导致磁轴承转子短时间内失稳的问题。

在一些实施方式中，还包括：磁轴承转子起浮情况下对磁轴承线圈进行控制的过程，具体可以参见以下示例性说明。

所述控制单元，被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下，发出起浮指令。所述起浮指令，用于使所述切换单元进行第一动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈与所述控制单元形成回路，接入所述磁轴承的控制回路中。

所述切换单元，被配置为根据所述起浮指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈接入所述磁轴承的控制回路中，即，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈与所述控制单元形成回路，接入所述磁轴承的控制回路中。其中，两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈，包括：两个以上所述子线圈中的至少一个所述子线圈。

其中，所述切换单元，根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，包括：所述切换单元，具体还被配置为根据所述调整电磁力指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈也接入所述磁轴承的控制回路中，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，使所述磁轴承线圈的电磁力增大。其中，两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈，包括：两个以上所述子线圈中除第一部分所述子线圈之外，剩余所述子线圈中的至少一个所述子线圈。

由此，通过当磁轴承转子面临较大外力冲击时，通过增加电磁轴承磁轭上的线圈匝数有效增加磁悬浮轴承的电磁力，提高磁轴承系统的运行稳定性。通过线圈开关切换模块对两部分线圈的开关切换，实现了磁轴承线圈的线圈绕线结构的改变，进而实现了电磁力的增大，从而通过切换线圈达到转子所受电磁控制力的改变。

在一些实施方式中，所述磁轴承线圈的数量为四个以上。在每个所述磁轴承线圈中，两个以上所述子线圈，包括：第一部分所述子线圈和第二部分所述子线圈。第一部分所述子线圈，包括：第一子线圈。第二部分所述子线圈，包括：第二子线圈。第一子线圈，如图4所示的例子中的虚线线圈。第二子线圈，如图4所示的例子中的实线线圈。

所述切换单元，包括：第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块。第一开关模块如开关k1，第二开关模块如开关k2，第三开关模块如开关k3。

其中，所述第一开关模块和所述第二开关模块串联。所述第一子线圈的第一端部，接入所述磁轴承的控制回路中。所述第一子线圈的第二端部，连接至所述第一开关模块和所述第二开关模块的公共端。

所述第二子线圈的第一端部，经所述第一开关模块和所述第二开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中。所述第二子线圈的第二端部，经所述第三开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中。所述第二开关模块和所述第二开关模块具有公共端，所述第二开关模块和所述第三开关模块自二者的公共端处接入所述磁轴承的控制回路中。

图4为磁轴承径向前x方向的一实施例的变线圈控制系统的一实施例的结构示意图。图4可以显示单个线圈的控制结构。图4所示的例子，可以是在图1所示的例子的结构下，进行了变线圈结构，图4示例性显示的是对一个线圈进的变线圈结构(如虚线和实线所示意性区分的变线圈结构)，图4的其余三个线圈是和如虚线和实线所示意性区分的变线圈结构一样的变线圈结构。

图4为磁轴承径向前x方向的一实施例的变线圈控制系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，磁轴承径向前x方向变线圈控制结构图，其中加入线圈开关切换模块，以径向前x方向分析，当初始起浮时和位移传感器检测位移精度不是较差时，开关k1和开关k3始终断开，开关k2闭合，其径向前x方向的一路电磁力fx1为

其中，公式(2)是线圈开关切换处于开关切换模式1时的单个线圈下的转子受力，开关切换模式1是磁轴承转子正常运行时的模式。公式(2)表示一种开关模式下的电磁力。

当有较大外力冲击，位移传感器检测位移精度十分差时，开关k1和开关k3闭合，开关k2断开，其径向前x方向的一路电磁力fx1'为：

其中，公式(3)是线圈开关切换处于开关切换模式2时的单个线圈下的转子受力，开关切换模式2是磁轴承转子受到外力冲击下时的模式。公式(3)表示另一种开关模式下的电磁力。

需要说明的是，通过开关切换模块切换磁轴承线圈的绕制方式，在磁轴承转子受到外力冲击时，磁轴承线圈的出力由公式(2)变到公式(3)，明显出力变大，可以避免当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁轴承系统的运行稳定性的问题，从而当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

在公式(1)、公式(2)和公式(3)中，所用参数的值，可以根据线圈的设计，取值各有不同。并且，经验证，当线圈电流不变时，所设计的线圈结构的电磁力，为未设计线圈结构前的四倍。

在一些实施方式中，还包括：在磁轴承转子起浮情况下或起浮后对磁轴承线圈的控制电流进行调整的过程，具体可以参见以下示例性说明。

所述采样单元，还被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数。具体地，所述采样单元，还包括：位移传感器，所述位移传感器，被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数。该位置参数，可以是悬浮位置信息。

所述控制单元，还被配置为根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否在设定精度范围内。以及，

所述控制单元，还被配置为若所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内，则调整所述磁轴承线圈的控制电流，并根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行。当然，若所述磁轴承转子的位移精度在设定精度范围内，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

具体地，可以是确定所述磁轴承转子的位置参数是否在设定位置参数范围内。若所述磁轴承转子的位置参数在所述设定位置参数范围内，则确定所述磁轴承转子的位移精度在所述设定精度范围内。若所述磁轴承转子的位置参数不在所述设定位置参数范围内，则确定所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内。

在一些实施方式中，还包括：在对磁轴承线圈的控制电流调整后进一步对外力冲击情况进行调整的过程，具体可以参见以下示例性说明。

所述控制单元，还被配置为在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行之后，优选可以是在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行设定时长之后，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否已被调整至所述设定精度范围内。以及，

所述控制单元，还被配置为若所述磁轴承转子的位移精度未被调整至所述设定精度范围内，则根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。当然，若所述磁轴承转子的位移精度已被调整至所述设定精度范围内，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

具体地，控制单元，根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击，包括：确定所述磁轴承线圈的控制电流是否达到设定的保护上限，若所述磁轴承线圈的控制电流达到设定的保护上限，则确定所述磁轴承转子受到外力冲击；若所述磁轴承线圈的控制电流未达到设定的保护上限，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

图5为磁轴承抗冲击保护逻辑的一实施例的流程示意图。如图5所示，为磁轴承的抗冲击保护逻辑，包括：

步骤1、当外力冲击来临时，首先通过控制器调节，以调节控制电流的形式来改变线圈电流，增加电磁力，使得磁轴承转子能够悬浮稳定。

具体地，判断磁轴承转子的位移精度是否较差，若是，则控制器工作，调节控制电流。否则，则继续判断磁轴承转子的位移精度是否较差。

例如：位移精度，即悬浮精度，区间为30微米至-30微米，优选为0微米。悬浮精度与设定精度之间的差值一般大于50微米时，认为位移精度较差。

步骤2、当电流传感器检测到输出电流已到达保护上限时，位移传感器检测位移精度仍然较差时，线圈开关切换模块工作，进一步增大电磁力，使磁轴承转子悬浮稳定。

具体地，在控制器工作，调节控制电流之后，判断磁轴承转子的位移精度是否得到改善，若是，则结束当前调节。否则，判断控制电流是否达到设定的保护上限。若控制电流达到设定的保护上限，则控制线圈开关切换模块工作，如控制开关k1和开关k3也闭合，即保证开关k1、开关k2和开关k3都闭合，使得磁轴承线圈的出力变大。

需要说明书的是，本发明的方案提出的变线圈控制方案，不仅可以用在磁悬浮轴承系统中，同样适用于其他使用轴承线圈控制的应用场合，如电主轴、风机、转杯轴承等。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块。当检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护。从而，通过当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于磁轴承的控制装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的磁轴承的控制装置。

由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块。当检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护，通过调整电磁轴承磁轭上的线圈匝数有效增加磁悬浮轴承的电磁力，提高磁轴承系统的运行稳定性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种磁轴承的控制方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述磁轴承，包括：磁轴承线圈和磁轴承转子。所述磁轴承线圈，包括：两个以上子线圈。两个以上所述子线圈并行设置。磁轴承的控制方法，包括：步骤s110至步骤s130。

在步骤s110处，在所述磁轴承转子运行的过程中，具体是在所述磁轴承转子起浮后运行的情况下，采样所述磁轴承线圈的控制电流。具体地，通过采样单元，在所述磁轴承转子运行的过程中，具体是在所述磁轴承转子起浮后运行的情况下，采样所述磁轴承线圈的控制电流。所述采样单元，包括：电流传感器。所述电流传感器，被配置为在所述磁轴承转子运行的过程中，具体是在所述磁轴承转子起浮后运行的情况下，采样所述磁轴承线圈的控制电流。该控制电流，可以是磁轴承的控制回路中功率放大器输出的电流。

在步骤s120处，根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。若所述磁轴承转子受到外力冲击，则发出调整电磁力指令。所述调整电磁力指令，是能够对接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量进行调整的指令。具体地，通过控制单元，根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。若所述磁轴承转子受到外力冲击，则发出调整电磁力指令。当然，若所述磁轴承转子未受到外力冲击，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

在步骤s130处，根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整。具体地，通过切换单元，根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，即，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，使所述磁轴承线圈的电磁力的增大，避免当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁轴承系统的运行稳定性的问题，从而当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

其中，切换单元，设置在两个以上所述子线圈与所述控制单元之间，能够对两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路的子线圈的数量进行切换控制。在每个所述磁轴承线圈中，两个以上所述子线圈连接至所述切换单元。所述磁轴承的控制回路，可以是由磁轴承线圈中接入该控制回路的子线圈、功率放大器、控制器、位移传感器信号转换电路和位移传感器构成的控制回路，可以参见图1、图2和图4所示的例子。具体地，切换单元，可以是开关切换模块。两个以上子线圈，可以是至少两部分的线圈绕线。这样，本发明的方案，提供一种抗冲击的磁轴承控制方案，通过设置开关切换模块和线圈绕线，即，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块。当位移传感器检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护，提高磁轴承转子的运行稳定性，解决了突然较大外力冲击磁轴承转子时，磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足而导致磁轴承转子短时间内失稳的问题。

在一些实施方式中，还包括：磁轴承转子起浮情况下对磁轴承线圈进行控制的过程。

下面结合图7所示本发明的方法中磁轴承转子起浮情况下对磁轴承线圈进行控制的一实施例流程示意图，进一步说明磁轴承转子起浮情况下对磁轴承线圈进行控制的具体过程，包括：步骤s210和步骤s220。

步骤s210，在所述磁轴承转子起浮的情况下，发出起浮指令。所述起浮指令，用于使所述切换单元进行第一动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈与所述控制单元形成回路，接入所述磁轴承的控制回路中。具体地，通过控制单元，在所述磁轴承转子起浮的情况下，发出起浮指令。

步骤s220，根据所述起浮指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈接入所述磁轴承的控制回路中。具体地，通过切换单元，根据所述起浮指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈接入所述磁轴承的控制回路中，即，以使两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈与所述控制单元形成回路，接入所述磁轴承的控制回路中。其中，两个以上所述子线圈中的第一部分所述子线圈，包括：两个以上所述子线圈中的至少一个所述子线圈。

其中，步骤s130中根据所述调整电磁力指令进行动作，以调整两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，实现对所述磁轴承线圈的电磁力的调整，包括：根据所述调整电磁力指令进行动作，以使两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈也接入所述磁轴承的控制回路中，增大两个以上所述子线圈中接入所述磁轴承的控制回路中的子线圈的数量，使所述磁轴承线圈的电磁力增大。其中，两个以上所述子线圈中的第二部分所述子线圈，包括：两个以上所述子线圈中除第一部分所述子线圈之外，剩余所述子线圈中的至少一个所述子线圈。

由此，通过当磁轴承转子面临较大外力冲击时，通过增加电磁轴承磁轭上的线圈匝数有效增加磁悬浮轴承的电磁力，提高磁轴承系统的运行稳定性。通过线圈开关切换模块对两部分线圈的开关切换，实现了磁轴承线圈的线圈绕线结构的改变，进而实现了电磁力的增大，从而通过切换线圈达到转子所受电磁控制力的改变。

在一些实施方式中，所述磁轴承线圈的数量为四个以上。在每个所述磁轴承线圈中，两个以上所述子线圈，包括：第一部分所述子线圈和第二部分所述子线圈。第一部分所述子线圈，包括：第一子线圈。第二部分所述子线圈，包括：第二子线圈。第一子线圈，如图4所示的例子中的虚线线圈。第二子线圈，如图4所示的例子中的实线线圈。

所述切换单元，包括：第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块。第一开关模块如开关k1，第二开关模块如开关k2，第三开关模块如开关k3。

其中，所述第一开关模块和所述第二开关模块串联。所述第一子线圈的第一端部，接入所述磁轴承的控制回路中。所述第一子线圈的第二端部，连接至所述第一开关模块和所述第二开关模块的公共端。

所述第二子线圈的第一端部，经所述第一开关模块和所述第二开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中。所述第二子线圈的第二端部，经所述第三开关模块后接入所述磁轴承的控制回路中。所述第二开关模块和所述第二开关模块具有公共端，所述第二开关模块和所述第三开关模块自二者的公共端处接入所述磁轴承的控制回路中。

图4为磁轴承径向前x方向的一实施例的变线圈控制系统的一实施例的结构示意图。图4可以显示单个线圈的控制结构。图4所示的例子，可以是在图1所示的例子的结构下，进行了变线圈结构，图4示例性显示的是对一个线圈进的变线圈结构(如虚线和实线所示意性区分的变线圈结构)，图4的其余三个线圈是和如虚线和实线所示意性区分的变线圈结构一样的变线圈结构。

图4为磁轴承径向前x方向的一实施例的变线圈控制系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，磁轴承径向前x方向变线圈控制结构图，其中加入线圈开关切换模块，以径向前x方向分析，当初始起浮时和位移传感器检测位移精度不是较差时，开关k1和开关k3始终断开，开关k2闭合，其径向前x方向的一路电磁力fx1'为

其中，公式(2)是线圈开关切换处于开关切换模式1时的单个线圈下的转子受力，开关切换模式1是磁轴承转子正常运行时的模式。

当有较大外力冲击，位移传感器检测位移精度十分差时，开关k1和开关k3闭合，开关k2断开，其径向前x方向的一路电磁力fx1'为：

其中，公式(3)是线圈开关切换处于开关切换模式2时的单个线圈下的转子受力，开关切换模式2是磁轴承转子受到外力冲击下时的模式。

需要说明的是，通过开关切换模块切换磁轴承线圈的绕制方式，在磁轴承转子受到外力冲击时，磁轴承线圈的出力由公式(2)变到公式(3)，明显出力变大，可以避免当磁轴承转子受到较大外力冲击时，若磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力不足，则会影响磁轴承系统的运行稳定性的问题，从而当磁轴承转子受到较大外力冲击时，调整磁轴承线圈的线圈电流过大或者磁轴承出力，以保证磁轴承系统的运行稳定性。

在公式(1)、公式(2)和公式(3)中，所用参数的值，可以根据线圈的设计，取值各有不同。并且，经验证，当线圈电流不变时，所设计的线圈结构的电磁力，为未设计线圈结构前的四倍。

在一些实施方式中，还包括：在磁轴承转子起浮情况下或起浮后对磁轴承线圈的控制电流进行调整的过程。

下面结合图8所示本发明的方法中在磁轴承转子起浮情况下或起浮后对磁轴承线圈的控制电流进行调整的一实施例流程示意图，进一步说明在磁轴承转子起浮情况下或起浮后对磁轴承线圈的控制电流进行调整的具体过程，步骤s310至步骤s330。

步骤s310，在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数。具体地，通过采样单元，在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数。所述采样单元，还包括：位移传感器，所述位移传感器，被配置为在所述磁轴承转子起浮的情况下、或在所述磁轴承转子起浮后未受到外力冲击的情况下，采样所述磁轴承转子的位置参数。该位置参数，可以是悬浮位置信息。

步骤s320，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否在设定精度范围内。以及，

步骤s330，若所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内，则调整所述磁轴承线圈的控制电流，并根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行。具体地，通过控制单元，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否在设定精度范围内。以及，若所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内，则调整所述磁轴承线圈的控制电流，并根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行。当然，若所述磁轴承转子的位移精度在设定精度范围内，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

具体地，可以是确定所述磁轴承转子的位置参数是否在设定位置参数范围内。若所述磁轴承转子的位置参数在所述设定位置参数范围内，则确定所述磁轴承转子的位移精度在所述设定精度范围内。若所述磁轴承转子的位置参数不在所述设定位置参数范围内，则确定所述磁轴承转子的位移精度不在所述设定精度范围内。

在一些实施方式中，还包括：在对磁轴承线圈的控制电流调整后进一步对外力冲击情况进行调整的过程。

下面结合图9所示本发明的方法中在对磁轴承线圈的控制电流调整后进一步对外力冲击情况进行调整的一实施例流程示意图，进一步说明在对磁轴承线圈的控制电流调整后进一步对外力冲击情况进行调整的具体过程，包括：步骤s410和步骤s420。

步骤s410，在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行之后，优选可以是在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行设定时长之后，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否已被调整至所述设定精度范围内。以及，

步骤s420，若所述磁轴承转子的位移精度未被调整至所述设定精度范围内，则根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。具体地，通过控制单元，在根据调整后的所述磁轴承线圈的控制电流，控制所述磁轴承转子运行之后，根据所述磁轴承转子的位置参数，确定所述磁轴承转子的位移精度是否已被调整至所述设定精度范围内。以及，若所述磁轴承转子的位移精度未被调整至所述设定精度范围内，则根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击。当然，若所述磁轴承转子的位移精度已被调整至所述设定精度范围内，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

具体地，根据所述磁轴承线圈的控制电流，确定所述磁轴承转子是否受到外力冲击，包括：确定所述磁轴承线圈的控制电流是否达到设定的保护上限，若所述磁轴承线圈的控制电流达到设定的保护上限，则确定所述磁轴承转子受到外力冲击；若所述磁轴承线圈的控制电流未达到设定的保护上限，则控制所述磁轴承转子维持当前的运行状态。

图5为磁轴承抗冲击保护逻辑的一实施例的流程示意图。如图5所示，为磁轴承的抗冲击保护逻辑，包括：

步骤1、当外力冲击来临时，首先通过控制器调节，以调节控制电流的形式来改变线圈电流，增加电磁力，使得磁轴承转子能够悬浮稳定。

具体地，判断磁轴承转子的位移精度是否较差，若是，则控制器工作，调节控制电流。否则，则继续判断磁轴承转子的位移精度是否较差。

步骤2、当电流传感器检测到输出电流已到达保护上限时，位移传感器检测位移精度仍然较差时，线圈开关切换模块工作，进一步增大电磁力，使磁轴承转子悬浮稳定。

具体地，在控制器工作，调节控制电流之后，判断磁轴承转子的位移精度是否得到改善，若是，则结束当前调节。否则，判断控制电流是否达到设定的保护上限。若控制电流达到设定的保护上限，则控制线圈开关切换模块工作，如控制开关k1和开关k3也闭合，即保证开关k1、开关k2和开关k3都闭合，使得磁轴承线圈的出力变大。

需要说明书的是，本发明的方案提出的变线圈控制方案，不仅可以用在磁悬浮轴承系统中，同样适用于其他使用轴承线圈控制的应用场合。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过将每个磁轴承线圈设置为两部分线圈，并在每个磁轴承线圈处设置有线圈开关切换模块；当检测到磁轴承转子某方向受到外力冲击时，该方向的线圈开关切换模块及时地对该方向的两部分线圈进行开关切换，进行抗冲击保护；通过线圈开关切换模块对两部分线圈的开关切换，实现了磁轴承线圈的线圈绕线结构的改变，进而实现了电磁力的增大，从而通过切换线圈达到转子所受电磁控制力的改变。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。