一种间接测量旋转体旋转时转子横向摆动幅度的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及磁力轴承系统技术领域，特别是设及一种间接测量旋转体旋转时转子 横向摆动幅度的方法和系统。
【背景技术】
[0002] 电动机可具有定子和带永磁体的转子，例如内永磁体（IPM)电动机或IPM同步电动 机。根据某些现有技术，内永磁体（IPM)电动机或IPM同步电机所使用的转子对准方案可能 与通常使用表面安装的永磁体电动机所使用的转子对准方案不同，运是因为IPM电动机或 机器中的磁转矩分量和磁阻分量沿不同的轴线。根据另一些现有技术，用反电动势测量方 法校准电动机通常需要辅助电动机去转动测试的IPM电动机或机器的轴，而运对于在车辆 的正常启动和操作过程中进行车辆的电动机位置的现场校准而言是不实际或不可行的。因 此，需要一种改进的方法和系统，去校准或现场校准电动机的位置偏移量。
[0003]磁力轴承系统是一种无摩擦、不需润滑的轴承系统，适用于某些具有特殊需求的 旋转机械，目前磁力轴承系统的应用已日益广泛。磁力轴承系统工作时，转子受电磁力作用 而保持在悬浮状态，与定子组件无接触。磁力轴承系统本身是不稳定的，因此需要实时地根 据转子的位置调节电磁力，才能保证转子稳定地悬浮在工作位置。磁力轴承系统的电磁力 的调节是通过调节轴承电流实现的。
[0004] 传统的磁力轴承控制方法中，一般只是根据转子的位置W及转子位置变化的速度 调节轴承电磁力。当转子高速旋转时，在不平衡力的作用下，转子将偏离工作位置，而此时 控制方法只是被动地调节转子位置，力图将转子轴线恢复到设定的工作位置。运种控制策 略不可避免地存在延迟，又由于磁力轴承系统工作时转子与定子存在间隙，故而当转子转 速较高时，转子在不平衡力的作用下将围绕工作位置出现较大幅度的振动，运种振动与转 子转速相同，故称为同频振动。在对转子轴线位置要求很高的应用场合，如高精度机床主轴 等，运种振动将产生十分不利的影响。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种间接测量旋转体旋转时转子 横向摆动幅度的方法和系统。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0007] -种测量转子横向摆动幅度的方法，所述方法包括如下步骤：
[000引旋转体在强磁下高速旋转，其端面有一个导磁的正六角突起图形.面对其边缘上 端的感应线圈切割磁力线，在感应线圈上输出一个感应电压VC.旋转体每转一周则感应六 个电压波形；
[0009]所述波形类似正弦，线圈切割磁力线，由于正六角突起图形的角和边相对于感应 线圈的中屯、距不同，其产生的感应电压值也不同；
[0010] "顶点角"，视为离感应线圈的中屯、距近，扫过感应线圈中屯、点时的感应电压值高 如图3电压波形上半部的峰值;而"边"，视为离感应线圈的中屯、距远，扫过感应线圈中屯、点 时的感应电压值低。
[0011] 在旋转体无振动平稳旋转时六个感应电压波形应该完全一样，即有相同的峰值， 又有相同的谷值;如果导磁的正六角突起图形没有加工误差，是完美的，在旋转体无摆动平 稳旋转时其六个电压波形应该完全一样其电压波形VC的包络值为0,运时旋转体旋转振动 为零，此六个感应电压波形称为标准感应电压波形。
[0012] 当旋转体旋转有振动时，此六个感应电压波形不一致，电压波形VC的包络值不为 0,此VC的包络值大小与旋转体旋转振动相对应，即应用旋转体旋转时转子横向摆动幅度检 测算法计算旋转体旋转振动值；
[0013]由于感应电压与旋转体旋转速度有关，所W六个波形比较时应在同一旋转体旋转 速度下比较，单位为转/秒;此时旋转体旋转频率不变，注意到旋转体仅旋转一圈即可测量 六个感应电压波形；而旋转体旋转一圈的时间是很小的，在6'八<旋转速度<1666.5转/秒 时，旋转体旋转一圈的时间范围在:0.6ms<T<167ms，实际测量时旋转体可加速旋转，也可减 速旋转，但旋转一圈的时间T段内速度变化可W忽略为0。
[0014]旋转体旋转时应用感应电压波形间接测量振动的利用测速线圈信号测量转子的 振动信号，属于间接测量方式，所述测量方法不需改变机器原有的任何设计，不增加机器本 身的任何成本。
[0015]波形间接振动测量法虽然干扰多，振动测量误差大，但测量仪器较廉，而且只用原 安装在旋转体内的测量频率的感应线圈的输出电压来测量振动，除此外还可间接测量出相 位和旋转体在高速旋转时的变形，旋转体的公转振动偏移参数;运些参数的综合可对旋转 体旋转时的振动给出评估，对旋转体制造厂的工艺生产有益。
[0016] 所述方法的应用系统，：
[0017]典型的直接振动测量法是在旋转体转速(感应电压波形)测量的基础上，在旋转体 侧面上打孔安装电满流振动测量传感器进行直接振动测量。见附图1至附图3.
[0018]该测量方法直接、精度高，适合在科研实验中采用。但是在实际应用中，由于该测 量方法的测量仪器价格昂贵，不宜大量采购。而且为了满足生产应用需求在实际应用中一 般无法满足在旋转体侧面上打孔安装电满流振动测量传感器进行直接振动测量。
[0019] 所W，改进的方法就是取消侧面上打孔安装的振动测量传感器，仅采用感应线圈 的输出电压VC，既测量旋转体转速又能测量旋转体的振动，运种方法称为利用旋转体感应 电压波形的智能间接测量旋转体旋转时转子横向摆动(震动)幅度法。
[0020] 基本原理
[0021] 利用旋转体感应电压波形的智能间接测量旋转体旋转时转子横向摆动(震动）幅 度法原理：
[0022] 旋转体在强磁下高速旋转，其端面有一个导磁的正六角突起图形.面对其边缘上 端的感应线圈切割磁力线，在感应线圈上输出一个感应电压VC.旋转体每转一周则感应六 个电压波形如附图3.
[0023] 在图中可见其波形类似正弦，线圈切割磁力线，由于正六角突起图形的角和边相 对于感应线圈的中屯、距不同，其产生的感应电压值也不同。顶点角(顶点角可视为离感应线 圈的中屯、距近)扫过感应线圈中屯、点时的感应电压值高如图电压波形上半部的峰值，而边 (边可视为离感应线圈的中屯、距远）扫过感应线圈中屯、点时的感应电压值低如图电压波形 下半部的谷值。
[0024] 在旋转体无振动平稳旋转时六个感应电压波形应该完全一样，即有相同的峰值， 又有相同的谷值。如果导磁的正六角突起图形没有加工误差，是完美的，在旋转体无摆动平 稳旋转时其六个电压波形应该完全一样其电压波形VC的包络值为0。运时旋转体旋转振动 为零。此六个感应电压波形称为标准感应电压波形。
[0025] 当旋转体旋转有振动时，此六个感应电压波形不一致，电压波形VC的包络值不为 0。此VC的包络值大小与旋转体旋转振动相对应，即应用旋转体旋转时转子横向摆动(震动） 幅度检测算法可W计算旋转体旋转振动值。
[0026] 由于感应电压与旋转体旋转速度有关，所W六个波形比较时应在同一旋转体旋转 速度(单位r/s，即转/秒)下比较(此时旋转体旋转频率不变），注意到旋转体仅旋转一圈即 可测量六个感应电压波形。而旋转体旋转一圈的时间是很小的（在6r/s<旋转速度< 1666.5 转/秒时，旋转体旋转一圈的时间范围在:0.6ms<T< 167ms)，实际测量时旋转体有可能加速 旋转，也可能减速旋转，但旋转一圈的时间T段内速度变化可W忽略为0。
[0027] 根据上述分析原理可得出一个简单结论，即正六角突起图形角边在扫过感应线圈 中屯、点时，若距离大(远)则感应电压波形小，而距离小(近)则感应电压波形大。感应电压波 形VC的包络值已经含有相对于感应线圈的中屯、距变化的数据。由于感应线圈的中屯、位置在 旋转体安装后是固定的所W测出相对于感应线圈的中屯、距变化的转子振幅就是当前旋转 体旋转频率下水平方向上的转子振幅值。
[0028] 旋转体旋转时应用感应电压波形间接测量振动的利用测速线圈信号测量转子的 振动信号，属于间接测量方式。该测量方法最大的优势就在于不需改变机器原有的任何设 计，不增加机器本身的任何成本。
[0029] 波形间接振动测量法虽然干扰多，振动测量误差大，但测量仪器较廉.而且只用原 安装在旋转体内的测量频率的感应线圈的输出电压来测量振动，除此外还可间接测量出相 位(重屯、偏移位置)和旋转体在高速旋转时的变形(伸长或缩短），旋转体的公转振动偏移等 参数。运些参数的综合是可W对旋转体旋转时的振动给出一个综合而恰当的评估，对旋转 体制造厂的工艺生产有益，能对应用旋转体生产产品的工厂的保养，维护检修做出合理的 评估。
[0030] 由于应用旋转体工作的生产厂使用的旋转体高达上百万台，所W该方法是有很大 意义的.由于有较高的性价比利于大规模推广应用。
[0031] 电子开关和放大环节必须能在整个感应电压范围内不失真.（高保真）。
[0032] AD采样器必须能在整个频率范围内采样足够的高精度数据.采用了采样频率〉1MC 的16bit高速高精度AD采样器。
[0033] 相位测量(重屯、偏移位置略）
[0034] 旋转体在高速旋转时的变形(伸长或缩短)测量略
[0035] 系统的振动测量误差分析：
[0036] 实际上除了旋转体旋转有振动外，正六角突起图形和旋转体的圆整度加工误差， 磁场的均匀度和变化(如测速线圈的差异，导磁环的机械加工误差，测速线圈安装位置和距 离的差异，转子伸长量变化等），测量系统的测量误差，外界电压干扰(低频尤甚），放大整形 电压波形崎变和硬件测量系统，软件处理，数据算法等都影响测量误差。
[0037] 测量系统的主要硬件和指标
[0038] 旋转体旋转时应用感应电压波形间接振动测量法的难点是由于测速线圈靠切割 磁力线产生感应电压，即应用感应电压与旋转速度基本成正比，在低频端感应电压低达数 毫伏，而高频端感应电压达6V-8V。而且频率范围从小于等于36化(6r/s*6 = 36化)到9999Hz (1666.虹/s*6 = 9999化）。为了在外界电压干扰下不失真的传输电压波形到AD采样窗口，必 须在传输和整形的全部环节中不用或少用滤波器和电容.必须尽量减少信号传输线的长 度，信号传输线间必须尽量隔离。