本发明属于电机领域，尤其涉及一种新型磁悬浮高速电机及检测电机转子位置的方法。
背景技术
高速永磁电机转子每分钟高达数万转甚至十几万转，常规高速电机控制采用转子无位置控制算法进行电机控制，由于位置估算不准确会造成电机失步，严重时可引起转子磁钢的不可逆失磁。
对电机转速要求较高场合多选用旋转变压器提供转子实时位置。目前旋转变压器最高转速在30000rpm以内，且随着转速提高旋变安装尺寸越小，对于大功率高速电机，由于电机尺寸较大影响了其在高速大功率电机场合应用。
因此，需要提供一种新型磁悬浮高速电机及检测电机转子位置的方法来解决现有技术的不足。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型磁悬浮高速电机及检测电机转子位置的方法，将转子位置传感器探头与径向位移传感器探头集成到一起，从而在单个检测传感器上集成了转子空间角度和磁轴承位移的测量，使高速电机的结构更加紧凑。
一种新型磁悬浮高速电机，包括转子和定子，所述转子包括：径向位移检测柱体和位置检测柱体，所述径向位移检测柱体和位置检测柱体同轴设置，且所述径向位移检测柱体为半径为r的圆柱体，所述位置检测柱体为边缘为规则弧形的柱体，且所述位置检测柱体的最大半径为r。
进一步的，所述规则弧形包括：至少一个突起部和至少一个凹陷部，所述突起部与所述凹陷部依次间隔出现。
进一步的，所述位置检测柱体的弧形面与轴心间的距离为r，其中r＝r0+a*sin(360*t*n)，theta＝t*360，r0+a≤r，r0为所述位置检测柱体弧形面的基本尺寸，a为所述位置检测柱体的弧形面相对于半径为r0圆柱面的波动幅值，theta为转子旋转时位置检测柱体的角度，t为取值为0～1的常数，n为转子旋转一周位置检测柱体的弧形面波动的周期数，n为正整数。
进一步的，还包括：检测传感器，所述检测传感器包括：径向位移传感器探头和转子位置传感器探头，所述径向位移传感器探头与所述径向位移检测柱体的弧形面垂直设置，所述转子位置传感器探头与所述位置检测柱体的弧形面垂直设置。
一种检测电机转子位置的方法，用于检测上述任一所述的新型磁悬浮高速电机转子的位置，包括：
检测径向位移检测柱体的位置；
通过所述位置计算转子的位置。
进一步的，所述检测径向位移检测柱体的位置包括：测量径向位移传感器探头到径向位移检测柱体的弧形面的距离。
进一步的，所述计算转子的位置包括：根据下式所示计算转子位置传感器探头与位置检测柱体的弧形面间的距离，
delta＝delta0+a*sin(3600*t*n)-deltar
a+r0≤r
其中，delta为转子位置传感器探头与位置检测柱体的弧形面的径向距离，delta0为转子无偏心时径向位移传感器探头与径向位移检测柱体的弧形面的径向距离，r为径向位移检测柱体的半径，r0为位置检测柱体弧形面的基本尺寸，t为取值为0～1的常数，n为转子旋转一周位置检测柱体的弧形面波动的周期数，n为正整数，deltar为转子偏移时径向位移传感器探头与径向位移检测柱体的弧形面的径向距离。
本发明的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的技术方案将转子设计为上下两部分不同形状的结构，通过检测传感器检测上下两部分的外表面与传感器间的距离计算得到转子空间位置，而实现转子空间角度的间接测量。
本发明提供的技术方案转子位置通过传感器直接读取无需通过无位置算法进行估算，大大提供电机控制精度，防止电机失步及不可逆失磁。
本发明提供的技术方案中的检测传感器可集成到现有磁悬浮轴承径向位移传感器中，只需在现有径向位移传感器增加轴向空间布置角度检测探头即可，简单实用。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明转子截面图；
图3是本发明转子与传感器探头相对位置示意图；
图4是本发明检测距离变化与转子位置关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
实施例1、
本发明提供了一种新型磁悬浮高速电机，如图1所示，包括转子和定子，转子包括：径向位移检测柱体和位置检测柱体。
其中，径向位移检测柱体和位置检测柱体同轴设置，且径向位移检测柱体为半径为r的圆柱体，位置检测柱体为边缘为规则弧形的柱体，且位置检测柱体的最大半径为r。
可选的，规则弧形包括：至少一个突起部和至少一个凹陷部，突起部与凹陷部依次间隔出现。
可选的，电机转子的位置检测柱体的弧形检测面按如下公式进行设计，以电机转子轴线为z轴建立柱坐标系，径向位移检测柱体半径r,则位置检测柱体的弧形检测面的方程如下：
r＝r0+a*sin(360*t*n)
theta＝t*360
z＝z0
式中，r0为所述位置检测柱体弧形面的基本尺寸，a为所述位置检测柱体的弧形面相对于半径为r0圆柱面的波动幅值，且r0+a≤r，theta为转子旋转时位置检测柱体的角度，t为取值为0～1的常数，n为转子旋转一周位置检测柱体的弧形面波动的周期数，n为正整数。位置检测柱体的弧形检测面的形状图如图2-3所示。
可选的，还包括：检测传感器，
检测传感器包括：径向位移传感器探头和转子位置传感器探头，径向位移传感器探头与径向位移检测柱体的弧形面垂直设置，转子位置传感器探头与所述位置检测柱体的弧形面垂直设置。
可选的，径向位移传感器探头和转子位置传感器探头为轴向并排且二者轴向位置相同，转子位置传感器探头检测转子空间位置，径向位移传感器探头检测转子位移精度。
通过以上设计在一个传感器上集成转子空间角度及转子位移的测量功能，实现对转子空间角度的间接测量，从而在单个传感器集成转子空间角度及磁轴承位移的测量，使电机的结构更加紧凑。
实施例2、
基于同一发明构想，本发明提供了一种检测电机转子位置的方法，用于检测上述任一新型磁悬浮高速电机转子的位置，包括：
检测径向位移检测柱体的位置；
通过所述位置计算转子的位置。
其中，径向位移检测柱体的位置为径向位移传感器探头到径向位移检测柱体的弧形面的距离。如图4所示，为转子转动时检测距离变化与转子位置关系示意图。
可选的，计算转子的位置包括：根据下式所示计算转子位置传感器探头与位置检测柱体的弧形面间的距离，
delta＝delta0+a*sin(360*t*n)-deltar
a+r0≤r
其中，delta为转子位置传感器探头与位置检测柱体的弧形面的径向距离，delta0为转子无偏心时径向位移传感器探头与径向位移检测柱体的弧形面的理想径向距离，r为径向位移检测柱体的半径，r0为位置检测柱体弧形面的基本尺寸，t为取值为0～1的常数，n为转子旋转一周位置检测柱体的弧形面波动的周期数，n为正整数，deltar为转子偏移时径向位移传感器探头与径向位移检测柱体的弧形面的径向距离。
由公式可知转子位置传感器探头与转子表面的间隙值delta以delta0为中心进行上下脉振，对测量电压信号进行解算即可计算得到转子空间位置，而实现转子空间角度的间接测量。
磁悬浮电机转子或者滚珠轴承支撑转子在高速旋转时不可避免会偏离中心位置，因为磁轴承径向位移传感器可对主轴偏离中心位置进行检测，该检测值正好作为转子运行时偏离中心位置的补偿，补偿因转子偏离中心位置导致转子位置传感器探头与转子表面的理想值的偏差。如当转子轴位于距离为deltar，转子位置传感器探头检测距离为delta时，则对此时转子位置的对应进行解算时需要减去deltar得到因转子位置偏离中心位置引起测量值与转子实际角度的偏差。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuits，asic)、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、数字信号处理设备(dspdevice，dspd)、可编程逻辑设备(programmablelogicdevice，pld)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。