磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法與流程
2024-03-08 00:16:15
本發明涉及磁懸浮領域，特別是涉及磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法。
背景技術：
磁懸浮軸承的控制如圖4所示，給定一個參考位置，反饋軸的實時位置信息，經位置控制器後得電流給定，該電流給定與軸實時電流反饋經電流控制器使軸達到參考位置。磁懸浮軸承通過改變懸浮繞組的電流，從而改變磁軸承上各個方向的磁力，使軸實現穩定懸浮。為了軸能穩定懸浮並旋轉，其穩定懸浮的位置的選定是非常重要的，最理想的情況為懸浮位置即為電機定子的中心位置。
對於中心位置的檢測方法，傳統的方法為手動檢測：如單給定某一方向一個固定大小的電流，將軸承吸在某個極限位置，此時的軸承位置記為P1，然後給另一個方向給定電流，此時的軸承位置記為P2，則在這個方向上，軸承的中心位置即為:P＝1/2(P1+P2)。
當然也有自動檢測，自動檢測無非是將手動檢測的過程自動化，如從一個極限位置過渡到另一個極限位置，其中檢測方法大多是基於電流控制的，但基於電流控制的中心位置檢測，無論是手動的還是自動的，在面對不同型號的軸承時，由於軸承重量的不同，在檢測位置時，需要手動調節電流幅值的最大值，才能實現位置的準確檢測。故而在實際應用中，這種方法受具體軸承的型號的限制。
技術實現要素：
基於此，有必要針對在檢測軸承參考位置時需不同型號的軸承對應不同的檢測電流的問題，提供一種中心位置檢測不受具體軸承型號限制、能夠降低軸承損傷風險的磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法。
一種磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法，包括以下步驟：
於保護軸承內壁之外設置若干給定參考位置，所述若干給定參考位置依次連接能夠形成閉合軌跡，所述保護軸承內壁位於閉合軌跡內部；依次以每個給定參考位置作為磁懸浮軸承轉子軸的目標位置，對磁懸浮軸承轉子軸施加驅動力使其在保護軸承內壁中旋轉運動至少一周；檢測所述轉子軸在保護軸承內壁中運動的實際位移；根據檢測的位移結果計算懸浮中心的位置。
在其中一個實施例中，檢測所述轉子軸在運動過程中的實際位移的步驟中，檢測得到轉子軸在X方向上的最大位置坐標和最小位置坐標以及Y方向上的最大位置坐標和最小位置坐標。
在其中一個實施例中，根據檢測的位移結果計算懸浮中心的位置的步驟中，X方向上的最大位置坐標和最小位置坐標的中點與Y方向上的最大位置坐標和最小位置坐標的中點即為磁懸浮軸承懸浮中心位置。
在其中一個實施例中，所述轉子軸在保護軸承內壁中運動的實際位移通過磁懸浮系統中的傳感器檢測。
在其中一個實施例中，所述傳感器設置有四個且沿磁懸浮軸承定子周向均勻設置。
在其中一個實施例中，所述驅動力為磁懸浮系統中的懸浮繞組產生的電磁力。
在其中一個實施例中，所述懸浮繞組設置有四組且沿定子周向均勻分布。
在其中一個實施例中，所述閉合軌跡的形狀為圓形。
在其中一個實施例中，所述閉合軌跡與保護軸承內壁同心。
在其中一個實施例中，所述閉合軌跡的形狀為矩形或不規則形狀。
上述磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法，更換不同型號的軸承時，無需手動改變檢測電流，只要將若干給定參考位置設置於保護軸承內壁之外且沿順時針或逆時針方向依次作為轉子軸的目標位置，便會對轉子軸產生驅動力使其圍繞保護軸承內壁繞轉，進而檢測轉子軸實際位移以求出中心位置。該檢測方法可解決所有型號的軸承位置的檢測，並且在檢測過程中轉子軸不會發生位移的突變，大大降低了軸承損傷的風險。
參考位置依次連接形成的閉合軌跡只要位於保護軸承內壁之外，具體軌跡不受限制，可以為圓形、矩形或不規則形狀，任意形狀均可滿足位置檢測要求。
附圖說明
圖1為本發明磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法中給定參考位置的閉合軌跡為圓形的示意圖；
圖2為本發明磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法中給定參考位置的圓形閉合軌跡與保護軸承同心的示意圖；
圖3為本發明磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法中給定參考位置的閉合軌跡為矩形的示意圖；
圖4為磁懸浮軸承的控制圖。
具體實施方式
如圖1所示，磁懸浮軸承包括轉子軸110和保護軸承130。其中轉子軸110位於保護軸承130內。在磁懸浮軸承的工作過程中，轉子軸110能夠處於懸浮的平衡位置，也稱為參考位置。
本發明磁懸浮軸承懸浮中心位置檢測方法，包括以下步驟：
步驟S101，於保護軸承130內壁之外設置若干給定參考位置100，若干給定參考位置100依次連接能夠形成閉合軌跡120，保護軸承130內壁位於閉合軌跡120內部。
步驟S102，依次以每個給定參考位置100作為磁懸浮軸承轉子軸110的目標位置，對磁懸浮軸承轉子軸110施加驅動力使其在保護軸承130內壁中旋轉運動至少一周。
步驟S103，檢測轉子軸110在保護軸承130內壁中運動的實際位移。
步驟S104，根據檢測的位移結果計算懸浮中心的位置。
該方法在更換不同型號的軸承時，無需手動改變檢測電流，只要將若干給定參考位置設置於保護軸承內壁之外且沿順時針或逆時針方向依次作為轉子軸的目標位置，便會對轉子軸產生驅動力使其圍繞保護軸承內壁繞轉，進而檢測轉子軸實際位移以求出中心位置。該檢測方法可解決所有型號的軸承位置的檢測，並且在檢測過程中轉子軸不會發生位移的突變，大大降低了軸承損傷的風險。
在其中一個實施例，步驟S103中，檢測得到轉子軸110在X方向上的最大位置坐標XMax和最小位置坐標XMin以及Y方向上的最大位置坐標YMax和最小位置坐標YMin。
在步驟S104中，X方向上的最大位置坐標XMax和最小位置坐標XMin的中點與Y方向上的最大位置坐標YMax和最小位置坐標YMin的中點為磁懸浮軸承懸浮中心位置，即
進一步地，轉子軸110在保護軸承130內壁中運動的實際位移通過設置在磁懸浮系統中的傳感器(未示出)檢測，傳感器設置有四個且沿定子周向均勻設置。
進一步地，驅動力為磁懸浮系統中的懸浮繞組140產生的電磁力，懸浮繞組140設置有四組且沿定子周向均勻分布。
在其中一個實施例中，如圖1所示，給定參考位置100的閉合軌跡120為圓形，為了方便論述，設定給定參考位置100的圓形軌跡為圓1，即圖2中虛線圓的軌跡；保護軸承130的內壁形狀為圓2，即實心加粗線的軌跡。當圓1和圓2的中心位置不重合的時候，是實際中最常見的情況。
優選地，如圖2所示，當圓1和圓2的中心位置重合的時候，即圓1和圓2為同心圓的時候，自動檢測位置的狀況是最佳的。則在最佳狀況的檢測位置運行過程如下：
首先，將若干給定參考位置100設定在保護軸承130內壁之外，給定參考位置100依次連接能夠形成閉合軌跡，在電流控制器和位置控制器的作用下，轉子軸110有向著給定參考位置100(保護軸承外)運動的趨勢，當然由於保護軸承130的限制，轉子軸110的實際位置將不再改變，此時達到轉子軸110的極限位置，其位置信息被傳感器記錄下來；因而，當圖2中順時針或逆時針依次以每個定參考位置作為磁懸浮軸承轉子軸110的目標位置時，在轉子軸110向給定參考位置100移動的趨勢以及保護軸承130的限制之下，在給定參考位置100順時針或逆時針變換一周時，實際轉子軸110也沿著保護軸承130內壁滾動了一周，從而可以通過傳感器測量出轉子軸110在X、Y方向的極限位置，進而推算出中心位置。
設圓2中，X方向兩極限位置的位置信息記為X1、X2，Y方向兩極限位置的位置信息即為Y1、Y2，圓心坐標為(a，b)。則圓1的軌跡可用下式表示：
(x-a)2+(y-b)2＝r2
則圓1的X坐標和Y坐標關於時間t的運行軌跡為：
則，當若干給定參考位置100位於上述軌跡，隨時間t依次作為轉子軸110的目標位置時，轉子軸110也沿著保護軸承130內壁滾動。給定參考位置100的數量設置越多，相鄰給定參考位置100之間的距離就越小，越能保證轉子軸110一直貼著保護軸承130內壁滾動。在轉子軸110沿保護軸承130內壁滾動的同時，通過傳感器實時記錄轉子軸110在X方向及Y方向的位置信息，通過比較，得出X方向的最大位置坐標為XMax，最小位置坐標為XMin，Y方向的最大位置坐標為YMax，最小位置坐標為YMin，則中心位置坐標為：
在另一個實施例中，如圖3所示，給定參考位置100的連接形成的閉合軌跡120為矩形，其檢測方法與上述圓形軌跡的檢測方法基本一致。由於轉子軸110有向著給定參考位置100運動的趨勢以及在保護軸承130的限制下，轉子軸110的實際位置將貼著保護軸承130內壁達到極限位置，轉子軸110繞保護軸承130內壁旋轉過程中實時檢測轉子軸110的位置信息，通過比較和計算便能得到中心位置。因此給定參考位置100隻要滿足位於保護軸承130內壁之外，任意軌跡的參考位置給定均能準確地測量出保護軸承130的中心位置。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。