CN104457555A - 磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法和装置。该磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法包括：驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转；检测轴在旋转过程中的位移；以及根据检测结果计算悬浮中心的位置。通过本发明，能够准确得到轴悬浮中心位置。

Description

磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法和装置

技术领域

本发明涉及磁悬浮领域，具体而言，涉及一种磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法和装置。

背景技术

对于一个磁悬浮系统来说，由于需要通过轴悬浮的中心位置作为参考值进行磁悬浮的控制，因此确定轴悬浮的中心位置是非常重要的。现有技术中，通过传感器检测轴位移量的大小的方法确定轴悬浮中心的位置，但是由于重力的存在，使得得到的轴悬浮中心的位置不准确，容易导致磁悬浮系统损坏。

针对现有技术中检测轴悬浮中心的位置不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法和装置，以解决检测轴悬浮中心的位置不准确问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法。

根据本发明的磁悬浮系统中轴悬浮中心检测方法包括：驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转；检测轴在旋转过程中的位移；以及根据检测结果计算悬浮中心的位置。

进一步地，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转包括：通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流；通过正弦交流电流产生旋转磁场；以及通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。

进一步地，通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流包括：通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流；通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转包括：通过四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近保护轴承。

进一步地，通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流包括：通过查表的方式产生正弦交流电流。

进一步地，在检测轴在旋转过程中的位移之后，检测方法还包括：获取检测得到的位移波形；以及根据位移波形判断保护轴承的凹凸异常点，其中，将位移波形中的波形突变点对应的位置确定为保护轴承的凹凸异常点。

进一步地，在检测轴在旋转过程中的位移之后，检测方法还包括：获取检测得到的位移波形；以及根据位移波形判断保护轴承的圆度，其中，位移波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。

进一步地，在根据检测结果计算悬浮中心的位置之后，检测方法还包括：将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种磁悬浮系统中轴悬浮中心检测装置。

根据本发明的磁悬浮系统中轴悬浮中心检测装置包括：驱动单元，用于驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转；检测单元，用于检测轴在旋转过程中的位移；以及计算单元，用于根据检测结果计算悬浮中心的位置。

进一步地，驱动单元包括：第一生成模块，用于通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流；第二生成模块，用于通过正弦交流电流产生旋转磁场；以及驱动模块，用于通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。

进一步地，第一生成模块用于通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流；驱动模块用于通过四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近保护轴承。

进一步地，第一生成模块用于通过查表的方式产生正弦交流电流。

进一步地，检测装置还包括：获取单元，用于在检测轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形；以及第一判断单元，用于根据位移波形判断保护轴承的凹凸异常点，其中，将位移波形中的波形突变点对应的位置确定为保护轴承的凹凸异常点。

进一步地，检测装置还包括：获取单元，用于在检测轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形；以及第二判断单元，用于根据位移波形判断保护轴承的圆度，其中，位移波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。

进一步地，检测装置还包括：控制单元，用于在根据检测结果计算悬浮中心的位置之后，将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。

通过本发明，采用驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转，检测轴在旋转过程中的位移，并根据检测结果计算悬浮中心的位置的方法，能够避免重力因素降低检测悬浮中心的位置的准确度，解决了检测轴悬浮中心的位置不准确的问题，进而达到了准确得到轴悬浮中心位置的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的磁悬浮轴承的示意图；

图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的电流闭流环的流程图；

图5是根据本发明实施例的四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流的示意图；

图6是根据本发明第三实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图；

图7是根据本发明第四实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图；

图8是根据本发明第五实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图；

图9是根据本发明第一实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图；

图10是根据本发明第二实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图；

图11是根据本发明第三实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图；

图12是根据本发明第四实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图；以及

图13是根据本发明第五实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的磁悬浮轴承的示意图。如图所示，该磁悬浮轴承包括悬浮轴1和保护轴承2。其中，悬浮轴1位于保护轴承2内，在保护轴承2的外部可以设置多个线圈，使得通电后的线圈产生的磁力能够驱动保护轴承内的轴，使轴在保护轴承内悬浮旋转。优选地，保护轴承外部的多个线圈可以对称设置，能够保证轴在保护轴承的中心悬浮旋转。

为了检测磁悬浮系统中的悬浮轴中心在保护轴承的位置，在保护轴承外部还可以设置多个传感器3，多个传感器3可以与多个线圈设置在相同的方向。图1中的X1、Y1、X2、Y2分别表示一个传感器。

图1所示的磁悬浮轴承还示出了悬浮轴的径向Fx和Fy，需要说明的是，这里所说的Fx和Fy只是为了描述方便而引进的，并不用于限定本发明实施例的径向，本领域的技术人员应该知道，图1所示的Fx和Fy可以互换。下文所引用的Fx和Fy都是指图1中的径向Fx和Fy，并且在Fx和Fy互换的情况下，本发明实施例均可实现。

本发明实施例提供了一种磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置，该装置能够检测磁悬浮系统中轴悬浮中心的位置。

图2是根据本发明第一实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图。如图所示，该检测装置包括：驱动单元10、检测单元20和计算单元30。

驱动单元10用于驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。驱动磁悬浮系统中的轴1贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离保护轴承的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，如图1中轴在保护轴承内贴近传感器X1的方向进行旋转，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同，这里所说的旋转路径可以理解为轴围绕保护轴承的中心公转。

检测单元20用于检测轴在旋转过程中的位移。检测单元20能够检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。检测单元20可以是传感器，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

计算单元30用于根据检测结果计算悬浮中心的位置。在Fx和Fy方向上可以分别设置一个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，检测轴在X方向的位移的最大值、最小值和轴在Y方向的位移的最大值、最小值，根据轴在X方向的位移的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移的最大值+X方向的位移的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移的最大值+Y方向的位移的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

在Fx和Fy方向上可以分别设置两个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，根据轴在X方向的位移差值的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移差值的最大值+X方向的位移差值的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移差值的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移差值的最大值+Y方向的位移差值的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

图3是根据本发明第二实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图。如图所示，该检测装置包括：驱动单元10、检测单元20和计算单元30，其中，驱动单元10包括第一生成模块101、第二生成模块102和驱动模块103。

第一生成模块101用于通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流。如图4所示的电流闭环流程图中包括四个电流闭环。如图所示，图4中的I_ref-x1是X1方向上径向轴承线圈的电流参考值，该参考值与电流传感器检测的X1线圈中的电流反馈值进行做差处理后，经过PI控制后对控制器逆变电路的开关管进行调试，使得电流反馈值跟踪电流参考值。输入I_ref-x1的电流闭环可以在X1方向上生成正弦交流电流，同理可知，I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2分别表示Y1、X2和Y2方向上径向轴承线圈的电流参考值，I_Fdb-y1、I_Fdb-x2和I_Fdb-y2分别表示I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2的反馈信号。分别输入I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2的电流闭环可以分别在Y1、X2和Y2方向上生成正弦交流电流。输入I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2的电流闭环与输入I_ref-x1的电流闭环的工作原理相同，第一生成模块101可以通过图4所示流程图所示的方法使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流。可以通过一个电流闭环产生一个正弦交流电流，也可以通过多个电流闭环场所多个正弦交流电流。如果形成多个正弦交流电流，则多个正弦交流电流之间存在相位差。

第二生成模块102用于通过正弦交流电流产生旋转磁场。由于电生磁的现象，在对保护轴承外的径向轴承线圈通电以后，能够产生磁场。如果对保护轴承外的径向轴承线圈加上正弦交流电流，则在保护轴承内形成旋转磁场。本领域技术人员应该知晓的是，这里所说的旋转磁场是由交流电流的相位变化而引起的磁场方向的变化。在保护轴承外设置的径向轴承线圈可以是多个线圈，优选地，对每个线圈加的正弦交流电流可以存在一定的相位差，这样能够在同一时刻产生不同方向的磁场。

驱动模块103用于通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。对线圈加上正弦交流电流之后，在保护轴承内形成旋转磁场，该旋转磁场能够驱动悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。在同一时刻可以只有一个磁场，那么该磁场能够驱动轴贴近保护轴承旋转，在同一时刻还可以有多个不同方向的磁场，那么多个磁场的合力能够驱动轴贴近保护轴承旋转。

为了更好的驱动轴贴近保护轴承旋转，优选地，可以在保护轴承外设置四个径向轴承线圈，第一生成模块101可以通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流。四个相位互差90°的正弦交流电流能够产生四个不同方向的磁场，同幅同频能够使产生的磁场强度相同，能够更好的控制轴贴近保护轴承旋转，且旋转路径与保护轴承圆周形状相同。图5所示为本发明实施例的四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流的示意图。如图所示，电流X1、Y1、X2和Y2的相位依次相差90°，并且四个正弦交流电流的频率和幅度相同。图5中四个电流的参考值可以如下：

其中：I_ref-x1、I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2分别表示X1、Y1、X2和Y2方向上径向轴承线圈的电流参考值。

驱动模块103用于通过四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近保护轴承。以下结合图5对旋转磁场驱动轴贴近保护轴承运动进行说明。

t=0时刻，X1方向的电流最大，X2方向的电流为0，Y1和Y2方向电流相等，此时在忽略重力的情况下，轴承产生的合力趋近于X1方向，轴会贴近X1方向的保护轴承。

0～t1时间段内，X1电流减小，X2的电流增大，且X1方向的电流大于X2方向的电流，X方向的电磁力正向减小；Y方向上，Y1的电流增大，Y2的电流减小，且Y1方向的电流大于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力正向增大，此时轴承产生的电磁合力逐渐从X1方向旋转到Y1方向。在t1时刻，轴承合力趋近于Y1方向，此时轴贴近Y1方向的保护轴承。

t1～t2时间段内，X1电流继续减小，X2的电流继续增大，且X1方向的电流小于X2方向的电流，X方向的电磁力负向增大；Y方向上，Y1的电流减小，Y2的电流增大，且Y1方向的电流大于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力正向减小，此时轴承产生的电磁合力逐渐从Y1方向旋转到X2方向。在t2时刻，轴承合力趋近于X2方向，此时轴贴近X2方向的保护轴承。

t2～t3时间段内，X1电流增大，X2的电流减小，且X1方向的电流小于X2方向的电流，X方向的电磁力负向减小；Y方向上，Y1的电流减小，Y2的电流增大，且Y1方向的电流小于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力负向增大，此时轴承产生的电磁合力逐渐从X2方向旋转到Y2方向。在t3时刻，轴承合力趋近于Y2方向，此时轴贴近Y2方向的保护轴承。

t3～t4时间段内，X1电流继续增大，X2的电流继续减小，且X1方向的电流大于X2方向的电流，X方向的电磁力正向增大；Y方向上，Y1的电流增大，Y2的电流减小，且Y1方向的电流小于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力负向减小，此时轴承产生的电磁合力逐渐从Y2方向旋转到X1方向。

在t4时刻，轴承合力趋近于X1方向，此时轴贴近X1方向的保护轴承，与t=0时刻相同。

为了在生成正弦波时节省系统资源和节约执行时间，本发明实施例可以利用第一生成模块101通过查表的方式产生正弦交流电流。可以将正弦波的数据保存在外部存储器中，在需要生成正弦交流电流时，通过正弦波的频率和振幅在外部存储器中查找需要的正弦波数据，并且根据正弦波数据直接得到正弦交流电流。

图6是根据本发明第三实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图。如图所示，该检测装置包括：驱动单元10、检测单元20、计算单元30、获取单元40和第一判断单元50。图6所示实施例中的驱动单元10、检测单元20和计算单元30与图2所示实施例中的驱动单元10、检测单元20和计算单元30的功能相同，在此不做赘述。

获取单元40用于在检测轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形。轴在旋转过程中的位移可能在每个时刻都是不同的，因此可以根据检测得到的位移得到位移波形。例如，建立一坐标系，以横轴作为时间坐标，以纵轴为位移坐标，那么，每个时刻都可以在上述坐标上得到相应的点，将多个点连起来就能够得到位移的波形。检测得到的位移波形可以是在径向Fx方向上的位移波形，也可以是在径向Fy方向上的位移波形。

第一判断单元50用于根据位移波形判断保护轴承的凹凸异常点，其中，将位移波形中的波形突变点对应的位置确定为保护轴承的凹凸异常点。在得到位移波形之后，能够直观的看到位移波形的突变点，位移波形上的突变点可以对应到一个时刻或者某个时刻的位移，根据对应的时刻或者某个时刻的位移能够确定保护轴承的异常点。如果位移波形的某处突然变大或者变小，能够表明相对应位置的保护轴承内圆有凸点或者轴外圆有凹点。

图7是根据本发明第四实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图。如图所示，该检测装置包括：驱动单元10、检测单元20、获取单元40和第二判断单元60。图7所示实施例中的驱动单元10、检测单元20与图2所示实施例中的驱动单元10、检测单元20的功能相同，在此不做赘述。

获取单元40用于在检测轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形。轴在旋转过程中的位移可能在每个时刻都是不同的，因此可以根据检测得到的位移得到位移波形。例如，在坐标的横轴作为时间坐标，纵轴为位移坐标，那么，每个时刻都可以在上述坐标上得到相应的点，将多个点连起来就能够得到位移的波形。检测得到的位移波形可以是在径向Fx方向上的位移波形，也可以是在径向Fy方向上的位移波形。

第二判断单元60用于根据位移波形判断保护轴承的圆度，其中，位移波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。保护轴承越圆，保护轴承内的轴的可偏离中心的范围越大，轴在相同的可偏离中心的范围内运动时出现轴碰撞保护轴承的几率就越小，因此保护轴承越圆越好。在位移波形中看到的波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。

图8是根据本发明第五实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置的示意图。如图所示，该检测装置包括：驱动单元10、检测单元20、计算单元30和控制单元70。图7所示实施例中的驱动单元10、检测单元20和计算单元30与图2所示实施例中的驱动单元10、检测单元20和计算单元30的功能相同，在此不做赘述。

控制单元70用于在根据检测结果计算悬浮中心的位置之后，将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。在计算得到悬浮中心的位移之后，可以将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值来控制浮轴。这里所说的浮轴可以是磁悬浮系统中保护轴承内的轴。

通过将计算得到的悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制，能够在浮轴偏离中心位置时，控制浮轴在悬浮中心旋转运动，不仅能保证系统的稳定性，还能避免轴碰撞保护轴承而造成的系统损伤。

本发明实施例还提供了一种磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法。本发明实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法可以通过本发明实施例所提供的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置来执行，本发明实施例的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置也可以用于执行本发明实施例所提供的磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法。

以下结合附图对磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法进行详细阐述，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图9是根据本发明第一实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离该轴的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同。

步骤S102，检测轴在旋转过程中的位移。检测轴在旋转过程中的位移可以检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。检测单元20可以是传感器，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

步骤S103，根据检测结果计算悬浮中心的位置。在Fx和Fy方向上可以分别设置一个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，检测轴在X方向的位移的最大值、最小值和轴在Y方向的位移的最大值、最小值，根据轴在X方向的位移的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移的最大值+X方向的位移的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移的最大值+Y方向的位移的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

在Fx和Fy方向上可以分别设置两个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，根据轴在X方向的位移差值的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移差值的最大值+X方向的位移差值的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移差值的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移差值的最大值+Y方向的位移差值的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

图10是根据本发明第二实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S201，通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流。如如图4所示的电流闭环流程图中包括四个电流闭环。如图所示，图4中的I_ref-x1是X1方向上径向轴承线圈的电流参考值，该参考值与电流传感器检测的X1线圈中的电流反馈值进行做差处理后，经过PI控制后对控制器逆变电路的开关管进行调试，使得电流反馈值跟踪电流参考值。输入I_ref-x1的电流闭环可以在X1方向上生成正弦交流电流，同理可知，I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2分别表示Y1、X2和Y2方向上径向轴承线圈的电流参考值，分别输入I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2的电流闭环可以分别在Y1、X2和Y2方向上生成正弦交流电流。输入I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2的电流闭环与输入I_ref-x1的电流闭环的工作原理相同，第一生成模块101可以通过图4所示流程图所示的方法使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流。可以通过一个电流闭环产生一个正弦交流电流，也可以通过多个电流闭环场所多个正弦交流电流。如果形成多个正弦交流电流，则多个正弦交流电流之间存在相位差。

步骤S202，通过正弦交流电流产生旋转磁场。由于电生磁的现象，在对保护轴承外的径向轴承线圈通电以后，能够产生磁场。如果对保护轴承外的径向轴承线圈加上正弦交流电流，则在保护轴承内形成旋转磁场。本领域技术人员应该知晓的是，这里所说的旋转磁场是由交流电流的相位变化而引起的磁场方向的变化。在保护轴承外设置的径向轴承线圈可以是多个线圈，优选地，对每个线圈加的正弦交流电流可以存在一定的相位差，这样能够在同一时刻产生不同方向的磁场。

步骤S203，通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。对线圈加上正弦交流电流之后，在保护轴承内形成旋转磁场，该旋转磁场能够驱动悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。在同一时刻可以只有一个磁场，那么该磁场能够驱动轴贴近保护轴承旋转，在同一时刻还可以有多个不同方向的磁场，那么多个磁场的合力能够驱动轴贴近保护轴承旋转。

为了更好的驱动轴贴近保护轴承旋转，优选地，通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流包括：通过电流闭环使磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流。四个相位互差90°的正弦交流电流能够产生四个不同方向的磁场，同幅同频能够使产生的磁场强度相同，能够更好的控制轴贴近保护轴承旋转，且旋转路径与保护轴承圆周形状相同。图5所示为本发明实施例的四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流的示意图。如图所示，电流X1、Y1、X2和Y2的相位依次相差90°，并且四个正弦交流电流的频率和幅度相同。图5中四个电流的参考值可以如下：

其中：I_ref-x1、I_ref-y1、I_ref-x2、I_ref-y2分别表示X1、Y1、X2和Y2方向上径向轴承线圈的电流参考值。

优选地，通过旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转包括：通过四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近保护轴承。旋转磁场驱动磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近保护轴承的过程如下：

t=0时刻，X1方向的电流最大，X2方向的电流为0，Y1和Y2方向电流相等，此时在忽略重力的情况下，轴承产生的合力趋近于X1方向，轴会贴近X1方向的保护轴承。

0～t1时间段内，X1电流减小，X2的电流增大，且X1方向的电流大于X2方向的电流，X方向的电磁力正向减小；Y方向上，Y1的电流增大，Y2的电流减小，且Y1方向的电流大于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力正向增大，此时轴承产生的电磁合力逐渐从X1方向旋转到Y1方向。在t1时刻，轴承合力趋近于Y1方向，此时轴贴近Y1方向的保护轴承。

t1～t2时间段内，X1电流继续减小，X2的电流继续增大，且X1方向的电流小于X2方向的电流，X方向的电磁力负向增大；Y方向上，Y1的电流减小，Y2的电流增大，且Y1方向的电流大于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力正向减小，此时轴承产生的电磁合力逐渐从Y1方向旋转到X2方向。在t2时刻，轴承合力趋近于X2方向，此时轴贴近X2方向的保护轴承。

t2～t3时间段内，X1电流增大，X2的电流减小，且X1方向的电流小于X2方向的电流，X方向的电磁力负向减小；Y方向上，Y1的电流减小，Y2的电流增大，且Y1方向的电流小于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力负向增大，此时轴承产生的电磁合力逐渐从X2方向旋转到Y2方向。在t3时刻，轴承合力趋近于Y2方向，此时轴贴近Y2方向的保护轴承。

t3～t4时间段内，X1电流继续增大，X2的电流继续减小，且X1方向的电流大于X2方向的电流，X方向的电磁力正向增大；Y方向上，Y1的电流增大，Y2的电流减小，且Y1方向的电流小于Y2方向的电流，Y方向上的电磁力负向减小，此时轴承产生的电磁合力逐渐从Y2方向旋转到X1方向。

在t4时刻，轴承合力趋近于X1方向，此时轴贴近X1方向的保护轴承，与t=0时刻相同。

步骤S204，检测轴在旋转过程中的位移。检测轴在旋转过程中的位移可以是检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。可以通过传感器检测轴在旋转过程中的位移，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

步骤S205，根据检测结果计算悬浮中心的位置。在Fx和Fy方向上可以分别设置一个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，检测轴在X方向的位移的最大值、最小值和轴在Y方向的位移的最大值、最小值，根据轴在X方向的位移的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移的最大值+X方向的位移的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移的最大值+Y方向的位移的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

在Fx和Fy方向上可以分别设置两个传感器，根据检测结果计算悬浮中心的位置可以在轴旋转了N周之后，根据轴在X方向的位移差值的最大值、最小值计算X方向的中心为（X方向的位移差值的最大值+X方向的位移差值的最小值）/2，根据轴在Y方向的位移差值的最大值、最小值计算Y方向的中心为（Y方向的位移差值的最大值+Y方向的位移差值的最小值）/2，根据X方向的中心和Y方向的中心得到轴的悬浮中心位置。

为了在生成正弦波时节省系统资源和节约执行时间，优选地，通过查表的方式产生正弦交流电流。可以将正弦波的数据保存在外部存储器中，在需要生成正弦交流电流时，通过正弦波的频率和振幅在外部存储器中查找需要的正弦波数据，并且根据正弦波数据直接得到正弦交流电流。

图11是根据本发明第三实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。图11所示的实施例可以作为图9所示实施例的优选实施方式，该优选实施方式包括如下步骤：

步骤S301，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离该轴的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同。

步骤S302，检测轴在旋转过程中的位移。检测轴在旋转过程中的位移可以检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。检测单元20可以是传感器，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

步骤S303，获取检测得到的位移波形。轴在旋转过程中的位移可能在每个时刻都是不同的，因此可以根据检测得到的位移得到位移波形。例如，在坐标的横轴作为时间坐标，纵轴为位移坐标，那么，每个时刻都可以在上述坐标上得到相应的点，将多个点连起来就能够得到位移的波形。检测得到的位移波形可以是在径向Fx方向上的位移波形，也可以是在径向Fy方向上的位移波形。

步骤S304，根据位移波形判断保护轴承的凹凸异常点，其中，将位移波形中的波形突变点对应的位置确定为保护轴承的凹凸异常点。在得到位移波形之后，能够直观的看到位移波形的突变点，位移波形上的突变点可以对应到一个时刻或者某个时刻的位移，根据对应的时刻或者某个时刻的位移能够确定保护轴承的异常点。如果位移波形的某处突然变大或者变小，能够表明相对应位置的保护轴承内圆有凸点或者轴外圆有凹点。

图12是根据本发明第四实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。图12所示的实施例可以作为图9所示实施例的优选实施方式，该优选实施方式包括如下步骤：

步骤S401，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离该轴的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同。

步骤S402，检测轴在旋转过程中的位移。检测轴在旋转过程中的位移可以检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。检测单元20可以是传感器，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

步骤S403，获取检测得到的位移波形。轴在旋转过程中的位移可能在每个时刻都是不同的，因此可以根据检测得到的位移得到位移波形。例如，在坐标的横轴作为时间坐标，纵轴为位移坐标，那么，每个时刻都可以在上述坐标上得到相应的点，将多个点连起来就能够得到位移的波形。检测得到的位移波形可以是在径向Fx方向上的位移波形，也可以是在径向Fy方向上的位移波形。

步骤S404，根据位移波形判断保护轴承的圆度，其中，位移波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。保护轴承越圆，保护轴承内的轴的可偏离中心的范围越大，轴在相同的可偏离中心的范围内运动时出现轴碰撞保护轴承的几率就越小，因此保护轴承越圆越好。在位移波形中看到的波形的平滑度越高，保护轴承的圆度越好。

图13是根据本发明第五实施例磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S501，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转。驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离该轴的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同。

步骤S502，检测轴在旋转过程中的位移。驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转可以是驱动轴偏离该轴的中心旋转，在旋转的过程中可以向保护轴承的内圆无限贴近，贴近保护轴承旋转的路径可以与保护轴承的内圆的圆周相同。

步骤S503，根据检测结果计算悬浮中心的位置。检测单元20能够检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。检测单元20可以是传感器，可以在Fx方向通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，也可以在Fx方向通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fx方向的位移，同样的，在Fy方向上可以通过一个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移，也可以通过两个传感器检测轴在旋转过程中Fy方向的位移。

步骤S504，将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。在计算得到悬浮中心的位移之后，可以将悬浮中心的位置作为位移信号的参考值来控制浮轴。这里所说的浮轴可以是磁悬浮系统中保护轴承内的轴。

通过将计算得到的悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制，能够在浮轴偏离中心位置时，控制浮轴在悬浮中心旋转运动，不仅能保证系统的稳定性，还能避免轴碰撞保护轴承而造成的系统损伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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保护范围之内。

Claims (14)

1.一种磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测方法，其特征在于，包括：

驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转；

检测所述轴在旋转过程中的位移；以及

根据检测结果计算悬浮中心的位置。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转包括：

通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流；

通过所述正弦交流电流产生旋转磁场；以及

通过所述旋转磁场驱动所述磁悬浮系统中的轴贴近所述保护轴承旋转。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，

通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流包括：通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流；

通过所述旋转磁场驱动所述磁悬浮系统中的轴贴近所述保护轴承旋转包括：通过所述四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动所述磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近所述保护轴承。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流包括：

通过查表的方式产生所述正弦交流电流。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在检测所述轴在旋转过程中的位移之后，所述检测方法还包括：

获取检测得到的位移波形；以及

根据所述位移波形判断所述保护轴承的凹凸异常点，其中，将所述位移波形中的波形突变点对应的位置确定为所述保护轴承的凹凸异常点。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在检测所述轴在旋转过程中的位移之后，所述检测方法还包括：

获取检测得到的位移波形；以及

根据所述位移波形判断所述保护轴承的圆度，其中，所述位移波形的平滑度越高，所述保护轴承的圆度越好。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在根据检测结果计算悬浮中心的位置之后，所述检测方法还包括：

将所述悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。

8.一种磁悬浮系统中轴悬浮中心的检测装置，其特征在于，包括：

驱动单元，用于驱动磁悬浮系统中的轴贴近保护轴承旋转；

检测单元，用于检测所述轴在旋转过程中的位移；以及

计算单元，用于根据检测结果计算悬浮中心的位置。

9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述驱动单元包括：

第一生成模块，用于通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生正弦交流电流；

第二生成模块，用于通过所述正弦交流电流产生旋转磁场；以及

驱动模块，用于通过所述旋转磁场驱动所述磁悬浮系统中的轴贴近所述保护轴承旋转。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，

所述第一生成模块用于通过电流闭环使所述磁悬浮系统中的径向轴承线圈产生四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流；

所述驱动模块用于通过所述四个相位互差90°同频同幅的正弦交流电流产生的旋转磁场驱动所述磁悬浮系统中的轴依次由四个不同方向贴近所述保护轴承。

11.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述第一生成模块用于通过查表的方式产生所述正弦交流电流。

12.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

获取单元，用于在检测所述轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形；以及

第一判断单元，用于根据所述位移波形判断所述保护轴承的凹凸异常点，其中，将所述位移波形中的波形突变点对应的位置确定为所述保护轴承的凹凸异常点。

13.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括：

获取单元，用于在检测所述轴在旋转过程中的位移之后，获取检测得到的位移波形；以及

第二判断单元，用于根据所述位移波形判断所述保护轴承的圆度，其中，所述位移波形的平滑度越高，所述保护轴承的圆度越好。

14.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

控制单元，用于在根据检测结果计算悬浮中心的位置之后，将所述悬浮中心的位置作为位移信号的参考值进行浮轴控制。