CN109340257B - 磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法 - Google Patents

磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法。该磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法包括：对轴承悬浮气隙进行检测；判断轴承悬浮气隙是否正常；若轴承悬浮气隙异常时，调整轴承的定子和转子的相对位置，对轴承悬浮气隙进行修复。根据本发明的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，能够自动对悬浮气隙进行修复，无需拆除轴承，成本较低，效率较高。

Description

磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法
技术领域
本发明属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法。
背景技术
磁悬浮轴承技术的基本原理是利用定子铁芯和转子铁芯的磁场力来实现转轴的无接触支承。由于定、转子之间没有机械接触，所以磁悬浮轴承可以承受极高的转速。高速悬浮运转的轴由于系统或其他原因导致轴失稳碰撞，可能导致转轴上出现毛刺或者铁屑；另外，磁悬浮轴承系统的运行环境也可能会带进来杂质。这些意外的情况都会导致磁悬浮悬浮气隙变小。而轴和轴承之间必须要有足够的气隙，气隙变小会出现磁悬浮轴承不能悬浮的情况，磁悬浮轴承系统无法再正常工作；所以气隙过小或者没有都是磁悬浮轴承中不允许的。
目前悬浮气隙过小的情况只能通过重新拆解清除异物才能解决，成本较高、效率低下。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，能够自动对悬浮气隙进行修复，无需拆除轴承，成本较低，效率较高。
为了解决上述问题，本发明提供一种磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，包括：
对轴承悬浮气隙进行检测；
判断轴承悬浮气隙是否正常；
若轴承悬浮气隙异常时，调整轴承的定子和转子的相对位置，对轴承悬浮气隙进行修复。
优选地，判断轴承悬浮气隙是否正常的步骤包括：
在轴的截面上，以轴正常悬浮时的中心位置为初始中心位置(X，Y)，建立X-Y坐标系；
对轴承上电，检测定子和转子之间的气隙M；
若M≥设定值，则判断气隙正常；
若M＜设定值，则判断气隙异常。
优选地，在判断判断气隙异常的步骤之后还包括：
确定异物的位置；
根据异物的位置确定轴承悬浮气隙修复策略。
优选地，确定异物的位置的步骤包括：
在X-Y坐标系中，将轴稳定后的中心位置(X1，Y1)和轴的初始中心位置(X，Y)进行比较；
若X1<X，Y1<Y，则判断异物在轴的第一象限；
若X1>X，Y1<Y，则判断异物在轴的第二象限；
若X1>X，Y1>Y，则判断异物在轴的第三象限；
若X1<X，Y1<Y，则判断异物在轴的第四象限。
优选地，根据异物的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：
调节径向磁悬浮轴承电流大小；
控制转子的外周壁与定子的内周壁相切或者间隔预设距离；
控制转子以定子的圆心为圆心做圆周运动，通过定子与转子之间的摩擦或挤压消除异物。
优选地，根据异物的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：
调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；
控制转子相对于定子沿轴向往复运动。
优选地，根据异物的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：
调节径向磁悬浮轴承电流大小，同时调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；
控制转子的外周壁与定子的内周壁相切或者间隔预设距离；
控制转子以定子的圆心为圆心做圆周运动，同时控制转子相对于定子沿轴向往复运动。
优选地，在根据异物的位置确定的磁悬浮轴承气隙修复策略修复预定次数之后，检测轴承气隙大小，若检测到气隙M＜设定值，则继续执行磁悬浮轴承悬浮气隙修复策略；若检测到气隙M≥设定值，则判断气隙正常。
优选地，气隙的设定值为最小安全轴承气隙。
本发明提供的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，包括：对轴承悬浮气隙进行检测；判断轴承悬浮气隙是否正常；若轴承悬浮气隙异常时，调整轴承的定子和转子的相对位置，对轴承悬浮气隙进行修复。本发明的方案通过磁悬浮轴承自身检测悬浮气隙是否正常，并且在悬浮气隙异常时，能够通过调整定子和转子的相对位置，使得定子和转子相互作用来消除气隙异常，对轴承悬浮气隙进行修复，无需拆卸磁悬浮轴承，操作简单，成本较低，气隙异常修复效率高。
附图说明
图1为本发明实施例的磁悬浮轴承和轴的配合结构示意图；
图2为本发明正常工作时的磁悬浮轴承悬浮气隙示意图；
图3为本发明实施例的磁悬浮轴承的毛刺与气隙的关系结构示意图；
图4为本发明实施例的磁悬浮轴承的铁屑与气隙的关系结构示意图；
图5为本发明实施例的磁悬浮轴承的圆周运动气隙修复结构图；
图6为本发明实施例的磁悬浮轴承的轴向运动气隙修复结构图；
图7为本发明实施例的磁悬浮轴承在毛刺被磨平时的结构示意图；
图8为本发明实施例的磁悬浮轴承在铁屑被震出时的结构示意图；
图9为本发明实施例的磁悬浮轴承的气隙修复方法流程图。
附图标记表示为：
1、定子；2、转子；3、传感器；4、异物；5、前轴承；6、后轴承；7、轴。
具体实施方式
结合参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，磁悬浮轴承包括定子1和转子2，其中转子2套设在轴7外，并带动轴7一同在定子1的磁悬浮作用下悬浮，实现轴7的磁悬浮支撑。在本实施例中，轴7上不仅套设有径向磁悬浮轴承，还套设有轴向磁悬浮轴承。其中图1中所示的磁悬浮轴承包括前轴承5和后轴承6，前轴承5和后轴承6均为径向磁悬浮轴承，轴向磁悬浮轴承在图中未示出。
如图2所示，在磁悬浮轴承正常工作时，轴7悬浮到轴承的中心位置，此时轴承的定子1和转子2之间需要保持足够的气隙M来保证轴7的安全稳定悬浮。其中磁悬浮轴承的定子1上设置有两个传感器3，两个传感器3分别设置在轴7横截面的水平方向和水质方向，从而能够精确检测转子2与定子1之间是否有异物4出现。
如图3和图4所示，高速悬浮运转的轴7由于系统或其他原因导致轴失稳碰撞，可能导致轴7上出现毛刺或者铁屑等异物4；另外，磁悬浮轴承系统的运行环境也可能会带进来杂质。这些意外的情况都会导致磁悬浮轴承的悬浮气隙变小，影响到磁悬浮轴承的正常工作，因此为了保证磁悬浮轴承的正常工作，需要把异物4的位置定位出来并消除掉，恢复正常的悬浮气隙。此处的异物4是指毛刺和铁屑等影响转子2和定子1之间的悬浮气隙的结构或物体。
为了解决上述问题，结合参见图9所示，根据本发明的实施例，磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法包括：对轴承悬浮气隙进行检测；判断轴承悬浮气隙是否正常；若轴承悬浮气隙异常时，调整轴承的定子1和转子2的相对位置，对轴承悬浮气隙进行修复。
通过磁悬浮轴承自身检测悬浮气隙是否正常，并且在悬浮气隙异常时，能够通过调整定子1和转子2的相对位置，使得定子1和转子2相互作用来消除气隙异常，对轴承悬浮气隙进行修复，使得悬浮气隙恢复到正常范围内，无需拆卸磁悬浮轴承，操作简单，成本较低，气隙异常修复效率高。
所述判断轴承悬浮气隙是否正常的步骤包括：在轴的截面上，以轴正常悬浮时的中心位置为初始中心位置(X，Y)，建立X-Y坐标系；对轴承上电，检测定子1和转子2之间的气隙M；若M≥设定值，则判断气隙正常，轴可以正常悬浮工作；若M＜设定值，则判断气隙异常且过小，定子1和转子2中存在异物4。
在判断判断气隙异常的步骤之后还包括：确定异物4的位置；根据异物4的位置确定轴承悬浮气隙修复策略。通过建立坐标系的方式，能够准确快速判断异物4在转子2上的相对位置，从而为修复策略的制定提供依据，方便准确快速地对悬浮气隙进行修复。
确定异物4的位置的步骤包括：在X-Y坐标系中，将轴稳定后的中心位置(X1，Y1)和轴的初始中心位置(X，Y)进行比较；若X1<X，Y1<Y，则判断异物4在轴的第一象限；若X1>X，Y1<Y，则判断异物4在轴的第二象限；若X1>X，Y1>Y，则判断异物4在轴的第三象限；若X1<X，Y1<Y，则判断异物4在轴的第四象限。通过上述方式，可以根据之前所确定的坐标系的象限快速确定异物4所在位置，进一步缩小异物4所在范围，提高异物4位置确定的准确性，方便进行异物4清除操作。将X-Y坐标系分成四个象限，能够方便地根据当前轴的中心位置坐标与原始中心位置左边的相对位置关系，快速确定异物4的位置，判断结果准确可靠。
根据异物4的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：调节径向磁悬浮轴承电流大小；控制转子2的外周壁与定子1的内周壁相切或者间隔预设距离；控制转子2以定子1的圆心为圆心做圆周运动，通过定子1与转子2之间的摩擦或挤压消除异物4。在控制转子2以定子1为圆心做圆周运动的过程中，转子2本身平动，不发生转动，也即电机不启动，不会带动轴转动，此种情况下，当定子1与转子2之间发生相对运动时，转子2的边缘始终与定子1之间间隔较小的距离，该距离小于异物4的高度，因此当运动到异物4所在位置时，会在定子1与转子2之间产生挤压作用力或者摩擦作用力，通过这种挤压作用力和摩擦作用力，能够方便地消除转子2上的异物4，实现转子2与定子1之间的悬浮气隙的修复。
此外，由于已经确定异物4所在的象限，因此可以始终控制转子2在该象限内与定子1反复挤压摩擦，减少转子2的空转路径，提高转子2的转动挤压摩擦效率，实现悬浮气隙的快速修复。
在另一个实施例中，根据异物4的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；控制转子2相对于定子1沿轴向往复运动。在本实施例中，能够通过改变施加至轴向轴承的电磁力的作用方向来使得转子2带动轴相对于定子1做轴向的往复运动，从而可以通过转子2和定子1之间的轴向相对运动所产生的震动作用将粘附在转子2上的铁屑震出，从而实现异物4的消除操作。
在另外一个实施例当中，根据异物4的位置确定轴承悬浮气隙修复策略的步骤包括：调节径向磁悬浮轴承电流大小，同时调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；控制转子2的外周壁与定子1的内周壁相切或者间隔预设距离；控制转子2以定子1的圆心为圆心做圆周运动，同时控制转子2相对于定子1沿轴向往复运动。
在本实施例中，转子2在相对定子1转动的过程中同时相对于定子1发生轴向方向的震动作用，能够进一步提高异物4的清除效率。通过使得挤压摩擦作用力和震动作用力相互配合，能够进一步提高悬浮气隙修复效率和修复效果。
在根据异物4的位置确定的磁悬浮轴承悬浮气隙修复策略修复预定次数之后，检测轴承气隙大小，若检测到气隙M＜设定值，则继续执行轴承悬浮气隙修复策略；若检测到气隙M≥设定值，则判断气隙正常。如图7和图8所示，通过采用上述的悬浮气隙修复策略，动子上的毛刺就会被磨平，铁屑杂质就会被震出轴承外面，磁悬浮轴承系统可重新正常工作。
气隙的设定值为最小安全轴承气隙，从而保证悬浮气隙被修复之后，能够达到磁悬浮轴承的安全工作范围，保证磁悬浮轴承的正常工作。
本发明的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法可以有效的定位异物的位置，并采取圆周运动同时轴向震动的方式对悬浮气隙进行修复，保证了悬浮气隙的值，方法简单，效率高效，节省成本。
本领域的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。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，包括：
对轴承悬浮气隙进行检测；
判断轴承悬浮气隙是否正常；
若轴承悬浮气隙异常时，调整轴承的定子和转子的相对位置，对轴承悬浮气隙进行修复；
对轴承悬浮气隙进行修复的步骤包括：
调节径向磁悬浮轴承电流大小；
控制转子的外周壁与定子的内周壁相切或者间隔预设距离；
控制转子以定子的圆心为圆心做圆周运动，通过定子与转子之间的摩擦或挤压消除异物；
或，
调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；
控制转子相对于定子沿轴向往复运动；
或，
调节径向磁悬浮轴承电流大小，同时调节轴向磁悬浮轴承电流的方向；
控制转子的外周壁与定子的内周壁相切或者间隔预设距离；
控制转子以定子的圆心为圆心做圆周运动，同时控制转子相对于定子沿轴向往复运动。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，所述判断轴承悬浮气隙是否正常的步骤包括：
在轴的截面上，以轴正常悬浮时的中心位置为初始中心位置(X，Y)，建立X-Y坐标系；
对轴承上电，检测定子和转子之间的气隙M；
若M≥设定值，则判断气隙正常；
若M＜设定值，则判断气隙异常。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，在判断判断气隙异常的步骤之后还包括：
确定异物的位置；
根据异物的位置确定轴承悬浮气隙修复策略。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，确定异物的位置的步骤包括：
在X-Y坐标系中，将轴稳定后的中心位置(X1，Y1)和轴的初始中心位置(X，Y)进行比较；
若X1<X，Y1<Y，则判断异物在轴的第一象限；
若X1>X，Y1<Y，则判断异物在轴的第二象限；
若X1>X，Y1>Y，则判断异物在轴的第三象限；
若X1<X，Y1<Y，则判断异物在轴的第四象限。
5.根据权利要求3所述的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，在根据异物的位置确定的磁悬浮轴承气隙修复策略修复预定次数之后，检测轴承气隙大小，若检测到气隙M＜设定值，则继续执行磁悬浮轴承悬浮气隙修复策略；若检测到气隙M≥设定值，则判断气隙正常。
6.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承悬浮气隙自修复方法，其特征在于，气隙的设定值为最小安全轴承气隙。
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