CN110323881A - 一种磁悬浮转子系统及电机及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁悬浮转子系统及电机及调节方法，通过控制传感器的距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和，可以保证当转轴受热发生应变，整体长度增加后，止推轴承转子仍能够在轴向悬浮中心位置，也即前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承中间位置。同时还可以确保第一检测面与传感器之间的检测距离和轴向位移传感器与止推轴承转子之间的第二距离保持不变，从而进一步确保了转轴在转动过程中的稳定性。当确保止推轴承转子仍能够在轴向悬浮中心位置后，可以确保止推转子轴承以最小的控制电流进行工作，进而减小前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的发热量，进而可以延长轴承的使用寿命。

Description

一种磁悬浮转子系统及电机及调节方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮转子电机技术领域，具体涉及一种磁悬浮转子电机及调节方法。

背景技术

随着磁悬浮技术的不断发展，磁悬浮技术的应用领域也越来越广阔。高速和超高速领域对于磁悬浮技术的使用尤其广泛，在高速和超高速领域中磁悬浮转子电机的运行频率达到数百赫兹甚至数千赫兹，伴随着超高转速而来的是电机转子严重的发热问题，转子发热会导致超高速电机的转轴发生热变形，尤其是转轴轴向方向的热变形。

现有技术中，如图1所示，在对转子电机进行装配时，装配时预先调整好第一检测面2与轴向位移传感器3之间的距离，工作时轴向位移传感器3以此距离作为稳定工作点进行悬浮工作，而伴随着不断的高速运行，转子温度不断升高，转轴1沿轴向方向伸长，而控制系统仍以预设的检测距离为默认的稳定工作点进行悬浮，如此一来就使得转轴1沿两个方向的轴向伸长量全部堆积到远离轴向位移传感器的一侧，造成止推轴承转子8的中心位置严重偏离轴向悬浮中心位置，也即止推轴承转子8的中心位置从位置A运动到了位置B，上述的位置移动就会使轴承的控制电流增大，而且轴承的控制电流还会随着转轴的伸长而不断提高并伴随着发热，如果电机转子的冷却效果不理想可能会导致转轴的伸长量触及轴向轴承的保护区间造成失稳保护停机，这会对轴向磁悬浮轴承系统造成极大的冲击，严重的会导致整个轴承报废。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的转子电机当收到热膨胀后，容易发生损坏的缺陷。

为此，本发明提供一种磁悬浮转子系统，包括：转轴，其上设置有第一检测面和止推轴承转子，所述止推轴承转子两侧分别设置有前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承；轴向伸长量传感器，设置所述止推轴承转子远离所述转轴的一侧，用以获取所述止推轴承转子与后磁悬浮止推轴承之间的第二形变量的绝对值；轴向位移传感器，设置在所述第一检测面靠近所述前磁悬浮止推轴承的一侧，用以获取所述第一检测面与所述传感器之间的第一形变量的绝对值；还包括：轴承控制器，用以当所述转轴受热发生形变后，调整所述止推轴承转子的位置，使所述止推轴承转子位于所述前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的中间位置；用以容纳所述传感器的传感器壳体，所述传感器壳体上设置有驱动装置，所述驱动装置用以当所述传感器重新恢复至所述前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承中间位置后，调整所述传感器朝向所述第一检测面发生运动，运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。

所述驱动装置为超声波电机。

所述传感器外壁上设置有导向槽，所述超声波电机与所述导向槽相对应的部位设置有导向柱。

所述传感器壳体内设置有弹簧，所述弹簧一端顶靠所述传感器壳体，另一端顶靠所述传感器。

本发明提供的磁悬浮转子系统，还包括控制器，用以接收所述第一形变量与所述第二形变量的数值并根据第一形变量与所述第二形变量控制所述驱动装置的运动。

本发明同时提供一种电机，包括本发明提供的磁悬浮转子系统；以及壳体，所述磁悬浮转子系统设置在所述壳体内部。

一种本发明提供的磁悬浮转子系统的控制方法，包括如下步骤：获取转轴的第一形变量和第二形变量；控制所述止推轴承转子复位至前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的中间位置；驱动传感器发生朝向第一检测面方向的运动，其中运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的磁悬浮转子系统，传感器壳体上设置有驱动装置，所述驱动装置用以当所述传感器重新恢复至所述前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承中间位置后，调整所述传感器朝向所述第一检测面发生运动，运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。

本发明中，通过控制传感器的距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和，可以保证当转轴受热发生应变，整体长度增加后，止推轴承转子仍能够在轴向悬浮中心位置，也即前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承中间位置。同时还可以确保第一检测面与传感器之间的检测距离和轴向位移传感器与止推轴承转子之间的第二距离保持不变，从而进一步确保了转轴在转动过程中的稳定性。

同时，当确保止推轴承转子仍能够在轴向悬浮中心位置，也即前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承中间位置后，可以确保止推转子轴承以最小的控制电流进行工作，进而减小前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的发热量，进而可以延长轴承的使用寿命。

2.本发明提供的磁悬浮转子系统，驱动装置为超声波电机。超声波电机自身的行程较为精确，磁悬浮转子系统作为精密设备，采用超声波电机可以精确地控制传感器的运动路径。

3.本发明提供的磁悬浮转子系统，所述传感器外壁上设置有导向槽，所述超声波电机与所述导向槽相对应的部位设置有导向柱。通过导向槽和导向柱的配合，可以大大提高传感器在运动过程中的稳定性，避免传感器发生偏移或者脱落。

4.本发明提供的磁悬浮转子系统，所述传感器壳体内设置有弹簧，所述弹簧一端顶靠所述传感器壳体，另一端顶靠所述传感器。

通过设置弹簧，弹簧会提供传感器支撑力，从而提高传感器在传感器壳体内部的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明背景技术中提供的所述磁悬浮转子系统的结构示意图；

图2为本发明提供的所述磁悬浮转子系统的结构示意图；

图3为本发明提供的轴向位移传感器与传感器壳体的装配示意图；

图4为本发明提供的所述轴向位移传感器与超声波电机的装配示意图；

图5为本发明提供的轴向位移传感器的导向槽的结构示意图。

附图标记说明：

1-转轴；2-第一检测面；3-轴向位移传感器；31-导向槽；4-传感器壳体；6-前磁悬浮止推轴承；7-后磁悬浮止推轴承；8-止推轴承转子；9-轴向伸长量传感器；10-超声波电机；101-导向柱；12-弹簧；13-控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种磁悬浮转子系统，如图1和图2所示，包括：转轴1，其上设置有第一检测面2和止推轴承转子8，如图1所示，第一检测面2设置在图中左侧，止推轴承转子8设置在图中右侧。在止推轴承转子8两侧分别设置有前磁悬浮止推轴承6和后磁悬浮止推轴承7，在装配完毕后，止推轴承转子8位于前磁悬浮止推轴承6和后磁悬浮止推轴承7的中间位置。

如图1所示，轴向伸长量传感器9设置所述止推轴承转子8远离所述转轴1的一侧，用以获取所述止推轴承转子8与后磁悬浮止推轴承7之间的第二形变量的绝对值；轴向位移传感器3设置在所述第一检测面2靠近所述前磁悬浮止推轴承6的一侧，用以获取所述第一检测面2与所述传感器之间的第一形变量的绝对值。

本实施例中，当转轴1受热发生形变后，两端都将发生伸长动作，此时位于左端的第一检测面2将发生向左的运动，如图2所示，此时数值X增加，数值Y将减小，后止推转轴1转子将发生向右的运动，此时第一形变量将为负值，第二形变量将为正值。因此，本实施例中为了确保与实际相对应，选择第一形变量和第二形变量的绝对值。

本实施例中，轴承控制器13用以当所述转轴1受热发生形变后，调整所述止推轴承转子8的位置，使所述止推轴承转子8位于所述前磁悬浮止推轴承6和后磁悬浮止推轴承7的中间位置。但是，当止推轴承转子8恢复至原来位置后，由于前磁悬浮止推轴承6、后磁悬浮止推轴承7和传感器壳体4的位置相对固定，因此位于图中左侧位置的第一检测面2将发生向左的运动，而运动距离总和为第一形变量的绝对值和第二形变量的绝对值的和。

本实施例中，当对止推轴承转子8完成调整后，由于第一检测面2相对传感器壳体4发生了移动，此时，为了确保整个转轴1的工作稳定性，在传感器壳体4上设置有驱动装置，调整轴向位移传感器3朝向所述第一检测面2发生运动，运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。通过控制传感器的距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和，可以保证当转轴1受热发生应变，整体长度增加后，止推轴承转子8仍能够在轴向悬浮中心位置，也即前磁悬浮止推轴承6和后磁悬浮止推轴承7中间位置。同时还可以确保第一检测面2与传感器之间的检测距离和轴向位移传感器3与止推轴承转子8之间的第二距离保持不变，从而进一步确保了转轴1在转动过程中的稳定性，同时还能够进一步确保止推轴承转子8稳定在前磁悬浮止推轴承6和后磁悬浮止推轴承7之间。

本实施例中，为了实现轴向位移传感器3的精准运动，设定驱动装置为超声波电机10。

作为变型，所述驱动装置可以为其它电机，只要是可以带动轴向位移传感器3发生移动即可。

本实施例中，如图3、图4和图5所示，为了提高轴向位移传感器3的运动稳定性，在轴向位移传感器3外壁上设置有导向槽31，所述超声波电机10与所述轴向位移传感器3的导向槽31相对应的部位设置有导向柱101。导向柱101嵌入到导向槽31内部，通过导向槽31实现导向和稳定的作用。本实施例中，导向柱101可以设置为多组，且多组导向柱101之间彼此等间隔设置。

本实施例中，如图2所示，在传感器壳体4内设置有弹簧12，所述弹簧12一端顶靠所述传感器壳体4，另一端顶靠所述传感器。通过设置弹簧12，可以提高轴向位移传感器3在传感器壳体4内部的稳定性。

本实施例中，在传感器的壳体上设置有供轴向位移传感器3伸出的出口，轴向位移传感器3的左端通过出口进入或离开传感器壳体4，从而发生靠近或远离第一检测面2的运动。

本发明提供的磁悬浮转子系统，如图2所示，还包括控制器13，控制器13同时连接在超声波电机10和轴向伸长量传感器9上，用以接收所述第一形变量与所述第二形变量的数值并根据第一形变量与所述第二形变量控制超声波电机10的运动。控制器13将其获得的数据转化成超声波电机10需要旋转的圈数，超声波电机10通过精密螺纹配合驱动轴向位移传感器3的运动。

实施例2

本实施例提供一种电机，包括实施例1中提供的磁悬浮转子系统；以及壳体，所述磁悬浮转子系统设置在所述壳体内部。

通过本实施例提供的电机，在经过长时间的高速运行后，通过对磁悬浮转子系统的调节，可以很好的避免由于转轴的伸长对整个电机造成的影响，进而延长整个电机的寿命。

实施例3

本实施例提供一种实施例1中提供的磁悬浮转子系统的控制方法，包括如下步骤：获取转轴的第一形变量和第二形变量；控制所述止推轴承转子复位至前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的中间位置；驱动传感器发生朝向第一检测面方向的运动，其中运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。

其中所述第一形变量通过轴向位移传感器进行获取，第二形变量通过轴向伸长量传感器进行获取，当两个参数分别获取后，通过控制器控制轴向位移传感器的运动量，从而确保轴向位移传感器与第一检测面之间的距离为预设距离。

通过上述的控制方法，可以确保止推转子轴承以最小的控制电流进行工作，进而减小前磁悬浮止推轴承和后磁悬浮止推轴承的发热量，进而可以延长轴承的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种磁悬浮转子系统，其特征在于，包括：

转轴(1)，其上设置有第一检测面(2)和止推轴承转子(8)，所述止推轴承转子(8)两侧分别设置有前磁悬浮止推轴承(6)和后磁悬浮止推轴承(7)；

轴向伸长量传感器(9)，设置所述止推轴承转子(8)远离所述转轴(1)的一侧，用以获取所述止推轴承转子(8)与后磁悬浮止推轴承(7)之间的第二形变量的绝对值；

轴向位移传感器(3)，设置在所述第一检测面(2)靠近所述前磁悬浮止推轴承(6)的一侧，用以获取所述第一检测面(2)与所述传感器之间的第一形变量的绝对值；

还包括：

轴承控制器，用以当所述转轴(1)受热发生形变后，调整所述止推轴承转子(8)的位置，使所述止推轴承转子(8)位于所述前磁悬浮止推轴承(6)和后磁悬浮止推轴承(7)的中间位置；

用以容纳所述传感器的传感器壳体(4)，所述传感器壳体(4)上设置有驱动装置，所述驱动装置用以当所述传感器重新恢复至所述前磁悬浮止推轴承(6)和后磁悬浮止推轴承(7)中间位置后，调整所述传感器朝向所述第一检测面(2)发生运动，运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮转子系统，其特征在于，所述驱动装置为超声波电机(10)。

3.根据权利要求2所述的磁悬浮转子系统，其特征在于，所述轴向位移传感器(3)的外壁上设置有导向槽(31)，所述超声波电机(10)与所述导向槽(31)相对应的部位设置有导向柱(101)。

4.根据权利要求3所述的磁悬浮转子系统，其特征在于，所述传感器壳体(4)内设置有弹簧(12)，所述弹簧(12)一端顶靠所述传感器壳体(4)，另一端顶靠所述传感器。

5.根据权利要求1-4任一所述的磁悬浮转子系统，其特征在于，还包括控制器，用以接收所述第一形变量与所述第二形变量的数值并根据第一形变量与所述第二形变量控制所述驱动装置的运动。

6.一种电机，其特征在于，包括

权利要求1-5中任一所述的磁悬浮转子系统；

壳体，所述磁悬浮转子系统设置在所述壳体内部。

7.一种权利要求1-5中磁悬浮转子系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取转轴(1)的第一形变量和第二形变量；

控制所述止推轴承转子(8)复位至前磁悬浮止推轴承(6)和后磁悬浮止推轴承(7)的中间位置；

驱动传感器发生朝向第一检测面(2)方向的运动，其中运动距离为第一形变量的绝对值与第二形变量的绝对值的和。