CN113028969B - 转子伸长量测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转子伸长量测量方法及装置，涉及测量的技术领域，包括：先获取磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在宽度值小于预设宽度值时控制磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使宽度值等于预设宽度值；然后分别测量磁悬浮高速电机转子的向前位移总量和磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；最后根据向前位移总量和轴向波动量，确定磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。本发明考虑到了磁悬浮高速电机转子在轴向力大时存在轴向波动的情况，因此在测量到轴向波动量的基础上，根据轴向波动量确定受热伸长量，以此来消除轴向波动的影响，能够保证受热伸长量的准确性高。

Description

转子伸长量测量方法及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种转子伸长量测量方法及装置。

背景技术

磁悬浮高速电机在定子和转子之间的气隙磁场穿过转子上的永磁体时会产生涡流损耗，由于涡流损耗和电机频率的二次方成正比关系，因此在磁悬浮高速电机运行频率很高的情况下该涡流损耗较大。此外，高速下转子表面的风摩损耗也较大，上述涡流损耗和风摩损耗均能够转化为转子热量，使转子温度升高。转子温度超过永磁体的最高工作温度会使永磁体发生不可逆退磁的风险，从而导致电机无法使用。此外，转子受热伸长，叶轮和集流器的叶顶间隙减小，存在叶轮与集流器发生机械摩擦从而损坏叶轮的风险。

为了避免转子温度超过永磁体的最高工作温度会使永磁体发生不可逆退磁的风险以及叶轮与集流器发生机械摩擦从而损坏叶轮的风险，现有技术采用对转子受热伸长量进行测量的方式。然而现有的受热伸长量的测量方法存在准确性差的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子伸长量测量方法及装置，以缓解现有技术中存在的准确性差的技术问题。

第一方面，本发明提供的一种转子伸长量测量方法，其中，包括：获取磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在所述宽度值小于预设宽度值时控制所述磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使所述宽度值等于所述预设宽度值；其中，所述目标间隙为所述磁悬浮高速电机转子的一端与轴向位移控制传感器之间的间隙；分别测量所述磁悬浮高速电机转子的向前位移总量和所述磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；根据所述向前位移总量和所述轴向波动量，确定所述磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。

进一步的，方法还包括：根据所述受热伸长量，确定磁悬浮高速电机转子的工作温度；判断所述工作温度是否小于所述磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值；若否，则控制所述磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

进一步的，方法还包括：获取所述磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值，并根据所述工作温度阈值确定预设受热伸长量；判断所述受热伸长量是否小于所述预设受热伸长量阈值；若否，则控制所述磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

第二方面，本发明提供的一种转子伸长量测量装置，其中，包括：前位移测量传感器，后位移测量传感器、前位移测量辅助组件，后位移测量辅助组件、轴向位移控制传感器和控制器；其中，所述后位移测量辅助组件安装在磁悬浮高速电机转子的一端，所述前位移测量辅助组件安装在所述磁悬浮高速电机转子的另一端，所述前位移测量传感器安装在所述前位移测量辅助组件的外侧，所述后位移测量传感器安装在所述后位移测量辅助组件的外侧，所述轴向位移控制传感器安装在所述磁悬浮高速电机转子的一侧；所述前位移测量传感器、后位移测量传感器和轴向位移控制传感器均与所述控制器相连；所述轴向位移控制传感器获取所述磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在所述宽度值大于预设宽度值时控制所述磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使所述宽度值等于所述预设宽度值；其中，所述目标间隙为所述磁悬浮高速电机转子的一端与所述轴向位移控制传感器之间的间隙；所述前位移测量传感器通过所述前位移测量辅助组件测量所述磁悬浮高速电机转子的向前位移总量；所述后位移测量传感器通过所述后位移测量辅助组件测量所述磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；所述控制器根据所述向前位移总量和所述轴向波动量，确定所述磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。

进一步的，所述前位移测量传感器包括互相平行的第一定子前硅钢片叠片组和第一定子后硅钢片叠片组；所述前位移测量辅助组件包括：第一转子硅钢片叠片组；所述前位移测量传感器，用于确定所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一转子硅钢片叠片组之间的第一磁路横截面积；所述前位移测量传感器，还用于确定所述第一定子后硅钢片叠片组和所述第一转子硅钢片叠片组之间的第二磁路横截面积；所述前位移测量传感器，还用于根据所述第一磁路横截面积和所述第二磁路横截面积输出与所述向前位移总量对应的电压值。

进一步的，所述前位移测量传感器还包括传感器盖，隔离压板和传感器座；其中，所述传感器盖位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组的外侧，所述隔离压板位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组之间，所述传感器座位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组的外侧并垂直于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组；所述传感器盖，所述隔离压板和所述传感器座，均用于固定所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组。

进一步的，所述前位移测量传感器包括线圈；其中，所述线圈安装在所述第一定子前硅钢片叠片组的磁极上，和/或，所述线圈安装在所述第一定子后硅钢片叠片组的磁极上。

进一步的，所述磁悬浮高速电机转子包括芯轴、第一转子挡环和第一转子套杯；其中，所述第一转子挡环和所述第一转子套杯均位于所述芯轴的外侧，且所述第一转子挡环和所述第一转子套杯分别位于所述第一转子硅钢片叠片组的两侧；所述第一转子挡环和所述第一转子套杯，用于固定所述第一转子硅钢片叠片组。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现的所述的转子伸长量测量方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行所述的转子伸长量测量方法。

本发明提供的一种转子伸长量测量方法及装置，包括：先获取磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在宽度值小于预设宽度值时控制磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使宽度值等于预设宽度值；然后分别测量磁悬浮高速电机转子的向前位移总量和磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；最后根据向前位移总量和轴向波动量，确定磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。本发明考虑到了磁悬浮高速电机转子在轴向力大时存在轴向波动的情况，因此在测量到轴向波动量的基础上，根据轴向波动量确定受热伸长量，以此来消除轴向波动的影响，能够保证受热伸长量的准确性高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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为本发明实施例提供的一种转子伸长量测量装置的结构示意图；

图2为转子伸长量测量装置的局部放大图；

图3为转子受热伸长的示意图；

图4为前位移测量传感器的电路示意图；

图5为前位移测量传感器的工作流程图；

图6为本发明实施例提供的一种转子伸长量测量方法的流程图。

图标：

1-磁悬浮高速电机转子；2-前位移测量传感器；3-后位移测量传感器；4-轴向位移控制传感器；5-芯轴；6-第一转子挡环；7-传感器盖；8-第一转子硅钢片叠片组；9-隔离压板；10-传感器座；11-第一定子前硅钢片叠片组；12-第一定子后硅钢片叠片组；13-线圈；14-第一转子套杯。

具体实施方式

下面将结合实施例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。

现有的电机有多种类型，且都面临着因转子受热伸长的情况。以磁悬浮高速电机为例做以下背景介绍：磁悬浮高速电机可以应用到鼓风机、空气压缩机和制冷压缩机等产品。由于该电机可以在不连接联轴器和变速装置的情况下直接驱动叶轮高速旋转，因此能够使产品结构紧凑，且节能高效。但是这种电机在定子和转子之间的气隙磁场穿过转子上的永磁体时容易产生涡流损耗，由于涡流损耗和电机频率的二次方成正比关系，因此在磁悬浮高速电机运行频率很高的情况下该涡流损耗较大。此外，高速下转子表面的风摩损耗也较大，上述涡流损耗和风摩损耗均能够转化为转子热量，使转子温度升高。转子温度过高超过永磁体工作温度会使永磁体发生不可逆退磁的风险，从而导致电机无法使用。此外转子受热伸长，半开式的叶轮和集流器的叶顶间隙减小，存在叶轮与集流器发生机械摩擦从而损坏叶轮的风险。所以需要在设备运行中实时监测转子受热后的伸长量，并且在伸长量超过限值后采取必要应对措施。

由于转子伸长量和转子温度这两者可以通过其中一个参量来估算另一个参量，因此转子伸长量可以通过转子温度来确定。而在对转子测温时，需要考虑以下两种现状，第一，因为设备运行中转子在高速旋转，因此无法采用接触式测温的方式得到转子温度。第二，虽然鼓风机等这类电机腔内不需要密封的设备，可通过埋置红外测温探头的方式测量转子温度，但是探头不能埋到正对永磁体处转子温度最高的点，因此无法得到准确的温度值。另外，针对制冷压缩机等这类电机腔内需要密封的设备，由于会影响到电机的密封因此不宜采用埋置红外测温探头的方法。

基于此，本发明的目的在于提供一种转子伸长量测量方法及装置，无需埋置红外测温探头，且操作简单，并且在测量到轴向波动量的基础上，根据轴向波动量确定受热伸长量，以此来消除轴向波动的影响，能够保证受热伸长量的准确性高。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种转子伸长量测量装置进行详细描述。

实施例1：

图1为本发明实施例提供的一种转子伸长量测量装置的结构示意图。如图1所示，该转子伸长量测量装置，可以包括以下六部分：前位移测量传感器2，后位移测量传感器3、前位移测量辅助组件（图1中未直接示出），后位移测量辅助组件（图1中未直接示出）、轴向位移控制传感器4和控制器（图1中未示出）。

先对上述各个部分的安装位置进行如下介绍：后位移测量辅助组件安装在磁悬浮高速电机转子1的一端（即图1中的转子后端，该转子后端表示磁悬浮高速电机转子1远离半开式叶轮端的一端），前位移测量辅助组件安装在磁悬浮高速电机转子1的另一端（即磁悬浮高速电机转子1靠近半开式叶轮端的一端），前位移测量传感器2安装在前位移测量辅助组件的外侧，后位移测量传感器3安装在后位移测量辅助组件的外侧，轴向位移控制传感器4安装在磁悬浮高速电机转子1的一侧；前位移测量传感器2、后位移测量传感器3和轴向位移控制传感器4均与控制器相连。需要注意的是，后位移测量传感器3的结构、安装方向均与前位移测量传感器2相同，区别点仅是安装位置不同。

然后对上述各个部分的功能进行如下介绍：轴向位移控制传感器4获取磁悬浮高速电机转子1在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在宽度值大于预设宽度值时控制磁悬浮高速电机转子1进行轴向平移，以使宽度值等于预设宽度值；其中，目标间隙为磁悬浮高速电机转子1的一端与轴向位移控制传感器4之间的间隙；前位移测量传感器2通过前位移测量辅助组件测量磁悬浮高速电机转子1的向前位移总量；后位移测量传感器3通过后位移测量辅助组件测量磁悬浮高速电机转子1的轴向波动量；控制器根据向前位移总量和轴向波动量，确定磁悬浮高速电机转子1的受热伸长量（即转子受热伸长量）。

在磁悬浮高速电机控制转子悬浮运行的过程中，轴向位移控制传感器4可以测量转子后端的端面和轴向位移控制传感器4的间隙（即上述目标间隙），根据间隙的变化来控制转子进行轴向平移，具体的，可以通过调节转子前后两侧的电流大小的方式来对转子进行轴向平移，进而能够保持转子后端的端面和轴向位移控制传感器4的间隙不变。转子受热向两端伸长后，由于轴向位移控制传感器4的控制作用可以保持转子后端的间隙不变，所以转子受热后的最终表现形式为：仅向转子前端（即叶轮端）伸长。此外，轴向波动是磁悬浮高速电机的固有特性，因此前位移测量传感器2测得的向前位移总量为受热伸长量a（即转子受热伸长量a）和轴向波动量b之和，记为l。

在磁悬浮高速电机运行的过程中，前位移测量传感器2实时监测磁悬浮高速电机转子1（可以简称为转子）向前伸长的位移量（即向前位移总量l），本发明实施例在实时监测的过程中要使向前位移总量l不能超过叶顶间隙。需要注意的是，该叶顶间隙的大小由叶轮和集流器的安装位置确定，而叶轮和集流器的安装位置并不是本发明实施例的重点，因此不再详述。

图3为转子受热伸长的示意图。如图3所示，图3中的（a）为转子悬浮初始状态时转子未受热伸长的情况，可以作为图3的（b）和图3的（c）的参照图。图3中的（b）为假设不考虑轴向波动时转子受热伸长的情况，其中，前位移测量传感器2测得的转子的受热伸长量为a，但转子实际悬浮运行过程中具有轴向波动。图3中的（c）为转子实际悬浮运行过程中，考虑到转子有轴向波动的情况，前位移测量传感器2测得的转子的向前位移总量l，后位移测量传感器3测得的转子的轴向波动量为b，这两个位移测量传感器测量值计算差值即可得出转子的受热伸长量为a。

由于磁悬浮高速电机转子1在轴向力大时会有轴向波动的情况，该轴向波动会影响所测转子受热伸长量的准确性。因此本发明实施例提供的一种转子伸长量测量装置，通过前位移测量传感器2，后位移测量传感器3、前位移测量辅助组件，后位移测量辅助组件、轴向位移控制传感器4和控制器这六部分的功能作用下，能够测量到轴向波动量，进而确定受热伸长量，以此来消除轴向波动的影响，能够保证受热伸长量的准确性高。

进一步的，由于磁悬浮高速电机只是各类电机中的一种，因此该转子伸长量测量装置除了可以应用于磁悬浮高速电机用以实现对磁悬浮高速电机转子1伸长量的测量，还可以应用于其他电机用以实现对其他电机转子伸长量的测量。

基于上述转子伸长量测量装置，本发明实施例可以通过控制器自定义设置磁悬浮高速电机转子1的工作温度阈值，该工作温度阈值可以理解为转子最高工作温度，也可以理解为转子上的永磁体的最高工作温度。本发明实施例可以根据转子最高工作温度计算出预设受热伸长量（记为c），该预设受热伸长量c为转子在最高工作温度下对应的转子受热伸长量c，即转子受热伸长量的限制值。本发明实施例中的控制器可以实时判断受热伸长量a是否小于预设受热伸长量阈值c；若否，则控制磁悬浮高速电机转子1减速悬浮，可以保障转子上的永磁体不会发生因温度过高导致不可逆退磁的情况，进而能够保障磁悬浮高速电机及其配套使用的透平机械设备（该透平机械设备在本申请实施例中可以指采用半开式叶轮的透平机械设备，位于叶轮端）安全可靠运行。

本发明实施例给出了预设受热伸长量的计算公式，公式如下：

c=α×l₂×（T₁-T₂）

其中，α为热膨胀系数（单位为mm/mm·℃），l₂为环境温度下转子的长度（单位为mm），T₁为永磁体的最高工作温度（单位为℃），T₂为环境温度（单位为℃）。

根据以上预设受热伸长量的计算公式可以计算出转子受热伸长量的限制值。也就是说，本发明实施例具体的描述了如何根据转子上的永磁体的最高工作温度计算出对应的转子受热伸长量。

在一个可选的实施例中，如图1和图2所示，前位移测量传感器2包括互相平行的第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12；前位移测量辅助组件包括：第一转子硅钢片叠片组8；

前位移测量传感器2，用于确定第一定子前硅钢片叠片组11和第一转子硅钢片叠片组8之间的第一磁路横截面积；

前位移测量传感器2，还用于确定第一定子后硅钢片叠片组12和第一转子硅钢片叠片组8之间的第二磁路横截面积；

前位移测量传感器2，还用于根据第一磁路横截面积和第二磁路横截面积输出与向前位移总量对应的电压值。

在本发明实施例中，第一定子前硅钢片叠片组11与第一转子硅钢片叠片组8之间存在气隙磁阻（在本申请中可以简称为磁阻，记为R），第一定子后硅钢片叠片组12与第一转子硅钢片叠片组8之间也存在气隙磁阻。已知磁阻R的阻值随转子轴向位移变化而变的更加明显，因此为了增强磁阻R变化的灵敏度，本申请可以从材质上进行优选，具体的，第一定子前硅钢片叠片组11、第一定子后硅钢片叠片组12和第一转子硅钢片叠片组8均可以选用导磁能力强的硅钢片。

如图4所示，上下两个环状物分别为第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12。针对这两个硅钢片叠片组可以进行如下分析：每个硅钢片叠片组均有四对磁极，圆周方向间隔90度分布，一对磁极上安装一组线圈13，因此四对磁极上共安装有四组线圈13，且一组线圈13由两个线圈13串联构成，每对磁极形成闭合的磁力线回路。然后四组线圈13依次串联起来，第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12均有一头一尾，将第一定子前硅钢片叠片组11的头记为EA+，将第一定子后硅钢片叠片组12的尾记为EA-，将第一定子前硅钢片叠片组11的尾和第一定子后硅钢片叠片组12的头短接并引出，记为Z，将EA+，EA-和Z这三根引线接入测量电路（即电桥式测量电路）。L₁和L₂分别为第一定子前硅钢片叠片组11上的线圈13和第一定子后硅钢片叠片组12上的线圈13的电感，R₁和R₂为标准电阻，U_i为输入电源电压，U_o为输出电压。

图5给出了前位移测量传感器2的工作流程图。前位移测量传感器2的目的是要实现对位移量的测量，由于输出电压可以表示位移量的大小，因此其实质是要实现对与位移量对应的输出电压的测量。如图5所示，位移量是指转子受热伸长后的前位移量，磁路横截面积变化是指第一磁路横截面积、第二磁路横截面积均发生变化，这个过程可以理解为转子的轴向移动以及受热伸长均能够使转子发生位移量的变化，进而会导致第一磁路横截面积、第二磁路横截面积均发生变化。例如，第一定子前硅钢片叠片组11共8个磁极，每个磁极的长为5mm，宽3.5mm。同理，第一定子后硅钢片叠片组12也有8个磁极，每个磁极的长为5mm，宽3.5mm。初始位置（即转子未发生受热伸长，也没有轴向移动）时第一转子硅钢片叠片组8的左端边界与第一定子前硅钢片叠片组11的中间位置对齐，第一转子硅钢片叠片组8的右端边界与第一定子后硅钢片叠片组12的中间位置对齐，因此第一转子硅钢片叠片组8与第一定子前硅钢片叠片组11导磁部分重叠的宽度为3.5mm 的一半，即1.75mm，同理，第一转子硅钢片叠片组8与第一定子后硅钢片叠片组12导磁部分重叠的宽度也为1.75mm，在此基础上计算出的8个磁极的磁路横截面积为（8×5×1.75）mm²，也就是说，第一磁路横截面积和第二磁路横截面积均为（8×5×1.75）mm²。转子受热伸长后的前位移量为l，此时第一磁路横截面积为A₁=[8×5×（1.75+l）]mm²，第二磁路横截面积为A₂=[8×5×（1.75-l）]mm²。

进一步的，如图5所示，磁路横截面积变化可以引起磁阻变化。具体的，磁阻R的计算公式为：

R=2 l₁/μ₀×A

其中，l₁为气隙磁路的长度（单位为m），μ₀为真空磁导率，A为磁路横截面积（单位为m²）。该磁路横截面积可以指第一磁路横截面积，或第二磁路横截面积。

进一步的，如图5所示，磁阻变化可以引起电感变化。本发明实施例可以根据磁阻和电感关系式来确定电感的电感值，其中电感L与磁阻R的关系式为：L=N²/R，其中，N为线圈13的匝数。

进一步的，如图5所示，电感的变化可以确定输出电压。这里的输出电压可以由图4中的电桥式测量电路直接测得。

综上所述，当转子的位移量发生变化时，磁阻大小随之发生变化，进而使线圈13的电感大小发生变化。上述线圈13的电感值可以由测量电路检测到，并转化为一个对应的输出电压。需要注意的是，该输出电压与位移量成比例变化。后位移测量传感器3的测量方法与上述前位移测量传感器2的测量方法相同，具体测量方法在上文中已说明，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，如图1所示，前位移测量传感器2还包括传感器盖7，隔离压板9和传感器座10；其中，传感器盖7位于第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12的外侧，隔离压板9位于第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12之间，传感器座10位于第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12的外侧并垂直于第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12；传感器盖7，隔离压板9和传感器座10，均用于固定第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12。

在本发明实施例中，传感器盖7、隔离压板9和传感器座10共同作用可以实现对第一定子前硅钢片叠片组11和第一定子后硅钢片叠片组12的安装固定。为了避免漏磁严重，传感器盖7、隔离压板9和传感器座10均可以选用导磁能力弱的铝合金。

在一个可选的实施例中，如图1所示，前位移测量传感器2包括线圈13；其中，线圈13安装在第一定子前硅钢片叠片组11的磁极上，和/或，线圈13安装在第一定子后硅钢片叠片组12的磁极上。

在本发明实施例中，线圈13在两个位置上进行安装，一个安装位置是第一定子前硅钢片叠片组11的磁极上，另一安装位置是第一定子后硅钢片叠片组12的磁极上。

在本发明实施例中，由于后位移测量传感器3的结构与前位移测量传感器2可以相同，因此在前位移测量传感器2包含传感器盖7，隔离压板9、传感器座10、第一定子前硅钢片叠片组11、第一定子后硅钢片叠片组12和线圈13的基础上，后位移测量传感器3包含另一套的传感器盖、隔离压板、传感器座、第二定子前硅钢片叠片组、第二定子后硅钢片叠片组和线圈。同理，后位移测量辅助组件的结构与前位移测量辅助组件的结构可以相同，因此在前位移测量辅助组件包含第一转子硅钢片叠片组8的基础上，后位移测量辅助组件包含第二转子硅钢片叠片组。

在一个可选的实施例中，如图1所示，磁悬浮高速电机转子1包括芯轴5、第一转子挡环6和第一转子套杯14；其中，第一转子挡环6和第一转子套杯14均位于芯轴5的外侧，且第一转子挡环6和第一转子套杯14分别位于第一转子硅钢片叠片组8的两侧；第一转子挡环6和第一转子套杯14，用于固定第一转子硅钢片叠片组8。

在本发明实施例中，第一转子硅钢片叠片组8左右两端分别为第一转子挡环6和第一转子套杯14。同理，第二转子硅钢片叠片组左右两端分别为第二转子挡环和第二转子套杯。从材质上来说，第一转子挡环6、第二转子挡环、第一转子套杯14和第二转子套杯均可以选用具有一定强度的不导磁材料（例如：316不锈钢）。

在介绍完本发明实施例中转子伸长量测量装置的结构之后，本发明实施例对转子伸长量测量装置的优势以及实现该优势的具体实施方式做以下介绍：

第一个方面，在磁悬浮高速电机运行过程中实时监测转子的向前位移总量l，l包括转子受热伸长量a和轴向波动量b，使向前位移总量l不能超过叶顶间隙。具体实施方式如下：初始状态下，第一转子硅钢片叠片组8的左端边界与第一定子前硅钢片叠片组11的中间位置对齐，第一转子硅钢片叠片组8的右端边界与第一定子后硅钢片叠片组12的中间位置对齐，此时第一定子前硅钢片叠片组11的线圈电感值、感应电动势分别与第一定子前硅钢片叠片组11的线圈电感值、感应电动势相同，经过测量电路后输出电压Uo为0。转子轴向上发生位移变化，假设转子向叶轮端伸长，前位移测量传感器2这里表现为：第一转子硅钢片叠片组8与第一定子前硅钢片叠片组11对应的第一磁路横截面积增大，磁阻减小，第一定子前硅钢片叠片组11上安装的线圈电感值L1增大，感应电动势增大，第一转子硅钢片叠片组8与第一定子后硅钢片叠片组12对应的第二磁路横截面积减小，磁阻增大，第一定子后硅钢片叠片组12上安装的线圈电感值L2减小，感应电动势减小，经过测量电路后输出电压Uo不为0，此电压值的大小与转子向叶轮端伸长的位移量成线性关系，设定转子向前位移的相位为0°，且输出电压Uo为正，向后位移的相位为180°，且Uo为负。本发明实施例根据输出电压的大小和相位，即可得出向前位移总量l，并实时检测此值不能超过半开式叶轮的叶顶间隙。

第二个方面，根据转子上的永磁体的最高工作温度可以计算出对应的转子受热伸长量c，控制实时监测到的转子受热伸长量a小于c，即可保障永磁体不会发生温度过高而不可逆退磁的情况。但是磁悬浮高速电机的转子在轴向力大时会有轴向波动的情况，这个轴向波动带来的波动值会影响所测转子受热伸长量a的准确性，因此本发明实施例提供的此装置可以通过前位移测量传感器2测得的向前位移总量l和后位移测量传感器3测得的轴向波动量b做计算即可得到准确的转子受热伸长量a。

综上所述，本发明实施例的发明点在于：（1）此测量装置径向布置，结构紧凑，节省空间，具有普适性。即这种测量装置可用在高速永磁同步电机等转子使用永磁材料且温度较高的工作场合，不局限于磁悬浮高速电机。需要注意的是，不同的电机其转子受热伸长的方向可能不同，例如：磁悬浮高速电机，虽然有轴向波动，但是由于轴向位移控制传感器4的控制可以使转子只向前端伸长。而此装置用到非磁悬浮电机、且没有轴向位移控制传感器4的工作场合时转子虽然向两端伸长，且不考虑轴向波动，但是计算的方法与前述类似，只不过此时后位移测量传感器3测得的数值是转子受热向后位移的伸长量，而用到磁悬浮高速电机时后位移测量传感器3测得的数值是轴向波动量，无论是用于非磁悬浮电机的转子伸长量测量，还是用于磁悬浮电机的转子伸长量测量，前位移测量传感器2和后位移测量传感器3这两个位移测量传感器的测量值的差值均为转子的受热伸长量。（2）本发明实施例可以在转子高速悬浮运行过程中实时检测转子的向前伸长总量，防止转子的向前伸长总量超过叶顶间隙，可以避免与机械部件碰撞摩擦从而损坏叶轮的情况。（3）转子前后两侧分别布置有前位移测量传感器2和后位移测量传感器3，将二者的检测值做差值计算，可以避免磁悬浮高速电机的转子轴向波动造成的转子受热伸长量数值的不准确。（4）根据转子伸长量可以估算出转子的工作温度，进而避免发生因转子的工作温度超过转子上永磁体的最高工作温度导致的弱磁甚至不可逆退磁的情况。

实施例2：

图6为本发明实施例提供的一种转子伸长量测量方法的流程图。如图6所示，该转子伸长量测量方法，应用于上述转子伸长量测量装置，可以包括以下步骤S501~步骤S503：

步骤S501，获取磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在宽度值小于预设宽度值时控制磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使宽度值等于预设宽度值。上述目标间隙为磁悬浮高速电机转子的一端与轴向位移控制传感器之间的间隙。

步骤S502，分别测量磁悬浮高速电机转子的向前位移总量和磁悬浮高速电机转子的轴向波动量。

步骤S503，根据向前位移总量和轴向波动量，确定磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。

本发明考虑到了磁悬浮高速电机转子在轴向力大时存在轴向波动的情况，通过步骤S501~步骤S503，可以先测量轴向波动量，再根据轴向波动量确定受热伸长量，以此来消除轴向波动的影响，能够保证受热伸长量的准确性高。

在一个可选的实施例中，在执行完步骤S503之后，方法还包括步骤S504~步骤S506：

步骤S504，根据受热伸长量，确定磁悬浮高速电机转子的工作温度；

步骤S505，判断工作温度是否小于磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值；

步骤S506，若否，则控制磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

在一个可选的实施例中，在执行完步骤S503之后，方法还包括步骤S507~步骤S509：

步骤S507，获取磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值，并根据工作温度阈值确定预设受热伸长量；

步骤S508，判断受热伸长量是否小于预设受热伸长量阈值；

步骤S509，若否，则控制磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述方法的具体步骤，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法实施例方法的步骤。

在一个可选的实施例中，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行上述方法实施例方法。

另外，在本发明实施例的描述中，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。

在本实施例的描述中，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实施例的限制。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。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。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，又例如，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通信接口，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。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

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，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本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、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转子伸长量测量方法，其特征在于，包括：

获取磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在所述宽度值小于预设宽度值时控制所述磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使所述宽度值等于所述预设宽度值；其中，所述目标间隙为所述磁悬浮高速电机转子的一端与轴向位移控制传感器之间的间隙；

分别测量所述磁悬浮高速电机转子的向前位移总量和所述磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；

根据所述向前位移总量和所述轴向波动量，确定所述磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述受热伸长量，确定磁悬浮高速电机转子的工作温度；

判断所述工作温度是否小于所述磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值；

若否，则控制所述磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述磁悬浮高速电机转子的工作温度阈值，并根据所述工作温度阈值确定预设受热伸长量；

判断所述受热伸长量是否小于所述预设受热伸长量阈值；

若否，则控制所述磁悬浮高速电机转子减速悬浮。

4.一种转子伸长量测量装置，其特征在于，包括：前位移测量传感器，后位移测量传感器、前位移测量辅助组件，后位移测量辅助组件、轴向位移控制传感器和控制器；其中，所述后位移测量辅助组件安装在磁悬浮高速电机转子的一端，所述前位移测量辅助组件安装在所述磁悬浮高速电机转子的另一端，所述前位移测量传感器安装在所述前位移测量辅助组件的外侧，所述后位移测量传感器安装在所述后位移测量辅助组件的外侧，所述轴向位移控制传感器安装在所述磁悬浮高速电机转子的一侧；所述前位移测量传感器、后位移测量传感器和轴向位移控制传感器均与所述控制器相连；

所述轴向位移控制传感器获取所述磁悬浮高速电机转子在悬浮运行的过程中的目标间隙的宽度值，并在所述宽度值大于预设宽度值时控制所述磁悬浮高速电机转子进行轴向平移，以使所述宽度值等于所述预设宽度值；其中，所述目标间隙为所述磁悬浮高速电机转子的一端与所述轴向位移控制传感器之间的间隙；

所述前位移测量传感器通过所述前位移测量辅助组件测量所述磁悬浮高速电机转子的向前位移总量；

所述后位移测量传感器通过所述后位移测量辅助组件测量所述磁悬浮高速电机转子的轴向波动量；

所述控制器根据所述向前位移总量和所述轴向波动量，确定所述磁悬浮高速电机转子的受热伸长量。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述前位移测量传感器包括互相平行的第一定子前硅钢片叠片组和第一定子后硅钢片叠片组；所述前位移测量辅助组件包括：第一转子硅钢片叠片组；

所述前位移测量传感器，用于确定所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一转子硅钢片叠片组之间的第一磁路横截面积；

所述前位移测量传感器，还用于确定所述第一定子后硅钢片叠片组和所述第一转子硅钢片叠片组之间的第二磁路横截面积；

所述前位移测量传感器，还用于根据所述第一磁路横截面积和所述第二磁路横截面积输出与所述向前位移总量对应的电压值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述前位移测量传感器还包括传感器盖，隔离压板和传感器座；其中，所述传感器盖位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组的外侧，所述隔离压板位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组之间，所述传感器座位于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组的外侧并垂直于所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组；

所述传感器盖，所述隔离压板和所述传感器座，均用于固定所述第一定子前硅钢片叠片组和所述第一定子后硅钢片叠片组。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述前位移测量传感器包括线圈；其中，所述线圈安装在所述第一定子前硅钢片叠片组的磁极上，和/或，所述线圈安装在所述第一定子后硅钢片叠片组的磁极上。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述磁悬浮高速电机转子包括芯轴、第一转子挡环和第一转子套杯；其中，所述第一转子挡环和所述第一转子套杯均位于所述芯轴的外侧，且所述第一转子挡环和所述第一转子套杯分别位于所述第一转子硅钢片叠片组的两侧；

所述第一转子挡环和所述第一转子套杯，用于固定所述第一转子硅钢片叠片组。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求1至3任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求1至3任一项所述的方法。

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