基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法与流程

1.本发明属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法。


背景技术：

2.主动磁悬浮轴承系统通过可控电磁力将转子悬浮于定子磁极中间，因此具有无摩擦、无需润滑、无污染、高速度、寿命长等优点。目前，主动磁悬浮轴承已作为一种先进的机电一体化产品，在工业领域得到了一定的应用，如陀螺仪、高速电机、无轴承电机、航空发动机、人工心脏泵和分布式发电系统等。
3.磁悬浮电机是使用磁悬浮轴承作为支撑的高速永磁同步电机，磁悬浮轴承支撑转子，高速电机驱动转子高速旋转。在磁悬浮电机转子上通常装有推力盘，定子中有两个轴向磁悬浮轴承布置在推力盘两侧。在磁悬浮电机的装配过程中，通常需要调整轴向保护间隙来保证转子正常悬浮时，推力盘处在轴承磁悬浮轴承中间，以避免正常工作时，风摩擦损耗过大，热膨胀等原因可能导致的推力盘与磁轴承之间的碰摩。
4.现有技术中，由于加工和装配误差的存在，很难保证保护轴承保护间隙的中心与轴向磁悬浮轴承间的轴向气隙的中心重合，因此在基于保护轴承轴向间隙标定轴向位移传感器之后，悬浮之后，推力盘将处在保护间隙的中间，并非轴向磁悬浮轴承中间。当难以保证位移传感器标定之后推力盘悬浮在轴向磁悬浮轴承中心位置时，推力盘离轴向磁悬浮轴承定子太近，将导致风摩擦损耗增加，引起推力盘和轴向磁悬浮轴承发热，进而增加碰磨风险，影响控制系统的稳定性。


技术实现要素：

5.针对上述不足，本发明的目的是提供一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法。
6.本发明提供了如下的技术方案：
7.一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，包括以下步骤：
8.s1、磁悬浮轴承控制器增加自找轴向中心位置控制模块；
9.s2、控制算法中建立两个分别用于存储两边轴向磁轴承线圈中的电流信号的数组；
10.s3、控制转子悬浮前先标定轴向位移传感器并存储标定数据，再按照轴向位移传感器标定的中心位置进行静态悬浮；
11.s4、每个控制周期采样两边轴向磁轴承线圈中的电流并存入对应数组；数组存储按照先进先出的原则更新数组中的数值；
12.s5、分别计算两个数组中电流信号的平均值，对两个平均值进行作差处理；
13.s6、当平均值差值的绝对值小于设定阈值时，自找悬浮中心位置过程结束；当平均值差值的绝对值大于阈值时，进行下一步；
14.s7、判断调整悬浮位置参考值后是否超出调整范围，当超出调整范围时自找悬浮中心位置过程结束，当未超出时进行下一步；
15.s8、调整悬浮位置参考值，然后返回s4。
16.具体地，阈值为100毫安。
17.具体地，s8中，每个控制周期内，悬浮位置参考值向轴向磁轴承线圈中电流信号平均值偏小一侧调整2微米。
18.具体地，s7中，设定轴向保护间隙的25％作为最大调整范围。
19.本发明的有益效果是：由于静态悬浮时，如果推力盘处在轴向磁悬浮轴承中间，由于两边轴向磁悬浮轴承完全对称，因此当气隙相同且无轴向力时，通入两个轴向磁轴承线圈中的电流应相等。本发明可以基于实时通过轴向磁悬浮轴承线圈中的电流来调整推力盘的悬浮位置，从而来保证静态悬浮时推力盘处于轴向磁轴承定子中心位置。
附图说明
20.图1是本发明的流程图；
21.图2是磁悬浮电机剖视图。
22.图中标记为：轴向磁悬浮轴承102、推力盘103、径向磁悬浮轴承104、电机定子105、位移传感器106、保护轴承107、轴向保护间隙108、轴向气隙109、转子110。
具体实施方式
23.如图2所示，磁悬浮电机内，通过径向磁悬浮轴承104支撑转子110，高速电机驱动转子101高速旋转。在转子110上装有推力盘103，电机定子105中有两个轴向磁悬浮轴承102布置在推力盘103两侧。电机定子105内还安装有位移传感器106和保护轴承107，保护轴承间107形成轴向保护间隙108，轴向磁悬浮轴承102间形成轴向气隙109。
24.如图1所示，一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
25.s1、磁悬浮轴承控制器增加自找轴向中心位置控制模块；
26.s2、控制算法中建立两个分别用于存储两边轴向磁轴承线圈中的电流信号的数组；
27.s3、控制转子悬浮前先标定轴向位移传感器并存储标定数据，再按照轴向位移传感器标定的中心位置进行静态悬浮；
28.s4、每个控制周期采样两边轴向磁轴承线圈中的电流并存入对应数组；数组存储按照先进先出的原则更新数组中的数值；
29.s5、分别计算两个数组中电流信号的平均值，对两个平均值进行作差处理；
30.s6、当平均值差值的绝对值小于设定阈值时，自找悬浮中心位置过程结束；当平均值差值的绝对值大于阈值时，进行下一步；具体地，阈值为100毫安；
31.s7、判断调整悬浮位置参考值后是否超出调整范围，具体地，设定轴向保护间隙的25％作为最大调整范围；当超出调整范围时自找悬浮中心位置过程结束，当未超出时进行下一步；
32.s8、调整悬浮位置参考值，然后返回s4；具体地，每个控制周期内，悬浮位置参考值
向轴向磁轴承线圈中电流信号平均值偏小一侧调整2微米。
33.当平均值的差值绝对值为63毫安时，由于此时小于阈值，因此此时不需要进行调整，自找悬浮中心位置过程结束。
34.当平均值的差值绝对值为163毫安时，由于此时大于阈值，因此判断调整悬浮位置参考值后是否超出调整范围，若超出调整范围，则自找悬浮中心位置过程结束；若未超出，悬浮位置参考值向轴向磁轴承线圈中电流信号平均值偏小一侧调整2微米，然后继续采样两侧两边轴向磁轴承线圈中的电流，将电流信号的平均值的差值与阈值比对，再判断是否调整。
35.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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。


技术特征：
1.一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、磁悬浮轴承控制器增加自找轴向中心位置控制模块；s2、控制算法中建立两个分别用于存储两边轴向磁轴承线圈中的电流信号的数组；s3、控制转子悬浮前先标定轴向位移传感器并存储标定数据，再按照轴向位移传感器标定的中心位置进行静态悬浮；s4、每个控制周期采样两边轴向磁轴承线圈中的电流并存入对应数组；数组存储按照先进先出的原则更新数组中的数值；s5、分别计算两个数组中电流信号的平均值，对两个平均值进行作差处理；s6、当平均值差值的绝对值小于设定阈值时，自找悬浮中心位置过程结束；当平均值差值的绝对值大于阈值时，进行下一步；s7、判断调整悬浮位置参考值后是否超出调整范围，当超出调整范围时自找悬浮中心位置过程结束，当未超出时进行下一步；s8、调整悬浮位置参考值，然后返回s4。2.根据权利要求1所述的基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，其特征在于：阈值为100毫安。3.根据权利要求1所述的基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，其特征在于：s8中，每个控制周期内，悬浮位置参考值向轴向磁轴承线圈中电流信号平均值偏小一侧调整2微米。4.根据权利要求1所述的基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，其特征在于：s7中，设定轴向保护间隙的25％作为最大调整范围。

技术总结
本发明属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种基于轴向磁轴承电流的磁悬浮电机轴向悬浮位置控制方法，包括以下步骤：控制算法中建立两个分别用于存储两边轴向磁轴承线圈中的电流信号的数组；控制转子悬浮前先标定轴向位移传感器并存储标定数据，再进行静态悬浮；每个控制周期采样轴向磁轴承线圈中的电流并存入数组；分别计算两个数组中电流信号的平均值，对两个平均值进行作差处理；当平均值差值的绝对值小于设定阈值时，自找悬浮中心位置过程结束；当平均值差值的绝对值大于阈值时判断调整悬浮位置参考值后是否超出调整范围，当超出调整范围时自找悬浮中心位置过程结束，当未超出时调整悬浮位置参考值。超出时调整悬浮位置参考值。超出时调整悬浮位置参考值。


技术研发人员：朱益利 张恒 于建英 李渊
受保护的技术使用者：江苏明磁动力科技有限公司
技术研发日：2022.08.15
技术公布日：2022/11/25