[发明专利]磁悬浮转子自动起浮方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁悬浮轴承技术领域，更具体地说，涉及一种磁悬浮转子的自动起浮方法。

背景技术

磁悬浮轴承没有机械摩擦，被应用在许多特种场合。磁悬浮轴承将转子稳定地悬浮在空中，使转子在高速工作过程中与定子之间没有机械接触，具有无机械磨损、能耗低、允许转速高、噪声低、寿命长、无需润滑等优点。磁悬浮轴承一般采用永磁偏置以提高其工作效率。但是，永磁偏置磁悬浮转子的可靠起浮一直是非常困难的问题。

磁悬浮转子的起浮，尤其是首次起浮是磁悬浮转子调试运行中十分困难的环节。由于磁悬浮转子系统各部分机械尺寸、磁性材料、传感器的误差，导致在首次成功起浮前很难得知悬浮中心在何处以及从何处才能起浮。传统方法是采用另外的装置去测量出这些误差并保存在控制系统中，但在实际操作中的多种问题经常会导致起浮失效。

磁悬浮转子起浮的关键之一在于找出合适的悬浮中心，即找到永磁力为零时传感器的输出值。由于磁性材料的不一致性、机加工误差和安装误差，悬浮中心与定子的几何中心有一定的误差。根据永磁偏置磁悬浮轴承的基本理论，当转子在永磁力中心悬浮时，系统的功耗很低；当偏离永磁力中心时，功耗将按误差的平方关系增加；如果偏差太大，则磁悬浮线圈将过流保护甚至发热烧毁，这在首次起浮中最为常见。因此，找到正确的悬浮中心是起浮成功的关键。

磁悬浮转子起浮的关键之二在于找到合适的起浮位置。转子没有起浮时，是在永磁力吸引下紧紧贴在定子上的。转子紧贴在定子上时，转子自身在0-360上有很多种可能的角位移，转子贴靠在定子上的位置也在0-360上有多个可能的接触点，这样所有的起浮位置就组成了一个两维的分布空间。在这个两维的分布空间中的每个起浮位置上，由于磁性材料的不均匀性、周期性(如磁极产生的磁场)或者结构误差，加上永磁偏置结构的强烈的非线性，它们起浮所需要的电流是不同的，甚至由于磁性材料的饱和限制，有的起浮位置无论加多大电流都无法起浮。根据势能最小原理，转子往往容易贴靠到最不容易起浮的点上，这更加剧了起浮的难度。因此从合适位置起浮，是起浮成功的关键因素。

通常磁悬浮起浮的方法是借助机械夹具，固定转子和定子，将转子调整到定子的几何中心，测量传感器的输出，作为悬浮中心。或者用力传感器测量出永磁力中心，测量传感器的输出，作为悬浮中心。在起浮时，也常常先利用机械装置将转子限定到某一个较小的区域内，以便起浮。有时还会安装辅助轴承，以利于起浮和保护。但是在某些磁悬浮轴承中，转子完全密封在定子腔体内，且转子与定子间隙相对较大呈复杂封闭曲面，组装完毕后无法使用夹具，限制了上述常规起浮方法的使用。

因此，如何实现磁悬浮转子的可靠起浮，是一些磁悬浮轴承应用领域中亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种磁悬浮自动起浮方法，以克服无法借助机械夹具实现起浮的磁悬浮转子的可靠起浮的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁悬浮自动起浮方法，包括求解永磁力的起浮中心和寻找起浮位置；

包括步骤：

S4、按正交四点法求永磁力的中心；

S5、将四点渐进旋转第一角度至少三次后，分别求解每次旋转第一角度时各个永磁力的第一中心，根据测得的各个永磁力的第一中心值，得到永磁力的第一平均中心值；

S7、根据永磁力的第一平均中心值，在所述第一平均中心值所在的正交的四点位置依次起浮，起浮成功后记录第一中心值和第一起浮位置，如果不成功进入步骤S9；

S9、以永磁力的第一平均中心值所在的正交四点位置为起点，将四点渐进旋转第二角度至少三次后，分别求解每次旋转第二角度时各个永磁力的第二平均中心值；

S12、根据永磁力的第二平均中心值，在所述第二平均中心值所在的正交的位置的四点依次起浮，起浮成功后记录第二中心值和第二起浮位置，如果不成功重复S9，直至起浮成功位置。

优选地，在上述磁悬浮自动起浮方法中，所述第一角度为δ1＝2π/N，所述第一角度δ1的旋转次数小于N。

优选地，在上述磁悬浮自动起浮方法中，所述第二角度为δ2＝2π/M，所述第二角度δ2的旋转次数小于M。

优选地，在上述磁悬浮自动起浮方法中，所述第一角度δ1中，8≤N≤32；所述第二角度δ2中，8≤M≤32；其中，N和M的取值差值相近或相等。优选地，N和M的取值差值为0、1或2。

优选地，在上述磁悬浮自动起浮方法中，所述第一角度的旋转次数大于N。