[发明专利]轴向位移的检测方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及检测领域，具体而言，涉及一种轴向位移的检测方法、装置及系统。

背景技术

磁悬浮轴承系统利用可控电磁力将转轴悬浮起来。如图1所示，磁悬浮轴承系统 主要由磁力轴承、转轴、位移传感器、控制器和功率放大器组成。其中，位移传感器 包括轴向位移传感器和径向位移传感器，轴向位移传感器用于连续检测转轴的轴向位 置变化(也即，用于检测转轴的轴向位移)，当轴向位移传感器检测到转轴的轴向位 移偏离参考位移后，控制器根据上述情况生成控制信号，然后功率放大器将这一控制 信号转换成控制电流，控制电流在磁力轴承中产生磁力使转轴能够稳定悬浮在参考位 移处，所以轴向位移传感器对整个磁悬浮轴承系统的控制起着至关重要的作用，轴向 位移检测的准确性将直接决定磁悬浮轴承系统运行的稳定性。

在一个5自由度磁悬浮轴承系统中，由2个径向磁力轴承和1个轴向磁力轴承组 成。在轴向磁力轴承控制中，轴向位移传感器25垂直于检测面安装，检测面是一个套 在转轴上的固定圆盘21的外表面，所以当圆盘垂直转轴时，检测面也垂直于转轴，同 样的，当圆盘不垂直于转轴时，检测面也不垂直于转轴。如图2所示，轴向位移传感 器25通过检测其与检测面之间的轴向位移得到转轴的轴向位移，并且现有技术中轴向 位移的检测都是通过一个轴向位移传感器来实现的，若圆盘与转轴垂直，则检测面与 转轴也垂直，这时轴向位移传感器检测到的轴向位移即为参考位移d_ref。其中，圆盘 21、转轴23和轴向位移传感器25之间的位置关系可以参见图3。

下面结合图1和图2，对轴向磁力轴承的控制过程说明如下：设图1中的参考位 移为d_ref，由于外力f作用，当转轴23发生轴向移动时，轴向位移传感器25检测到其 与检测面的距离发生变化，通过控制系统，轴向磁力轴承27就会产生相应的电磁力作 用在止推盘29上，使转轴产生一个与外力f相反方向的运动，并最终回到参考位移d_ref对应的位置处。

由于轴向位移是通过测量检测面来确定的，所以检测面要能真实地反映转轴的位 移，必须满足检测面与转轴是完全垂直的，不可避免，由于加工及装配上的误差，圆 盘与转轴不可能完全垂直，会存在一定的倾斜。若圆盘倾斜，则检测面也就会倾斜， 当转轴旋转时，通过检测面测量的轴向位移就不能真实反应转轴的轴向运动。

如图4a所示，若圆盘21处于A位置时，表明圆盘垂直于转轴，进而检测面也垂 直于转轴23，则轴向位移传感器检测到的轴向位移为参考位移d_ref；若转轴旋转至第 一角度，圆盘随转轴转动，使得圆盘位于第一位置(也即，图4a中的B位置)，表 明圆盘不垂直于转轴，进而检测面也不垂直于转轴，则轴向位移传感器检测到的轴向 位移为d1，d1大于参考位移d_ref，如图4b所示，当转轴旋转至第二角度，圆盘随转轴 转动，使得圆盘位于第二位置(也即，图4b中的C位置)，表明圆盘不垂直于转轴， 进而检测面也不垂直于转轴，则轴向位移传感器25检测到的轴向位移为d2，d2小于 参考位移d_ref。上述轴向位移传感器检测到的轴向位移会以如图5所示的正弦趋势变 化，其中，平均值d即为上述内容中的参考位移d_ref，并且可知d1-d_ref＝d_ref-d2。

而实际上，轴向磁力轴承的控制是以轴向位移传感器检测到的其与检测面之间的 距离(也即，轴向位移)作为输入量，故当转轴旋转时，轴向位移在不断变化，因此 轴向磁力轴承就会根据检测到的轴向位移的大小产生相应的一个力来控制转轴向相反 方向运动，由于旋转过程中因检测面倾斜带来的位移波动始终存在，故轴向磁力轴承 将控制转轴周期性的轴向运动，从而影响轴向的控制，随着转速的升高，此影响会越 来越严重，最终将导致转轴轴向控制失稳。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种轴向位移的检测方法、装置及系统，以至少解决现有技 术中由于检测面倾斜导致轴向位移检测结果不准确的技术问题。