[發明專利]磁軸承系統的控制方法和相應的裝置

無效

• 申請號: 200580046119.1
• 申請日: 2005-12-21
• 公開（公告）號: CN101099048A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: 英戈·門茲;哈特穆特·沃爾特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;H02K7/09;G05B5/01;G05D3/12
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張亮

技術領域

本發明涉及一種控制一磁軸承系統的控制方法，在所述磁軸承系統中，一旋轉元件以可繞一旋轉軸旋轉的方式安裝在一基座中，其中，一檢測裝置檢測旋轉元件相對于旋轉軸的徑向偏轉(radial?deflection)并將其傳輸給一控制裝置，所述控制裝置根據旋轉元件的徑向偏轉產生用于磁軸承系統的控制信號并將其發送給磁軸承系統。

此外，本發明還涉及一種與此相應的裝置。

背景技術

磁軸承系統的控制方法和相應的裝置是眾所周知的。相關示例可參見DE-A-31?50?122。

在旋轉元件的最大轉速下有可能出現臨界轉速的情況主要出現在具有高轉速旋轉元件的裝置上。如果相關旋轉元件的轉速是可變的，這些轉速就有可能同樣處于轉速調節范圍之內。在臨界轉速情況下，旋轉元件很容易發生振動，只要出現極小的刺激因素，就會發生劇烈振動。因此，根據相關準則的規定，旋轉元件的工作范圍與臨界轉速之間必須存在一安全間隔，這可預先規定。

現有技術嘗試通過對臨界轉速情況下的旋轉元件進行主動減震以及通過有效平衡來達到即使在臨界轉速情況下也能使旋轉元件盡可能穩定旋轉的目的。但無論現有技術作出了何種努力，在臨界轉速情況下，往往仍須將程度大于準則規定的振動確定為允許振動。視具體情況的不同，或者將這些相對較大程度的振動確定為允許振動，或者將與此相應的轉速范圍確定為不允許的轉速范圍。

盡管主動磁軸承系統允許軸承剛度和軸承阻尼發生與轉速相關的變化，但即使借助于此類主動磁軸承，現有技術仍無法解決臨界轉速的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種控制開篇所述類型的磁軸承系統的控制方法和一種與此相應的裝置，借助于所述方法和所述裝置可解決臨界轉速的問題。

有關控制方法的目的的解決方案為：

-檢測裝置還檢測旋轉元件的一旋轉頻率并將其傳輸給控制裝置；

-控制裝置從旋轉元件的徑向偏轉中分離出至少一個頻率分量，這一頻率分量包括了旋轉元件的徑向偏轉中接近于一與所述旋轉頻率之間存在預定比例關系的濾波器頻率的頻率分量；

-控制裝置根據一頻率控制機制利用所述頻率分量產生頻率控制信號；

-控制裝置根據旋轉元件的徑向偏轉與所述頻率分量之差算出一剩余分量，并根據一剩余控制機制利用所述剩余分量產生剩余控制信號；以及

-控制裝置通過將頻率控制信號與剩余控制信號相加而產生用于磁軸承系統的控制信號。

有關裝置的目的通過權利要求14所述的特征而達成。

如果檢測裝置在檢測所述旋轉頻率的同時還檢測旋轉元件的一瞬時旋轉位置并將其傳輸給控制裝置，本發明的控制方法就更為有效。如果檢測裝置的一脈沖發生器為此而在旋轉元件處于預定旋轉位置時產生一觸發脈沖并將其發射到控制裝置上，就能特別精確地測定旋轉頻率和旋轉位置。其中，特定而言旋轉元件每轉一圈脈沖發生器就精確地產生和發射一觸發脈沖。

如果控制裝置根據傳輸過來的旋轉元件的旋轉位置而產生頻率控制信號和/或剩余控制信號并將其發送到磁軸承系統上，就可對徑向偏轉進行更有效的補償。因為在此情況下可特別在旋轉元件的每一轉內根據旋轉元件的旋轉位置(自然為外推的)發送控制信號。

如果頻率控制機制與旋轉頻率相關，本發明的控制方法就特別靈活。其中，控制裝置特別可以一方式產生頻率控制信號，使得磁軸承系統在濾波器頻率附近具有一負的動態剛度。

而剩余控制機制可與旋轉頻率無關。優選地，控制裝置以一方式產生剩余控制信號，使得磁軸承系統會抑制旋轉元件的徑向偏轉，即具有一正的動態剛度。

在一諧振頻率情況下實施本發明的控制方法會特別有利；如果全部控制信號均是由控制裝置根據剩余控制機制而產生，則旋轉元件在這一諧振頻率情況下就是諧振的。

濾波器頻率通常為一半旋轉頻率的整數倍。很多情況下，其甚至是旋轉頻率的整數倍。就最簡單的情況而言，濾波器頻率與旋轉頻率相同。

本發明的控制方法的優選應用情況是可在一包含所述諧振頻率的旋轉頻率范圍內對旋轉元件的轉速進行調節。

本發明原則上可應用于任何一種裝置。舉例而言，其可用于電機、渦輪機或壓縮機。

附圖說明

下面借助附圖所示的實施例對本發明的優點和細節作進一步說明，其中：

圖1為一具有一基座與一旋轉元件的裝置；

圖2為圖1所示裝置的一磁軸承系統的一截面圖；

圖3為檢測用于圖2所示的磁軸承系統的控制信號的示意圖；以及

圖4為一轉速-剛度圖(即所謂的Kellenberger圖)。

具體實施方式