[發(fā)明專利]一種磁懸浮主軸基于轉(zhuǎn)子位移的轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010359675.0
• 申請日: 2020-04-29
• 公開（公告）號: CN111458531B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海濤;任貴平;易劍;吳越;丁漢
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳;李智

本發(fā)明公開了一種磁懸浮主軸基于轉(zhuǎn)子位移的轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，屬于磁懸浮測速技術(shù)領(lǐng)域，包括磁懸浮主軸和磁懸浮控制板，所述磁懸浮主軸包括：轉(zhuǎn)子、電機(jī)驅(qū)動和位移傳感器；位移傳感器用于采集轉(zhuǎn)子位移信號；電機(jī)驅(qū)動用于在轉(zhuǎn)子懸浮后，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；磁懸浮控制板包括：懸浮控制模塊、電流驅(qū)動模塊和轉(zhuǎn)速估計模塊；懸浮控制模塊，用于在轉(zhuǎn)子懸浮前根據(jù)轉(zhuǎn)子位移信號產(chǎn)生電流控制信號；電流驅(qū)動模塊，用于接收電流控制信號后控制轉(zhuǎn)子懸浮；轉(zhuǎn)速估計模塊，用于對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子位移信號進(jìn)行濾波，得到估計信號和正交信號，利用估計信號和正交信號估計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。本發(fā)明無需外加轉(zhuǎn)速傳感器，就可完成對旋轉(zhuǎn)速度的在線監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于磁懸浮測速技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種磁懸浮主軸基于轉(zhuǎn)子位移的轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

磁懸浮軸承是利用可控電磁力作用將轉(zhuǎn)子或軸穩(wěn)定懸浮于空間的一種新型高性能軸承，與傳統(tǒng)軸承相比，磁懸浮軸承相對運動表面之間沒有接觸，轉(zhuǎn)子能夠運行到很高的轉(zhuǎn)速，同時具有無摩擦、無需潤滑、功耗低、清潔無污染等優(yōu)點，因此廣泛的應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域，如各類機(jī)床、渦輪分子泵、高速離心機(jī)、渦輪發(fā)電機(jī)等各種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

磁懸浮軸承系統(tǒng)的運行主要包含穩(wěn)定的懸浮和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁懸浮主軸在旋轉(zhuǎn)時，由于磁懸浮主軸的不平衡力引起轉(zhuǎn)子徑向位移的包含轉(zhuǎn)速頻率正弦波的不平衡振動，為保證磁懸浮軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，主控板及機(jī)床需要監(jiān)測轉(zhuǎn)速信號。由于磁懸浮軸承與電機(jī)分離，傳統(tǒng)方案需要額外的轉(zhuǎn)速傳感器和主控板的接口資源去接收轉(zhuǎn)速信號，不利于磁懸浮主軸系統(tǒng)的設(shè)計及成本控制，同時現(xiàn)有的磁懸浮主軸中，大部分沒有構(gòu)建轉(zhuǎn)速傳感器到主控板的轉(zhuǎn)速信號閉環(huán)，主控板的轉(zhuǎn)速監(jiān)測成為困難。目前現(xiàn)有的技術(shù)都是基于轉(zhuǎn)速傳感器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，沒有適用于無速度傳感器的磁懸浮主軸轉(zhuǎn)速測量方案。

現(xiàn)有實用新型專利如一種用于磁懸浮電機(jī)的速度檢測系統(tǒng)，授權(quán)公開號為CN209283040U，需要利用速度傳感器進(jìn)行磁懸浮電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量，同時還需要設(shè)計濾波處理電路以及增加屏蔽電纜來減小測量過程中傳感器受到的影響。

由此可見，現(xiàn)有技術(shù)存在磁懸浮主軸系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、成本高、不能在無速度傳感器下進(jìn)行測量的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種磁懸浮主軸基于轉(zhuǎn)子位移的轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，由此解決現(xiàn)有技術(shù)存在磁懸浮主軸系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、成本高、不能在無速度傳感器下進(jìn)行測量的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種磁懸浮主軸基于轉(zhuǎn)子位移的轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)，包括：磁懸浮主軸和磁懸浮控制板，

所述磁懸浮主軸包括：轉(zhuǎn)子、電機(jī)驅(qū)動和位移傳感器；

所述位移傳感器，用于采集轉(zhuǎn)子位移信號；

所述電機(jī)驅(qū)動，用于在轉(zhuǎn)子懸浮后，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；

所述磁懸浮控制板包括：懸浮控制模塊、電流驅(qū)動模塊和轉(zhuǎn)速估計模塊；

所述懸浮控制模塊，用于在轉(zhuǎn)子懸浮前根據(jù)轉(zhuǎn)子位移信號產(chǎn)生電流控制信號；

所述電流驅(qū)動模塊，用于接收電流控制信號后控制轉(zhuǎn)子懸浮；

所述轉(zhuǎn)速估計模塊，用于對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子位移信號進(jìn)行濾波，得到估計信號和正交信號，利用估計信號和正交信號估計轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步地，磁懸浮主軸還包括：驅(qū)動線圈，

所述驅(qū)動線圈，用于在電流驅(qū)動模塊接收電流控制信號后，產(chǎn)生電流和磁力，控制轉(zhuǎn)子懸浮。

進(jìn)一步地，磁懸浮控制板還包括：位移采樣模塊，

所述位移采樣模塊，用于在轉(zhuǎn)子懸浮前，將位移傳感器采集的轉(zhuǎn)子位移信號傳輸至懸浮控制模塊，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，將位移傳感器采集的轉(zhuǎn)子位移信號傳輸至轉(zhuǎn)速估計模塊。