[發明專利]一種磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置及方法

在審

• 申請號: 202210827661.6
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115425817A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 趙一凡;趙遠;駱淳
• 申請（專利權）人: 蘇州盟諾達精密機械科技有限公司
• 主分類號: H02K15/16
• 分類號: H02K15/16;G06F30/20
• 代理公司: 廣州市時代知識產權代理事務所(普通合伙) 44438
• 代理人: 周冠宇

1.一種磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，包括硬件在環仿真系統，其特征在于：所述硬件在環仿真系統包括高速磁懸浮電機(1)及其磁懸浮電機控制器(2)構成所述硬件在環仿真系統的物理存在的硬件系統，還包括磁懸浮電機動態數學模型(3)、磁懸浮控制系統(4)以及動平衡失衡參數計算機尋優算法(5)構成所述硬件在環系統中存在于計算機數字空間的仿真系統；

所述高速磁懸浮電機(1)包括磁懸浮轉子總成(1_1)、徑向電磁軸承(1_2)、用于檢測所述磁懸浮轉子總成(1_1)在電磁軸承氣隙中位置的轉子總成徑向位移傳感器(1_3)、三相電機定子(1_4)、軸向電磁軸承(1_5)和磁懸浮轉子總成角位移傳感器(1_6)；所述磁懸浮電機控制器(2)包括轉子總成徑向位移傳感器信號處理電路(2_1),電磁軸承PWM功率放大器(2_2)，磁懸浮轉子總成角位移信號處理電路(2_3)，磁懸浮位置閉環控制器(2_4)、電機PWM驅動與控制器(2_5)。

2.根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述磁懸浮轉子總成(1_1)是由透平葉輪(1_1_1)、徑向磁懸浮軸承轉子磁路(1_1_2)、電機轉子(1_1_3)、轉子總成徑向位移傳感器電磁靶環(1_1_4)、動平衡減重區(1_1_5)、軸向磁懸浮軸承轉子(1_1_6)等部件組裝而成的剛體旋轉體。

3.根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述徑向電磁軸承(1_2)、所述轉子總成徑向位移傳感器(1_3)、所述磁懸浮位置閉環控制器(2_4)及其附屬的傳感器信號處理電路和功率放大電路聯合構成所述轉子總成(1_1)的磁懸浮徑向位置控制系統。

4.根據權利要求2所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述三相電機轉定子(1_4)、所述轉子(1_1_3)和所述電機PWM驅動與所述控制器(2_5)構成所述磁懸浮轉子總成(1_1)的軸向旋轉控制系統，所述軸向電磁軸承(1_5)、所述軸向磁懸浮軸承轉子(1_1_6)、所述磁懸浮位置閉環控制器(2_4)中的軸向位置分量和轉子總成軸向位移傳感器控制構成所述轉子總成(1_1)的軸向位置控制系統。

5.根據權利要求2所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述磁懸浮轉子總成(1_1)的兩端設計上保留有用于動平衡校正機械加工的環帶。

6.根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述磁懸浮電機控制器(2)的徑向位置閉環控制算法為一種反向動力學控制算法。

7.根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述磁懸浮電機動態數學模型(3)的轉子慣量矩陣的慣量積元素為轉子總成動平衡失衡參數的函數，動平衡失衡參數為一個3維矢量，由代表靜態失衡的質量、代表動態失衡的質量以及代表所述質量分布的角度構成，所述磁懸浮電機動態數學模型(3)包括模擬磁懸浮軸承電流控制環動態特性和轉子總成徑向位置傳感器動態特性的功能模塊。

8.根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述動平衡失衡參數計算機尋優算法(5)是分別提取實際的物理系統和計算機仿真系統中磁懸浮軸承電磁體電流中的與轉子總成旋轉同頻率的同步分量，用二者的矢量差值構成計算機尋優算法的目標函數。

9.根據權利要求7所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置，其特征在于：所述同步分量是由磁懸浮軸承電磁體電流矢量經過從靜止坐標系到轉子旋轉坐標系的旋轉變換和低通濾波后獲得。

10.一種根據權利要求1所述的磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將磁懸浮轉子總成(1_1)無接觸地支撐在磁懸浮軸承的電磁體之間并使磁懸浮轉子總成(1_1)的幾何中心線與電磁體的幾何中心線重合；

S2：磁懸浮轉子總成(1_1)在電機PWM驅動與控制器(2_5)的控制下以懸浮狀態做旋轉運動；

S3：通過信號采集、系統仿真和計算機人工智能參數尋優的方法確定磁懸浮轉子總成(1_1)的等效動平衡失衡參數，以實現對磁懸浮轉子總成(1_1)的動平衡校正。