[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

本發明公開了一種磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置及方法，本發明涉及高速磁懸浮電機技術領域，包括硬件在環仿真系統。所述硬件在環仿真系統包括高速磁懸浮電機及其磁懸浮電機控制器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、磁懸浮控制系統以及動平衡失衡參數計算機尋優算法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；具備了通過利用高速磁懸浮電機自身的機械、電磁和控制系統結構，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電機轉子總成的等效動平衡失衡參數以實現對轉子總成的動平衡校正，提升透平壓縮機的效率，并且同時降低生產成本的效果。

技術領域

本發明涉及高速磁懸浮電機技術領域，具體為一種磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置及方法。

背景技術

高速磁懸浮電機的轉子在磁懸浮軸承電磁力的作用下以懸浮狀態旋轉，因而具有無機械磨損、無潤滑油污染、能耗低、噪聲小、壽命長等優點，也因此在對高速、高效、真空、超凈等有特殊要求的應用場景中越來越多的替代傳統的機械軸承電機。高速磁懸浮電機的主要應用領域之一是各類高速透平機械，如離心式空氣壓縮機、離心式冷媒壓縮機等。采用高速磁懸浮電機驅動技術的高速離心式壓縮機設備最主要的特征是高效，與傳統的其他形式的壓縮機相比，其電力節能普遍可達20～40％。高速離心式壓縮機實現大幅度節能的關鍵因素之一是磁懸浮轉子總成(包括透平輪、電機轉子、磁懸浮軸承轉子磁路等部件的旋轉體)在懸浮狀態下的高精度位置控制，而實現高精度位置控制的關鍵條件之一是轉子總成的制造過程可實現高等級的動平衡精度。轉子總成一定程度的動平衡失衡在制造過程中不可避免。在采用傳統機械軸承的高速電機中，轉子在機械軸承的約束下圍繞軸承的幾何中線旋轉，轉子存在的動平衡失衡將在轉子旋轉時產生周期性的徑向離心力，在動平衡失衡超標的情況下會造成電機機臺的同步振蕩和加快軸承磨損。在高速電機采用磁懸浮軸承的情況下，轉子在軸承電磁體中存在一定的位移空間，因此在轉子存在動平衡失衡的情況下可以通過電磁軸承控制系統使轉子的旋轉軸與慣量軸重合，從而降低甚至消除徑向離心力引起的震蕩，但是代價是轉子實際的旋轉軸線偏離設計的旋轉軸線。

為了避免因旋轉軸偏移導致透平輪與蝸殼擦碰，設計中需要增加透平輪與蝸殼之間的間隙，但是間隙的增加將導致壓縮機效率降低。因此，高精度的轉子動平衡對于提升透平壓縮機的效率至關重要。

常規獲得高精度動平衡轉子總成的方法是在轉子總成的制造過程中利用高速高精度動平衡機對轉子總成實施動平衡校正，而高速高精度動平衡機通常是價格昂貴且不易獲得。依此，以一種低成本且容易獲得的方式實現高速磁懸浮電機轉子總成的高精度動平衡校正對于相關產業的產品研發、生產與產品性能提升具有重大意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種磁懸浮轉子高精度動平衡校正裝置及方法，具備了通過利用高速磁懸浮電機自身的機械、電磁和控制系統結構，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電機轉子總成的等效動平衡失衡參數以實現對轉子總成的動平衡校正，提升透平壓縮機的效率，并且同時降低生產成本的效果，解決了上述背景技術中所提到的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：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，所述硬件在環仿真系統包括高速磁懸浮電機及其磁懸浮電機控制器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、磁懸浮控制系統以及動平衡失衡參數計算機尋優算法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包括磁懸浮轉子總成、徑向電磁軸承、用于檢測所述磁懸浮轉子總成在電磁軸承氣隙中位置的轉子總成徑向位移傳感器、三相電機定子、軸向電磁軸承和磁懸浮轉子總成角位移傳感器；所述磁懸浮電機控制器包括轉子總成徑向位移傳感器信號處理電路,電磁軸承PWM功率放大器，磁懸浮轉子總成角位移信號處理電路，磁懸浮位置閉環控制器、電機PWM驅動與控制器。