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CN113719541B - 磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、机组及存储介质 - Google Patents

磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、机组及存储介质 Download PDF

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CN113719541B
CN113719541B CN202111152604.4A CN202111152604A CN113719541B CN 113719541 B CN113719541 B CN 113719541B CN 202111152604 A CN202111152604 A CN 202111152604A CN 113719541 B CN113719541 B CN 113719541B
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Abstract

本发明公开了一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、制冷机组及存储介质，该方法包括：在接收到轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取转轴的径向位置；根据转轴的径向位置，向径向轴承线圈通入电流控制转轴在径向上的位移为0；向轴向轴承线圈通入电流，控制转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到转轴在轴向上的轴向变化范围；确定轴向变化范围的中心点，将轴向变化范围的中心点确定为轴向轴承的轴向参考位置，以实现对磁悬浮轴承的轴向位置的检测。该方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，减小转轴轴向移动的摩擦力，以使转轴移动方便。

Description

磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、机组及存储介质
技术领域
本发明属于磁悬浮技术领域，具体涉及一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、制冷机组及存储介质。
背景技术
磁悬浮装置在稳定悬浮之前都要进行预期位置的设置，轴承线圈(即磁悬浮轴承的定子线圈)中的电流由小到大类似于正弦波一样逐渐变化，使转轴的位置发生偏移一周，而移动范围的中心点即可作为预期位置，这一步称作检测参考位置。
将检测参考位置分为前后两步，即检测径向参考位置和检测轴向参考位置。检测径向参考位置时轴向轴承线圈中是没有电流通过的，同理，检测轴向参考位置时径向轴承线圈中也没有电流通过。检测轴向参考位置时，要克服转轴与保护轴承的摩擦力进行移动，对于小冷量的磁悬浮离心机组来说，转轴设计相对较小，质量轻，移动相对容易。而对大冷量机组来说，转轴设计的很大，质量很大，这样检测轴向参考位置时转轴会因摩擦力作用而不能移动，或者移动艰难造成磨轴。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法、装置、制冷机组及存储介质，以解决在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，存在转轴移动困难的问题，达到通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，减小转轴轴向移动的摩擦力，以使转轴移动方便的效果。
本发明提供一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法中，所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承；所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈；所述磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，包括：在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置；根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0；向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围；确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。
在一些实施方式中，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0，包括：确定径向电流；向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
在一些实施方式中，确定径向电流，包括：
根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure BDA0003287629770000021
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
在一些实施方式中，向所述径向轴承通入所述径向电流，包括：根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间；根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。
在一些实施方式中，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
在一些实施方式中，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：按类似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种磁悬浮轴承的轴向位置检测装置中，所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承；所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈；所述磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，包括：获取单元，被配置为在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置；控制单元，被配置为根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0；所述控制单元，还被配置为向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围；所述控制单元，还被配置为确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0，包括：确定径向电流；向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
在一些实施方式中，所述控制单元，确定径向电流，包括：根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure BDA0003287629770000031
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
在一些实施方式中，所述控制单元，向所述径向轴承通入所述径向电流，包括：根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间；根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。
在一些实施方式中，所述控制单元，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
在一些实施方式中，所述控制单元，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：按类似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种制冷机组，包括：以上所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法。
由此，本发明的方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，向轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，向径向轴承线圈通入预先确定的固定电流，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小径向轴承线圈的电压应力；从而，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，减小转轴轴向移动的摩擦力，以使转轴移动方便。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的方法中向所述径向轴承通入所述径向电流的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置的一实施例的结构示意图；
图5为磁悬浮轴承检测轴向参考位置时的简化受力分析示意图；
图6为磁悬浮轴承的轴向位置检测方法的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-获取单元；104-控制单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到，磁悬浮轴承一般采用闭环控制，当检测轴向参考位置而轴向移动困难时，磁悬浮轴承控制器会加大轴向电流输出，最大可达正常运行时的2至3倍，这对电路设计和电路使用寿命无疑都是挑战。此外磨轴可能会造成轴的质量重心发生改变，使机组在运行时的不平衡转矩加剧，变得难以控制。
根据本发明的实施例，提供了一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承。所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈。所述磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，包括：步骤S110至步骤S140。
在步骤S110处，在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置。
在步骤S120处，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0。
在一些实施方式中，步骤S120中根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0的具体过程，参见以下示例性说明。
下面结合图2所示本发明的方法中向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0的具体过程，包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，确定径向电流。所述径向电流，是用于通向所述径向轴承线圈，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
在一些实施方式中，步骤S210中确定径向电流，包括：根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure BDA0003287629770000061
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
图5为磁悬浮轴承检测轴向参考位置时的简化受力分析示意图。如图5所示，磁悬浮轴承的前后轴承线圈对轴向吸力圆盘产生电磁吸力，从而使轴(即转轴)沿轴向前后移动。下面就本发明的方案的实施方式做简单的受力分析。
本发明的方案中，利用电磁力平衡一部分重力的作用，为方便描述，引入系数k，列出径向轴承线圈所提供的径向电磁力F的受力方程：
F＝kG
Figure BDA0003287629770000062
公式(1)中，F为径向轴承线圈所提供的径向电磁力，G为轴所受重力，k为系数，可根据实际需求进行选取，取值范围为0.5≤k＜1。k值是小于1的，即径向电磁力小于重力，这是为了保证检测轴向参考位置时转轴不会沿径向移动。m为轴的质量。g为重力加速度。μ0为真空磁导率。A为磁极面积。N为绕组匝数。x为等效竖直方向上的距离。I为径向轴承线圈中的电流。以上参数除电流外均属于机组的固有参数，电流I可通过公式(1)推算。
步骤S220，向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
本发明的方案，具体是一种针对大冷量磁悬浮离心机组的轴承轴向位置的检测方法，在检测轴向参考位置时，轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，径向轴承线圈通入事先由主控(如磁悬浮轴承的轴承控制器)计算好的固定电流，用电磁力抵消一部分重力的作用，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小轴向轴承线圈的电流，减小径向轴承线圈的电压应力。
在一些实施方式中，结合图3所示本发明的方法中向所述径向轴承通入所述径向电流的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S220中向所述径向轴承通入所述径向电流的具体过程，包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间。
步骤S320，根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。
已知某主动式半桥功率放大器，线圈电感为L，电阻为R，上下桥臂的开关管同时导通时，电感L处于充电状态，其余为续流或放电状态。充电时对充电电路进行分析，列出电压方程：
Figure BDA0003287629770000071
i是线圈中的瞬时时电流，UMOS是开关管的压降，U是母线电压。当达到边界条件i＝I时，充电结束，开关管关断，充电时间为t，PWM周期为T，则有效占空比为：
Figure BDA0003287629770000072
之所以称之为有效占空比，是为了区别于实际的PWM波占空比。在有效占空比这段时间内上下管同时开通，线圈电感处于充电状态，即上下管的PWM波同为高电平的部分。
至此，转轴的初始参数以及停放位置是已知的，在0.5≤k＜1范围合理选取系数k，电流便可推算处出来。再由电压方程算出达到平衡电流所需时间，然后得出有效占空比，主控就输出固定占空比的PWM波，使转轴在竖直方向上位置不会改变，电磁力抵消一部分重力，减少轴承提供的支持力Fn，进而减小轴向的摩擦力f，借此解决轴向检测参考位置时因摩擦太大而移动困难和轴向电流过大的问题。
在步骤S130处，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围。
在一些实施方式中，步骤S130中向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
在相关方案的检测方式中，竖直方向是重力和支撑力，轴的轴向摩擦力很大，轴向移动需要线圈流过很大的电流以产生电磁吸力。本发明的方案的检测方式，径向轴承线圈通电以产生与重力方向相反的电磁力减弱重力的影响，减小支撑力，进而减小轴向摩擦力，相对移动所需的轴向电磁力减小。
在一些实施方式中，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：按类似或近似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
图6为磁悬浮轴承的轴向位置检测方法的一实施例的流程示意图。如图6所示，磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，包括：
步骤1、主控(如磁悬浮轴承的轴承控制器)发出开始检测轴承参考位置的指令。
步骤2、径向的位移传感器反馈转轴的具体位置。
步骤3、主控依据已知的参数，包括轴的物理参数和所在位置进行计算，并发出固定占空比的PWM波给功率放大器，径向轴承线圈流过一定量的电流而不打破竖直方向上的受力平衡，即径向无位移。具体的计算过程参照图5中的受力分析。
步骤4、轴向轴承线圈的电流先由小到大，然后由大到小，类似正弦变化，使轴沿轴向前后移动到最大范围，径向电流归零。
步骤5、将轴向变化范围的中心点设为轴向参考位置，结束轴向参考位置的检测。
在步骤S140处，确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。
本发明的方案，提出一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，在检测轴向参考位置时，径向通过固定电流，轴向轴承线圈的电流由大到小变化，径向位移不改变，能够减小轴向移动时的摩擦力，保护转子，并减小轴向轴承线圈的电流。
在本发明的方案中，在检测轴向参考位置时，针对大冷量磁悬浮离心机组，本发明的方案，采取了使用径向电磁力来平衡重力的方式，以输出固定占空比PWM的形式，使径向电磁力保持恒定的同时不改变轴在径向的位置，这样会减小轴向移动时的摩擦力，解决了大冷量机组在检测轴向参考位置时，轴向轴承线圈过流的问题以及轴向移动困难的问题，保护了轴承转子和延长轴向轴承线圈的使用寿命。
采用本实施例的技术方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，向轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，向径向轴承线圈通入预先确定的固定电流，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小径向轴承线圈的电压应力。从而，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，减小转轴轴向移动的摩擦力，以使转轴移动方便。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮轴承的轴向位置检测方法的一种磁悬浮轴承的轴向位置检测装置。参见图4所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承。所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈。所述磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，包括：获取单元102和控制单元104。
其中，获取单元102，被配置为在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
控制单元104，被配置为根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为确定径向电流。所述径向电流，是用于通向所述径向轴承线圈，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S210。
在一些实施方式中，所述控制单元104，确定径向电流，包括：所述控制单元104，具体还被配置为根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure BDA0003287629770000091
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
图5为磁悬浮轴承检测轴向参考位置时的简化受力分析示意图。如图5所示，磁悬浮轴承的前后轴承线圈对轴向吸力圆盘产生电磁吸力，从而使轴(即转轴)沿轴向前后移动。下面就本发明的方案的实施方式做简单的受力分析。
本发明的方案中，利用电磁力平衡一部分重力的作用，为方便描述，引入系数k，列出径向轴承线圈所提供的径向电磁力F的受力方程：
F＝kG
Figure BDA0003287629770000101
公式(1)中，F为径向轴承线圈所提供的径向电磁力，G为轴所受重力，k为系数，可根据实际需求进行选取，取值范围为0.5≤k＜1。k值是小于1的，即径向电磁力小于重力，这是为了保证检测轴向参考位置时转轴不会沿径向移动。m为轴的质量。g为重力加速度。μ0为真空磁导率。A为磁极面积。N为绕组匝数。x为等效竖直方向上的距离。I为径向轴承线圈中的电流。以上参数除电流外均属于机组的固有参数，电流I可通过公式(1)推算。
所述控制单元104，具体还被配置为向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S220。
本发明的方案，具体是一种针对大冷量磁悬浮离心机组的轴承轴向位置的检测装置，在检测轴向参考位置时，轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，径向轴承线圈通入事先由主控(如磁悬浮轴承的轴承控制器)计算好的固定电流，用电磁力抵消一部分重力的作用，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小轴向轴承线圈的电流，减小径向轴承线圈的电压应力。
在一些实施方式中，所述控制单元104，向所述径向轴承通入所述径向电流，包括：
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
已知某主动式半桥功率放大器，线圈电感为L，电阻为R，上下桥臂的开关管同时导通时，电感L处于充电状态，其余为续流或放电状态。充电时对充电电路进行分析，列出电压方程：
Figure BDA0003287629770000111
当达到边界条件i＝I时，充电结束，开关管关断，充电时间为t，PWM周期为T，则有效占空比为：
Figure BDA0003287629770000112
之所以称之为有效占空比，是为了区别于实际的PWM波占空比。在有效占空比这段时间内上下管同时开通，线圈电感处于充电状态，即上下管的PWM波同为高电平的部分。
至此，转轴的初始参数以及停放位置是已知的，在0.5≤k＜1范围合理选取系数k，电流便可推算处出来。再由电压方程算出达到平衡电流所需时间，然后得出有效占空比，主控就输出固定占空比的PWM波，使转轴在竖直方向上位置不会改变，电磁力抵消一部分重力，减少轴承提供的支持力Fn，进而减小轴向的摩擦力f，借此解决轴向检测参考位置时因摩擦太大而移动困难和轴向电流过大的问题。
所述控制单元104，还被配置为向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S130。
在一些实施方式中，所述控制单元104，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：所述控制单元104，具体还被配置为按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
在相关方案的检测方式中，竖直方向是重力和支撑力，轴的轴向摩擦力很大，轴向移动需要线圈流过很大的电流以产生电磁吸力。本发明的方案的检测方式，径向轴承线圈通电以产生与重力方向相反的电磁力减弱重力的影响，减小支撑力，进而减小轴向摩擦力，相对移动所需的轴向电磁力减小。
在一些实施方式中，所述控制单元104，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：所述控制单元104，具体还被配置为按类似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
图6为磁悬浮轴承的轴向位置检测装置的一实施例的流程示意图。如图6所示，磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，包括：
步骤1、主控(如磁悬浮轴承的轴承控制器)发出开始检测轴承参考位置的指令。
步骤2、径向的位移传感器反馈转轴的具体位置。
步骤3、主控依据已知的参数，包括轴的物理参数和所在位置进行计算，并发出固定占空比的PWM波给功率放大器，径向轴承线圈流过一定量的电流而不打破竖直方向上的受力平衡，即径向无位移。具体的计算过程参照图5中的受力分析。
步骤4、轴向轴承线圈的电流先由小到大，然后由大到小，类似正弦变化，使轴沿轴向前后移动到最大范围，径向电流归零。
步骤5、将轴向变化范围的中心点设为轴向参考位置，结束轴向参考位置的检测。
所述控制单元104，还被配置为确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤S140。
本发明的方案，提出一种磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，在检测轴向参考位置时，径向通过固定电流，轴向轴承线圈的电流由大到小变化，径向位移不改变，能够减小轴向移动时的摩擦力，保护转子，并减小轴向轴承线圈的电流。
在本发明的方案中，在检测轴向参考位置时，针对大冷量磁悬浮离心机组，本发明的方案，采取了使用径向电磁力来平衡重力的方式，以输出固定占空比PWM的形式，使径向电磁力保持恒定的同时不改变轴在径向的位置，这样会减小轴向移动时的摩擦力，解决了大冷量机组在检测轴向参考位置时，轴向轴承线圈过流的问题以及轴向移动困难的问题，保护了轴承转子和延长轴向轴承线圈的使用寿命。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，向轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，向径向轴承线圈通入预先确定的固定电流，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小径向轴承线圈的电压应力，能够解决大冷量机组在检测轴向参考位置时，轴向轴承线圈过流的问题以及轴向移动困难的问题，提升轴向参考位置检测的便捷性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮轴承的轴向位置检测装置的一种制冷机组。该制冷机组可以包括：以上所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置。
由于本实施例的制冷机组所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，向轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，向径向轴承线圈通入预先确定的固定电流，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小径向轴承线圈的电压应力，能够保护轴承转子和延长轴向轴承线圈的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮轴承的轴向位置检测方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
采用本发明的技术方案，通过在检测制冷机组中磁悬浮轴承的轴向参考位置时，向轴向轴承线圈通入由小到大变化的电流，向径向轴承线圈通入预先确定的固定电流，使转轴沿轴向移动变得容易，同时减小径向轴承线圈的电压应力，使转轴沿轴向移动变得容易，保护转子，并减小轴向轴承线圈的电流。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承；所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈；所述磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，包括：
在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置；
根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0；
向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围；
确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0，包括：
确定径向电流；
向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，确定径向电流，包括：
根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure FDA0003287629760000011
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
4.根据权利要求2所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，向所述径向轴承通入所述径向电流，包括：
根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间；
根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：
按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
6.根据权利要求5所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法，其特征在于，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：
按类似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
7.一种磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述磁悬浮轴承，包括：转轴、轴向轴承和径向轴承；所述磁悬浮轴承的轴承线圈，包括：所述轴向轴承的轴向轴承线圈，以及所述径向轴承的径向轴承线圈；所述磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，包括：
获取单元，被配置为在接收到所述轴向轴承的轴向参考位置的检测指令的情况下，获取所述转轴的径向位置；
控制单元，被配置为根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0；
所述控制单元，还被配置为向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，得到所述转轴在轴向上的轴向变化范围；
所述控制单元，还被配置为确定所述轴向变化范围的中心点，将所述轴向变化范围的中心点确定为所述轴向轴承的轴向参考位置，以实现对所述磁悬浮轴承的轴向位置的检测。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述转轴的径向位置，向所述径向轴承线圈通入电流控制所述转轴在径向上的位移为0，包括：
确定径向电流；
向所述径向轴承通入所述径向电流，以使所述径向轴承线圈产生电磁力，该电磁力至少能够抵消所述转轴的部分重力。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述控制单元，确定径向电流，包括：
根据以下公式，计算所述径向电流：
Figure FDA0003287629760000031
其中，μ0为真空磁导率，A为所述径向轴承的磁极面积，N为绕组匝数，I为径向轴承线圈中的电流即径向电流，x为等效竖直方向上的距离，k为小于1的计算系数，m为轴的质量，g为重力加速度。
10.根据权利要求8所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述控制单元，向所述径向轴承通入所述径向电流，包括：
根据所述径向电流，确定所述径向轴承线圈的充电时间；
根据所述充电时间与设定的PWM周期的比值，确定有效占空比，并按所述有效占空比向所述径向轴承线圈输出电流。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述控制单元，向所述轴向轴承线圈通入电流，控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围，包括：
按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，以控制所述转轴在轴向上前后移动到最大移动范围。
12.根据权利要求11所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置，其特征在于，所述控制单元，按先由小变大、再由大变小的电流变化方式，向所述轴向轴承线圈通入电流，包括：
按类似正弦曲线变化的方式，使通入所述轴向轴承线圈的电流先由小变大、再由大变小。
13.一种制冷机组，其特征在于，包括：如权利要求7至12中任一项所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测装置。
14.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至6中任一项所述的磁悬浮轴承的轴向位置检测方法。
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