一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置

本发明涉及磁轴承及其转子配套检测，具体涉及一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置。

背景技术：

1、在高端装备中高速/超高速运行的机床/机车、航空/航天装置等旋转机械中摩擦与磨损、润滑等因素一直是其支承部件（轴承）的制约因素，而磁悬浮轴承利用磁力将转子悬浮于空中，实现转子与定子无机械接触。相比传统的滚动轴承、滑动轴承以及油膜轴承，磁悬浮轴承具有诸多优点，如能耗小、噪声低、寿命长、无需润滑、无油污染等特性，适用于高速、真空和超净环境。

2、现有的磁悬浮轴承受物理限制磁轴承位移传感器和执行器都采取了异位布置从而产生了相位延迟，但在理论上是需要采用同位布置从而消耗了更多的估计和观测时间，导致更长的检测时间。针对复杂的耦合激励及系统动态，在理论和实践中如何求解动力学特性亟需解决的重要的基础问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，一方面提高了磁悬浮转子检测效率，另一方面也提高了磁悬浮系统的空间利用率。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，包括减震平台，所述减震平台上对称设有两组轴承组件，每个轴承组件包括磁轴承定子组件和与磁轴承定子组件内部转动连接的阶梯转子，其中两个阶梯转子通过转子检测套环连接，所述磁轴承定子组件与其对应的阶梯转子之间均匀设有一组叠层多功能薄膜，叠层多功能薄膜上安装有一组用于实时获取磁轴承转子系统在旋转过程中产生的磁场b0及其变化δb的电流霍尔西传感器阵列。

4、进一步地，所述电流霍尔西传感器阵列为2×4电流霍尔传感器阵列，所述电流霍尔西传感器为石墨烯基电流霍尔传感器。

5、进一步地，所述上安装有用于获取所述的磁极本体高精度温度t及其变化δt的温度传感器阵列。

6、进一步地，所述温度传感器阵列为1×3温度传感器阵列，其中温度传感器位于两列电流霍尔西传感器之间。

7、进一步地，每个磁轴承定子组件包括磁轴承定子支座，所述磁轴承定子支座内壁面沿其周向方向均匀安装有一组永磁体，其端部安装有端盖，所述磁轴承定子支座固定于减震平台，所述叠层多功能薄膜安装于永磁体底面。

8、进一步地，所述阶梯转子与其对应的磁轴承定子组件配合处套设有转子检测套环，所述转子检测套环与阶梯转子过盈配合，所述转子检测套环上设有用于实时高精度地获取转子高速旋转过程中的扭转、拉伸、弯曲的受力大小ε的应力应变传感器阵列和用于实时获取阶梯转子的温度t及其变化δt的温度传感器阵列。

9、进一步地，所述应力应变传感器阵列为由3×16应变片构成的应力应变传感器阵列；所述温度传感器阵列为2×16温度传感器排布的阵列，其中每一列温度传感器位分布于两列应变片之间。

10、进一步地，包括无线充电系统，所述无线充电系统为磁轴承及其转子配套的同位检测结构提供稳定可持续的电源。

11、进一步地，所述无线充电系统包括发射铜线圈和接收铜线圈，所述发射铜线圈缠绕于铁芯上，所述铁芯固定于磁轴承基座上，所述磁轴承基座固定于减震平台上，所述接收铜线圈与直流电源连接；所述接收铜线圈集成配置在磁极端面传感器阵列和转子检测套环传感器阵列上。

12、进一步地，所述转子检测套环靠近端部的表面依次设有2.4ghz无线发射线圈、a/d芯片及集成控制芯片。

13、与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

14、1）采用本发明的技术方案，通过在每个端面叠层多功能薄膜上安装有一组电流霍尔西传感器阵列和温度传感器阵列，通过消除了异位安装位移传感器带来的物理相位差，提高了转子位移变化检测灵敏度和精度；

15、2）本发明中电流霍尔西传感器为石墨烯基电流霍尔传感器，利用亲和材料之间的分子力与磁极和转子配套复合成型，能够依叠层多功能薄膜形状变化而变化，适配度高；

16、3）本发明利用无线供电和无线通信技术支持的磁极端面及其转子配套检测装置提供转子系统实时检测的系统架构和封装电路，通过所述的系统模块以解决磁悬浮轴承高速转子在复杂耦合激励及系统动态中位姿和力学参量变化的实时检测问题。

技术特征：

1.一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，包括减震平台（4），所述减震平台（4）上对称设有两组轴承组件，每个轴承组件包括磁轴承定子组件和与磁轴承定子组件内部转动连接的阶梯转子（3），其中两个阶梯转子（3）通过转子检测套环（13）连接，其特征在于所述磁轴承定子组件与其对应的阶梯转子（3）之间均匀设有一组叠层多功能薄膜（12），每个叠层多功能薄膜（12）上安装有一组用于实时获取磁轴承转子系统在旋转过程中产生的磁场b0及其变化δb的电流霍尔西传感器（9）阵列。

2.根据权利要求1所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述电流霍尔西传感器（9）阵列为2×4电流霍尔传感器（9）阵列，所述电流霍尔西传感器（9）为石墨烯基电流霍尔传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述叠层多功能薄膜（12）上安装有用于获取所述的磁极本体高精度温度t及其变化δt的温度传感器（10）阵列。

4.根据权利要求3所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述温度传感器（10）阵列为1×3温度传感器阵列，其中温度传感器（10）位于两列电流霍尔西传感器（9）之间。

5.根据权利要求1所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于每个磁轴承定子组件包括磁轴承定子支座（1），所述磁轴承定子支座（1）内壁面沿其周向方向均匀安装有一组永磁体（8），其端部安装有端盖（2），所述磁轴承定子支座（1）固定于减震平台（4），所述叠层多功能薄膜（12）安装于永磁体（8）底面。

6.根据权利要求1所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述阶梯转子（3）与其对应的磁轴承定子组件配合处套设有转子检测套环（13），所述转子检测套环（13）与阶梯转子（3）过盈配合，所述转子检测套环（13）上设有用于实时高精度地获取转子高速旋转过程中的扭转、拉伸、弯曲的受力大小ε的应力应变传感器阵列和用于实时获取阶梯转子（3）的温度t及其变化δt的温度传感器（19）阵列。

7.根据权利要求6所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述应力应变传感器阵列为由3×16应变片（18）构成的应力应变传感器阵列；所述温度传感器（19）阵列为2×16温度传感器排布的阵列，其中每一列温度传感器（10）位于分布于两列应变片（18）之间。

8.根据权利要求7所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于包括无线充电系统，所述无线充电系统为磁轴承及其转子配套的同位检测结构提供稳定可持续的电源。

9.根据权利要求8所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述无线充电系统包括发射铜线圈（7）和接收铜线圈（17），所述发射铜线圈（7）缠绕于铁芯（5）上，所述铁芯（5）固定于磁轴承基座上，所述磁轴承基座固定于减震平台（4）上，所述接收铜线圈（17）与直流电源（6）连接；所述接收铜线圈（17）集成配置在磁极端面传感器阵列和转子检测套环（13）传感器阵列上。

10.根据权利要求9所述的一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，其特征在于所述转子检测套环（13）靠近端部的表面依次设有2.4ghz无线发射线圈（14）、a/d芯片（15）及集成控制芯片（16）。

技术总结
本发明公开了一种基于同位检测的磁轴承及其转子配套检测装置，包括减震平台，减震平台上对称设有两组轴承组件，每个轴承组件包括磁轴承定子组件和与磁轴承定子组件内部转动连接的阶梯转子，其中两个阶梯转子通过转子检测套环连接，磁轴承定子组件与其对应的阶梯转子之间均匀设有一组叠层多功能薄膜，叠层多功能薄膜上安装有一组用于实时获取磁轴承转子系统在旋转过程中产生的磁场B0及其变化ΔB的电流霍尔西传感器阵列，通过在每个端面多功能打印多层薄膜上安装有一组电流霍尔西传感器阵列和温度传感器阵列，通过消除了异位安装位移传感器带来的物理相位差，提高了转子位移变化检测灵敏度和精度。

技术研发人员：张辰豪,胡雄心,蒋康毅,谭大鹏
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5