一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法
阅读说明：本技术 一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法 (Magnetic suspension motor and method for improving dynamic balance debugging accuracy ) 是由 袁军 钟仁志 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁悬浮电机领域,尤其涉及一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法。该电机包括外壳、电机轴、电机定子、磁轴承装置和多个径轴向传感器；径轴向传感器用于检测电机轴在径向和轴向的位移；电机轴两端侧面分别设置有第一配重面和第二配重面,第一配重面和第二配重面都设置有多个配重螺孔；多个配重螺孔相对于电机轴中心沿着圆周方向分布,并且相邻两个配重螺孔之间在圆周方向的角度为15°；第一配重面和第二配重面的多个配重螺孔依据动平衡调试过程在相应的角度旋合设置有相应重量的配重螺钉,配重螺钉用于抵消电机轴的动不平衡力偶。该电机提高了动平衡调试的准确度,同时降低了调试成本。(The invention relates to the field of magnetic suspension motors, in particular to a magnetic suspension motor and a method for improving dynamic balance debugging accuracy. The motor comprises a shell, a motor shaft, a motor stator, a magnetic bearing device and a plurality of radial and axial sensors; the radial and axial sensor is used for detecting the radial and axial displacement of the motor shaft; the side surfaces of two ends of the motor shaft are respectively provided with a first counterweight surface and a second counterweight surface, and the first counterweight surface and the second counterweight surface are both provided with a plurality of counterweight screw holes; the counterweight screw holes are distributed along the circumferential direction relative to the center of the motor shaft, and the angle between every two adjacent counterweight screw holes in the circumferential direction is 15 degrees; the counterweight screws with corresponding weights are screwed at corresponding angles according to the dynamic balance debugging process through the counterweight screw holes of the first counterweight surface and the second counterweight surface, and the counterweight screws are used for offsetting the dynamic unbalance couple of the motor shaft. The motor improves the accuracy of dynamic balance debugging and reduces the debugging cost.)
技术领域
本发明涉及磁悬浮电机领域，尤其涉及一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法。
背景技术
转子动平衡是测定电机转子不平衡量并进行校正的常用方法。由于不平衡是造成转子振动过大以及产生噪音的主要原因之一，直接影响发动机的工作性能和使用寿命。因此，研究转子特别是柔性转子动平衡技术对电机具有重要的意义。在电机行业，电机转子部件都需要做动平衡处理，以减小转子运行时的振动，提高电机寿命。
中国实用新型专利申请（公开号CN204145233U，公开日：20150204）公开了电机转子的热态动平衡辅助机构及热态动平衡测量装置，包括滑环和与滑环相匹配的电刷装置，热态动平衡辅助机构还包括移动式滑环座和变频器；移动式滑环座设置在动平衡机试验平台上且其可沿动平衡机试验平台的长度方向来回滑动或固定，电刷装置设置在移动式滑环座的内部，滑环套装在电机转子的转轴一端上且套装好滑环的电机转子转轴一端伸入移动式滑环座的内部与电刷装置配套对装好，电机转子的出线电缆与滑环连接，变频器通过外接电缆线与电刷装置连接。本实用新型既能模拟电机转子的实际工作状态对电机转子进行热态动平衡测量以使得测量结果更加精确，又能使得在测量准备工作中能方便快捷的将转子安装及调整到位，省时省力，提高了工作效率。
现有技术存在以下不足：传统的动平衡机只能模仿转子轴系支撑点进行转子的动平衡，并且动平衡机的工作转速都远远低于电机的实际工作转速；因此很难保证转子轴系在实际高转速下的不平衡量小于允许值，进而降低了动平衡调试的准确度。同时，对于不同重量的转子轴系也需要匹配不同承载能力的动平衡机；当需要对多个转子轴系进行动平衡调试时，需要准备多个动平衡机，进而增加了调试成本。
发明内容
本发明的目的是：针对上述问题，提出利用磁悬浮电机自身来提供电机轴的实际工作转速，利用磁悬浮电机自身的径轴向传感器检测电机轴从低到高转速下的实际不平衡量；并且在电机轴两端侧面分别设置第一配重面和第二配重面，依据检测结果利用配重螺钉抵消电机轴的动不平衡力偶；从而使得电机轴能够在实际工作转速下进行动平衡调试，提高了动平衡调试的准确度；同时，实际工作转速和不平衡量的检测都由磁悬浮电机自身提供，多个具有不同重量转子轴系的磁悬浮电机进行动平衡调试时不需要匹配多个动平衡机，进而降低调试成本的一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机，该电机包括外壳、电机轴、电机定子、磁轴承装置和多个径轴向传感器；电机定子套设在电机轴外壁并且固定嵌设于外壳的内孔，电机轴固定设置有电机转子，电机转子与电机定子的位置相对应；磁轴承装置和径轴向传感器都套设在电机轴外壁，径轴向传感器用于检测电机轴在径向和轴向的位移；电机轴两端侧面分别设置有第一配重面和第二配重面，第一配重面和第二配重面都设置有多个配重螺孔；多个配重螺孔相对于电机轴中心沿着圆周方向分布，并且相邻两个配重螺孔之间在圆周方向的角度为15°；第一配重面和第二配重面的多个配重螺孔依据动平衡调试过程在相应的角度旋合设置有相应重量的配重螺钉，配重螺钉用于抵消电机轴的动不平衡力偶。
作为优选，磁轴承装置包括位于电机轴两端的多个径向磁轴承和轴向磁轴承，径向磁轴承和轴向磁轴承都套设在电机轴外壁并且固定嵌设于外壳的内孔；电机轴外壁固定套设有径向轴承转子和推力盘，径向轴承转子与和径向磁轴承的位置相对应，两个轴向磁轴承分别位于推力盘轴向两端。
作为优选，径向轴承转子为多个轴向堆叠的硅钢片，径轴向传感器通过检测径向轴承转子在径向和轴向的位移进而实现对电机轴径向和轴向位置的检测。
作为优选，径轴向传感器包括传感器钢片和传感器线圈，传感器钢片设置有多个线圈固定部；多个传感器线圈分别固定缠绕在相应位置线圈固定部，并且多个传感器线圈在径向沿着电机轴中心两两对称设置。
作为优选，多对两两对称设置的传感器线圈中心线相互垂直。
作为优选，电机轴一端外壁设置有0°标志线，0°标志线用于被红外线转角测量仪检测进而得出电机轴动不平衡量的角度。
作为优选，电机轴外壁固定套设有磁钢护套，磁钢护套用于防止电机转子受到损坏。
作为优选，外壳包括电机筒、前保护轴承座和后保护轴承座，前保护轴承座和后保护轴承座分别固定在电机筒两端；电机定子和磁轴承装置都固定嵌设于电机筒的内孔。
作为优选，前保护轴承座和后保护轴承座都设置有保护轴承内孔，磁悬浮电机还设置有保护轴承；多个保护轴承套设在电机轴外壁并且分别位于前保护轴承座和后保护轴承座的保护轴承内孔，保护轴承外圈与保护轴承内孔过盈配合，保护轴承内圈与电机轴外壁存在间隙。
另外，本发明还公开了一种磁悬浮电机动平衡调试方法，该方法采用所述一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机，该方法包括以下的步骤：
（S1）电机定子通电驱动电机转子转动进而带动电机轴按照最低设定速度转动；
（S2）通过电机轴两端的径轴向传感器检测电机轴的最大偏移位置，并且判断最大偏移位置是否小于允许值；如果最大偏移位置不小于允许值，则执行步骤（S3），否则执行步骤（S6）；
（S3）通过电机轴两端的径轴向传感器检测转子轴系的不平衡量，同时通过红外线转角测量仪测量0°标志线得出不平衡量的角度；
（S4）通过设定好的算法计算出需要增加的配重螺钉的角度和重量，并分解为相应配重螺孔所在角度的所需配重；
（S5）通过电子分析天平测量所需相应重量的配重螺钉后，将配重螺钉紧固在计算出的相应角度的配重螺孔中，而后执行步骤（S2）
（S6）按照设定幅度阶梯式增加电机轴的转速，并且判断增加后的转速是否达到电机轴最高转速；如果未达到电机轴最高转速，则执行步骤（S2）；如果达到电机轴最高转速，则完成动平衡调试过程。
本发明采用上述技术方案的一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机及方法的优点是：
利用磁悬浮电机自身的电机定子驱动电机转子转动进而提供电机轴的实际工作转速，利用磁悬浮电机自身的径轴向传感器检测电机轴从低到高转速下的实际不平衡量；而后通过设定好的算法计算出电机轴在实际工作转速需要在第一配重面和第二配重面增加的配重螺钉的角度和重量，并分解为相应配重螺孔所在角度的所需配重；从而使得电机轴能够在实际工作转速下进行动平衡调试，提高了动平衡调试的准确度。同时，此种方式中实际工作转速和不平衡量的检测都由磁悬浮电机自身提供而不需要借助动平衡机进行调试；从而使得具有不同重量转子轴系的磁悬浮电机进行动平衡调试时不需要匹配多个动平衡机，进而降低了调试成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2-4为电机轴的结构示意图。
图5为电机轴在A方向的结构示意图。
图6、图7为配重螺钉的结构示意图。
图8为径轴向传感器的结构示意图。
图9、图10为传感器线圈的结构示意图。
图11为磁悬浮电机动平衡调试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
实施例1
如图1-7所示的一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机，该电机包括外壳1、电机轴2、电机定子3、磁轴承装置4和多个径轴向传感器5；电机定子3套设在电机轴2外壁并且固定嵌设于外壳1的内孔，电机轴2固定设置有电机转子21，电机转子21与电机定子3的位置相对应；磁轴承装置4和径轴向传感器5都套设在电机轴2外壁，径轴向传感器5用于检测电机轴2在径向和轴向的位移；电机轴2两端侧面分别设置有第一配重面22和第二配重面23，第一配重面22和第二配重面23都设置有多个配重螺孔24；多个配重螺孔24相对于电机轴2中心沿着圆周方向分布，并且相邻两个配重螺孔24之间在圆周方向的角度为15°；第一配重面22和第二配重面23的多个配重螺孔24依据动平衡调试过程在相应的角度旋合设置有相应重量的配重螺钉25，配重螺钉25用于抵消电机轴2的动不平衡力偶。此种方式中，利用磁悬浮电机自身的电机定子3驱动电机转子21转动进而提供电机轴2的实际工作转速，利用磁悬浮电机自身的径轴向传感器5检测电机轴2从低到高转速下的实际不平衡量；而后通过设定好的算法计算出电机轴2在实际工作转速需要在第一配重面22和第二配重面23增加的配重螺钉25的角度和重量，并分解为相应配重螺孔24所在角度的所需配重；从而使得电机轴2能够在实际工作转速下进行动平衡调试，提高了动平衡调试的准确度。同时，此种方式中实际工作转速和不平衡量的检测都由磁悬浮电机自身提供而不需要借助动平衡机进行调试；从而使得具有不同重量转子轴系的磁悬浮电机进行动平衡调试时不需要匹配多个动平衡机，进而降低了调试成本。
磁轴承装置4包括位于电机轴2两端的多个径向磁轴承41和轴向磁轴承42，径向磁轴承41和轴向磁轴承42都套设在电机轴2外壁并且固定嵌设于外壳1的内孔；电机轴2外壁固定套设有径向轴承转子26和推力盘27，径向轴承转子26与和径向磁轴承41的位置相对应，两个轴向磁轴承42分别位于推力盘23轴向两端。径向磁轴承41通过对径向轴承转子26的控制进而实现对电机轴2的径向支撑，轴向磁轴承42通过对推力盘23的控制进而实现对电机轴2的轴向限位。
径向轴承转子26为多个轴向堆叠的硅钢片，径轴向传感器5通过检测径向轴承转子26在径向和轴向的位移进而实现对电机轴2径向和轴向位置的检测。
如图8-10所示，径轴向传感器5包括传感器钢片51和传感器线圈52，传感器钢片51设置有多个线圈固定部53；多个传感器线圈52分别固定缠绕在相应位置线圈固定部53，并且多个传感器线圈52在径向沿着电机轴2中心两两对称设置。多对两两对称设置的传感器线圈52中心线相互垂直。
如图5所示，电机轴2一端外壁设置有0°标志线28，0°标志线28用于被红外线转角测量仪检测进而得出电机轴2动不平衡量的角度。
如图3所示，电机轴2外壁固定套设有磁钢护套29，磁钢护套29用于防止电机转子21受到损坏。
如图1所示，外壳1包括电机筒11、前保护轴承座12和后保护轴承座13，前保护轴承座12和后保护轴承座13分别固定在电机筒11两端；电机定子3和磁轴承装置4都固定嵌设于电机筒11的内孔。
前保护轴承座12和后保护轴承座13都设置有保护轴承内孔121，磁悬浮电机还设置有保护轴承6；多个保护轴承6套设在电机轴2外壁并且分别位于前保护轴承座12和后保护轴承座13的保护轴承内孔121，保护轴承6外圈与保护轴承内孔121过盈配合，保护轴承6内圈与电机轴2外壁存在间隙。当设备突然断电或者停机时，径向磁轴承41和轴向磁轴承42失去磁力不能对电机轴2进行支撑限位，此时电机轴2下落并且与保护轴承6内圈相接触被保护轴承6支撑；从而避免电机突然断电或者停机时电机轴2突然下落引起径向磁轴承41和轴向磁轴承42等重要零件的损坏。
如图11所示的一种磁悬浮电机动平衡调试方法，该方法采用一种提高动平衡调试准确度的磁悬浮电机，该方法包括以下的步骤：
（S1）电机定子3通电驱动电机转子21转动进而带动电机轴2按照最低设定速度转动；
（S2）通过电机轴2两端的径轴向传感器5检测电机轴2的最大偏移位置，并且判断最大偏移位置是否小于允许值；如果最大偏移位置不小于允许值，则执行步骤（S3），否则执行步骤（S6）；
（S3）通过电机轴2两端的径轴向传感器5检测转子轴系的不平衡量，同时通过红外线转角测量仪测量0°标志线得出不平衡量的角度；
（S4）通过设定好的算法计算出需要增加的配重螺钉25的角度和重量，并分解为相应配重螺孔24所在角度的所需配重；
（S5）通过电子分析天平测量所需相应重量的配重螺钉25后，将配重螺钉25紧固在计算出的相应角度的配重螺孔24中，而后执行步骤（S2）；
（S6）按照设定幅度阶梯式增加电机轴2的转速，并且判断增加后的转速是否达到电机轴2最高转速；如果未达到电机轴2最高转速，则执行步骤（S2）；如果达到电机轴2最高转速，则完成动平衡调试过程。
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