磁性軸承系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁性軸承系統(tǒng)及其控制方法。所述磁性軸承系統(tǒng)包括第一電磁鐵、與所述第一電磁鐵相對的第二電磁鐵和設(shè)置在所述第一電磁鐵與所述第二電磁鐵之間的轉(zhuǎn)子。所述第一電磁鐵和第二電磁鐵配置用于施加磁力。所述系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器配置用于確定將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括非線性補(bǔ)償裝置，所述非線性補(bǔ)償裝置配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持預(yù)定硬度。所述第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電流設(shè)定點(diǎn)基于所述控制器確定的所述控制動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算。
【專利說明】磁性軸承系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書中所述的實(shí)施例總體上涉及一種磁性軸承(Magneticbearing)系統(tǒng),確切地說，涉及一種磁性軸承系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償。
【背景技術(shù)】
[0002]主動(dòng)式磁性軸承系統(tǒng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)件的非接觸式支撐。主動(dòng)式磁性軸承的非接觸式特征能夠減小轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)阻力并減少旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的磨損，從而提聞旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)部件的效率并延長其壽命。
[0003]至少一些已知的主動(dòng)式磁性軸承系統(tǒng)包括至少一對致動(dòng)器(actuators)或者電磁鐵、位置傳感器和控制器。所述位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子相對于致動(dòng)器的位置或者實(shí)際空氣間隙距離。所述空氣間隙距離作為信號傳輸?shù)娇刂破?，所述控制器將所述?shí)際空氣間隙距離與轉(zhuǎn)子運(yùn)行的優(yōu)選空氣間隙距離(“優(yōu)選運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)”)進(jìn)行比較。所述控制器隨后發(fā)出與使轉(zhuǎn)子返回到優(yōu)選運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)所需的軸承電流改變相關(guān)的勵(lì)磁電流。
[0004]此類已知的主動(dòng)式磁性軸承系統(tǒng)通常使用相對于彼此運(yùn)行的一對致動(dòng)器。具體來說，隨著第一致動(dòng)器中的電流和力增大，第二致動(dòng)器中的電流和力大體減小類似的量。施加在轉(zhuǎn)子上的磁力與致動(dòng)器上的勵(lì)磁電流之間形成非線性關(guān)系。相對于空氣間隙距離的優(yōu)選運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)處的連續(xù)運(yùn)行而言，此類非線性關(guān)系使這些已知系統(tǒng)在啟動(dòng)和/或關(guān)機(jī)期間的性能(behave)不同。此外，常規(guī)啟動(dòng)例程可能包括將懸浮距離緩慢提高到最大可用空氣間隙，以便校準(zhǔn)系統(tǒng)并評估著陸軸承(Landing bearing)的剩余壽命。此類過程將經(jīng)歷性能(behaviors)大為不同的廣泛運(yùn)行點(diǎn)范圍。
[0005]為抵消不同運(yùn)行點(diǎn)的非線性性能，至少一個(gè)已知系統(tǒng)使用偏置電流策略來部分減少主動(dòng)式磁性軸承在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)處的非線性性能。此類偏置電流策略通常無法減少在啟動(dòng)和關(guān)機(jī)過程中的非線性性能。此外，此類策略效率低下，因?yàn)閮蓚€(gè)相對的致動(dòng)器始終需要電流來產(chǎn)生將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到設(shè)定點(diǎn)所需的相對力，因而產(chǎn)生能量浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，本發(fā)明提供一種磁性軸承系統(tǒng)。所述磁性軸承系統(tǒng)包括第一電磁鐵、與所述第一電磁鐵相對的第二電磁鐵和位于所述第一電磁鐵與所述第二電磁鐵之間的轉(zhuǎn)子。所述第一電磁鐵和第二電磁鐵配置用于施加磁力。所述系統(tǒng)還包括控制器，所述控制器配置用于確定將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括非線性補(bǔ)償裝置，所述非線性補(bǔ)償裝置配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持預(yù)定硬度(Predetermined stiffness)。所述第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電流設(shè)定點(diǎn)基于所述控制器確定的控制動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算。
[0007]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置獨(dú)立于所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙距離而產(chǎn)生所述第一電磁鐵和第二電磁鐵的大體恒定的合成硬度(Resultantstiffness)。
[0008]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置使所述控制器確定的所述控制動(dòng)作與施加到所述轉(zhuǎn)子的所述磁力之間產(chǎn)生線性關(guān)系。
[0009]其中，所述控制動(dòng)作包括將所述轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定設(shè)定點(diǎn)所需的磁力或?qū)⑺鲛D(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定設(shè)定點(diǎn)所需的電流。
[0010]所述的磁性軸承系統(tǒng)進(jìn)一步包括連接到所述第一電磁鐵和第二電磁鐵中的至少一個(gè)的至少一個(gè)位置傳感器，所述至少一個(gè)位置傳感器配置用于將相對于所述第一電磁鐵和第二電磁鐵中的至少一個(gè)的轉(zhuǎn)子位置信息傳輸?shù)剿隹刂破鳌?br> [0011]其中，所述控制器通過測量所述第一電磁鐵和第二電磁鐵中的至少一個(gè)的電感變化來測量所述轉(zhuǎn)子的位置。
[0012]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置配置用于在所述磁性軸承系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持大體恒定的致動(dòng)增益(Actuationgain)。
[0013]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置進(jìn)一步配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的運(yùn)行期間維持硬度。
[0014]其中，所述轉(zhuǎn)子安裝在以下任一項(xiàng)中:壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、渦輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。
[0015]其中，所述轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)位于以下任一項(xiàng)處:所述第一電磁鐵與第二電磁鐵之間的中心位置以及所述第一電磁鐵和第二電磁鐵之間的偏心位置。
[0016]另一方面，本發(fā)明提供一種用于控制磁性軸承系統(tǒng)的方法，其中所述磁性軸承系統(tǒng)包括位于相對的第一電磁鐵和第二電磁鐵之間的轉(zhuǎn)子、控制器以及非線性補(bǔ)償裝置。所述方法包括測量所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙距離。所述方法還包括使用所述非線性補(bǔ)償裝置計(jì)算所述第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持預(yù)定硬度。所述方法進(jìn)一步包括向所述第一電磁鐵施加第一電流設(shè)定點(diǎn)和向所述第二電磁鐵施加第二電流設(shè)定點(diǎn)。
[0017]所述的方法進(jìn)一步包括獨(dú)立于所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的所述空氣間隙距離，使用所述非線性補(bǔ)償裝置產(chǎn)生所述第一電磁鐵和第二電磁鐵的大體恒定的合成硬度。
[0018]所述的方法進(jìn)一步包括，使用所述非線性補(bǔ)償裝置，使所述控制器確定的、將所述轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作與所述第一電磁鐵和第二電磁鐵向所述轉(zhuǎn)子施加的磁力之間產(chǎn)生線性關(guān)系。
[0019]所述的方法進(jìn)一步包括通過所述控制器確定將所述轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作。
[0020]所述的方法進(jìn)一步包括使用所述非線性補(bǔ)償裝置在所述磁性軸承系統(tǒng)的所有運(yùn)行點(diǎn)處維持恒定的致動(dòng)增益。
[0021]另一方面，本發(fā)明提供一種用于磁性軸承系統(tǒng)的非線性補(bǔ)償裝置。所述非線性補(bǔ)償裝置配置用于計(jì)算第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持預(yù)定硬度。所述第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電流設(shè)定點(diǎn)基于控制器確定的將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算。
[0022]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置獨(dú)立于所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙距離而產(chǎn)生所述第一電磁鐵和第二電磁鐵的大體恒定的合成硬度。
[0023]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置使所述控制器確定的、將所述轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作與所述第一電磁鐵和第二電磁鐵向所述轉(zhuǎn)子施加的磁力之間產(chǎn)生線性關(guān)系。
[0024]其中，所述非線性補(bǔ)償裝置進(jìn)一步配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)的運(yùn)行期間維持硬度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0026]圖1示出了示例性磁性軸承系統(tǒng)的簡化方框圖。
[0027]圖2示出了用于控制磁性軸承系統(tǒng)的示例性方法的流程圖。
[0028]除非另作說明，否則本說明書中提供的附圖用于示出本發(fā)明的關(guān)鍵發(fā)明特征?？梢韵嘈胚@些關(guān)鍵發(fā)明特征適用于包括本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的各種系統(tǒng)。因此，附圖并不包括所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的實(shí)踐本發(fā)明所需的所有傳統(tǒng)特征。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在以下說明和隨附權(quán)利要求中，將參考多個(gè)術(shù)語，這些術(shù)語的定義如下。
[0030]除非上下文明確另作規(guī)定，否則單數(shù)“一個(gè)”、“一種”和“所述”包括復(fù)數(shù)參考。
[0031]“可選”或“可選地”意指后續(xù)描述的事件或情況可能會(huì)或可能不會(huì)發(fā)生，并且所述描述同時(shí)包括事件發(fā)生或者不發(fā)生的情況。
[0032]本說明書中和權(quán)利要求書中所用的近似語言可用于修飾任何定量表示，這些定量表示能夠在許可范圍內(nèi)變動(dòng)，而不改變相關(guān)的基本功能。因此，由一個(gè)或多個(gè)“約”和“大體上”等術(shù)語修飾的值并不限于所指定的精確值。在至少一些情況下，近似語言可能與用于測量值的儀器的精度對應(yīng)。此處以及在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，范圍限制可以相結(jié)合和/或交替，除非上下文或語言另作規(guī)定，否則此類范圍均指示并且包括本說明書中包含的所有子范圍。
[0033]圖1示出了示例性主動(dòng)式磁性軸承系統(tǒng)100的簡化方框圖。磁性軸承系統(tǒng)100可以實(shí)施在具有旋轉(zhuǎn)元件(例如轉(zhuǎn)子102)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器(未圖示)上。此類旋轉(zhuǎn)機(jī)器的實(shí)例包括但不限于，壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、潤輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。在示例性實(shí)施例中，磁性軸承系統(tǒng)100包括置于轉(zhuǎn)子102的相對側(cè)上的第一電磁鐵104和第二電磁鐵106，用于將轉(zhuǎn)子102支撐在非接觸式懸浮狀態(tài)。系統(tǒng)100還包括連接到電磁鐵104和106中的至少一個(gè)電磁鐵的至少一個(gè)位置傳感器108，用于確定轉(zhuǎn)子102與電磁鐵104或106之間的空氣間隙距離。若總間隙距離已知，即可通過用總間隙距離減去測量間隙距離得出電磁鐵104或106的空氣間隙距離，而無需使用位置傳感器108。系統(tǒng)100進(jìn)一步包括控制器110，所述控制器110以通信方式連接(Communicativelycoupled to)以從以通信方式連接到控制器110和電磁鐵104和106的位置傳感器108和非線性補(bǔ)償裝置112接收指示空氣間隙距離的信息，以計(jì)算提供給電磁鐵104和106以維持在預(yù)定負(fù)硬度的電流水平。在替代實(shí)施例中，非線性補(bǔ)償裝置112可以嵌入控制器110中。在系統(tǒng)100的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)期間維持預(yù)定負(fù)硬度。非線性補(bǔ)償裝置112確定的電流信號通過功率放大器114產(chǎn)生并且施加到電磁鐵104和106。在替代實(shí)施例中，每個(gè)電磁鐵104和106可以是包括永久磁鐵和電磁鐵組合的混合構(gòu)造。
[0034]在示例性實(shí)施例中，位置傳感器108配置用于將轉(zhuǎn)子102的位置相關(guān)信息傳輸?shù)娇刂破?10，通常以電壓的形式進(jìn)行傳輸。通常，位置傳感器108經(jīng)過校準(zhǔn)，以便在轉(zhuǎn)子102處于所需設(shè)定點(diǎn)時(shí)，位置傳感器108產(chǎn)生零電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子102移動(dòng)到此所需設(shè)定點(diǎn)以上時(shí)產(chǎn)生正電壓，并且在移動(dòng)到其以下時(shí)產(chǎn)生負(fù)電壓。在替代實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以實(shí)施無傳感器軸承，其中轉(zhuǎn)子102的位移通過測量電磁鐵104和106中的一個(gè)電磁鐵的電感變化來進(jìn)行檢測。
[0035]在示例性實(shí)施例中，控制器110和非線性補(bǔ)償裝置112各自包括和/或?qū)嵤橹辽僖粋€(gè)處理器。本說明書中所述的處理器包括任何合適的可編程電路，例如但不限于，一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和微控制器、微處理器、精簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路(PLC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和/或能夠執(zhí)行本說明書中所述功能的其他任何電路。上述實(shí)例僅為示例性的，因此并不用于以任何方式限制術(shù)語“處理器”的定義和/或意義。
[0036]在示例性實(shí)施例中，控制器110接收位置傳感器108發(fā)出的空氣間隙距離。所述空氣間隙距離與第一電磁鐵104與轉(zhuǎn)子102之間的距離以及第二電磁鐵106與轉(zhuǎn)子102之間的距離相關(guān)?？刂破?10將所述空氣間隙距離與空氣間隙距離的預(yù)定設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較。在示例性實(shí)施例中，控制器110隨后基于所述比較產(chǎn)生控制動(dòng)作信號。所述控制動(dòng)作表示將轉(zhuǎn)子102定位回預(yù)定設(shè)定點(diǎn)所需的力。確定控制動(dòng)作之后，控制器110將控制動(dòng)作信號傳輸?shù)椒蔷€性補(bǔ)償裝置112。
[0037]在示例性實(shí)施例中，非線性補(bǔ)償裝置112配置用于為電磁鐵104和106的非線性提供補(bǔ)償。具體來說，在示例性實(shí)施例中，非線性補(bǔ)償裝置112配置用于將電磁鐵104和106的預(yù)定負(fù)硬度(Predeterminednegative stiffness)維持在恒定水平。為維持恒定的負(fù)硬度，非線性補(bǔ)償裝置112通過控制施加到每個(gè)電磁鐵104和106的電流來平衡施加到轉(zhuǎn)子102上的引力。如上所述，控制器110將所需的力傳輸?shù)椒蔷€性補(bǔ)償裝置112。還向非線性補(bǔ)償裝置112提供所需水平的負(fù)硬度。負(fù)硬度的水平為每個(gè)應(yīng)用或系
統(tǒng)分別指定。在已知所需的力和所需的負(fù)硬度的情況下，通過方程式/ = fc-1
和蓬=kx =+ 確定電磁鐵104和106中的電流水平，其中f是控制器110
計(jì)算出的力，kx是所需的負(fù)硬度，k是取決于間隙表面積和磁體線圈匝數(shù)的常數(shù)，I1和I2是分別為電磁鐵104和106計(jì)算的電流，I2是電磁鐵104或106中的一個(gè)電磁鐵的空氣間隙距離，以及Is是電磁鐵104和106的間隙長度的已知總和。I1是I2需要從上述兩個(gè)
方程式確定的兩個(gè)未知變量。通過計(jì)算，可以得到I1和I2的值:/i和if=iIMghg￡l/2kts。如果將f視作控制變量，則此解唯一。
[0038]在示例性實(shí)施例中，I1和I2在飽和之前具有最小和最大運(yùn)行限制。最小電流限制Imin是0A。最大限流限制Imax取決于動(dòng)力電子設(shè)備的功能和電流流過的導(dǎo)線直徑。如果I1或I2的值超出其運(yùn)行限制而變得飽和，則在上述方程式中，飽和電流設(shè)置為其限制，此時(shí)只剩一個(gè)未知的變量來解答兩個(gè)方程式。在這種情況下，計(jì)算非飽和的電流以滿足力f的方程式。在此條件下，硬度kx無法實(shí)施為恒定值。
[0039]在計(jì)算I1和I2的值之后，非線性補(bǔ)償裝置112分別傳出電磁鐵104和106的電流控制信號I1和12。
[0040]在示例性實(shí)施例中，電流控制信號I1和I2經(jīng)過功率放大器114以向電磁鐵104和106提供電流，并且提供沿每個(gè)電磁鐵104和106更正轉(zhuǎn)子102的位置的引力。在一些實(shí)施例中，功率放大器114僅為電壓開關(guān)，其根據(jù)控制器110的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號在高頻率下打開和關(guān)閉。
[0041]在示例性實(shí)施例中，主動(dòng)式磁性軸承系統(tǒng)100作為閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)作。此外，在示例性實(shí)施例中，預(yù)定硬度為負(fù)并且為系統(tǒng)100的開環(huán)特性。非線性補(bǔ)償裝置112將系統(tǒng)100的總體硬度改變?yōu)檎挡⒎€(wěn)定磁性軸承的總體性能。系統(tǒng)100可以具有在每秒2，000到100，000次的采樣率，也可以稱為具有2kHz到IOOkHz的采樣率頻率。
[0042]圖2示出了用于控制磁性軸承系統(tǒng)的示例性方法200的流程圖。在示例性實(shí)施例中，磁性軸承系統(tǒng)包括位于相對的第一電磁鐵和第二電磁鐵之間的轉(zhuǎn)子、控制器以及非線性補(bǔ)償裝置。
[0043]在示例性實(shí)施例中，所述方法包括202，測量第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙距離?；谒隹諝忾g隙距離，所述控制器可以確定將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作。在一些實(shí)施例中，所述控制動(dòng)作可以是將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的力。
[0044]在示例性實(shí)施例中，所述方法還包括204，使用非線性補(bǔ)償裝置計(jì)算第一電磁鐵的第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電磁鐵的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以將所述磁性軸承系統(tǒng)的所有運(yùn)行點(diǎn)處維持恒定硬度。在一個(gè)實(shí)施例中，所述非線性補(bǔ)償裝置獨(dú)立于所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與所述轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙距離而形成第一電磁鐵和第二電磁鐵的大體恒定的合成硬度。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述非線性補(bǔ)償裝置產(chǎn)生所述控制器產(chǎn)生的控制動(dòng)作與所述轉(zhuǎn)子施加的磁力之間的線性關(guān)系。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述非線性補(bǔ)償裝置使用所述非線性補(bǔ)償裝置在所述磁性軸承系統(tǒng)的所有運(yùn)行點(diǎn)處維持恒定的致動(dòng)增益。
[0045]所述方法進(jìn)一步包括206，向所述第一電磁鐵施加第一電流設(shè)定點(diǎn)和向所述第二電磁鐵施加第二電流設(shè)定點(diǎn)。
[0046]本說明書中所述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)磁性軸承在完整線性運(yùn)行范圍上的非線性補(bǔ)償或者大幅減小非線性運(yùn)行區(qū)域，具體取決于電磁鐵功能。此外，所述非線性補(bǔ)償裝置通過減小控制磁性軸承系統(tǒng)中存在的非線性性能所需的堅(jiān)固性來提高轉(zhuǎn)子的運(yùn)行性能。此外，全部或幾乎全部運(yùn)行區(qū)域中的線性性能使得能夠縮短安全經(jīng)過多個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的調(diào)試時(shí)間并且評估磁性軸承系統(tǒng)的物理性質(zhì)。
[0047]本說明書中所述的方法、系統(tǒng)和設(shè)備的示例性技術(shù)效果包括以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):(a)提高運(yùn)行磁性軸承系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子的性能；以及(b)縮短安全經(jīng)過多個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的調(diào)試時(shí)間并評估磁性軸承系統(tǒng)的物理性質(zhì)。
[0048]以上詳細(xì)描述了磁性軸承系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。所述磁性軸承系統(tǒng)及其控制方法并不限于本說明書中所述的特定實(shí)施例，相反，本說明書中所述系統(tǒng)的部件和/或方法的步驟可以獨(dú)立于其他部件和/或步驟使用。例如，所述方法還可以與其他磁性軸承系統(tǒng)和方法結(jié)合使用，并不限于僅使用本說明書中所述的磁性軸承系統(tǒng)及其控制方法進(jìn)行實(shí)踐。但是，示例性實(shí)施例可以結(jié)合許多其他磁性軸承系統(tǒng)應(yīng)用來實(shí)施和使用。
[0049]盡管本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的特定特征可以在一些附圖中示出而在其他附圖中未示出，但這僅用于簡要地說明。根據(jù)本發(fā)明的原則，附圖中的任何特征可以接合其他任何附圖中的任何特征來參考和/或提出權(quán)利要求。
[0050]本說明書使用了各種實(shí)例來披露本發(fā)明，包括最佳模式，同時(shí)也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包含所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包含的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也應(yīng)在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性軸承系統(tǒng)(100)，包括: 第一電磁鐵(104)和與所述第一電磁鐵(104)相對的第二電磁鐵(106)，所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)配置用于施加磁力； 設(shè)置在所述第一電磁鐵(104)與所述第二電磁鐵(106)之間的轉(zhuǎn)子(102)； 控制器(110)，所述控制器(110)配置用于確定將所述轉(zhuǎn)子(102)移動(dòng)到預(yù)定轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)所需的控制動(dòng)作；以及 非線性補(bǔ)償裝置(112)，所述非線性補(bǔ)償裝置(112)配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵(104)的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵(106)的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)(100)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持預(yù)定硬度，其中所述第一電流設(shè)定點(diǎn)和第二電流設(shè)定點(diǎn)基于所述控制器(110)確定的所述控制動(dòng)作進(jìn)行計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述非線性補(bǔ)償裝置(112)獨(dú)立于所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)與所述轉(zhuǎn)子(102)之間的空氣間隙距離而產(chǎn)生所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)的大體恒定的合成硬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述非線性補(bǔ)償裝置(112)使所述控制器(Iio)確定的所述控制動(dòng)作與施加到所述轉(zhuǎn)子(102)的所述磁力之間產(chǎn)生線性關(guān)系O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述控制動(dòng)作包括將所述轉(zhuǎn)子(102)移動(dòng)到預(yù)定設(shè)定點(diǎn)所需的磁力或?qū)⑺鲛D(zhuǎn)子(102)移動(dòng)到預(yù)定設(shè)定點(diǎn)所需的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括連接到所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)中的至少一個(gè)的至少一個(gè)位置傳感器(108)，所述至少一個(gè)位置傳感器(108)配置用于將相對于所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)中的至少一個(gè)的轉(zhuǎn)子位置信息傳輸?shù)剿隹刂破?110)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述控制器(110)通過測量所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)中的至少一個(gè)的電感變化來測量所述轉(zhuǎn)子(102)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述非線性補(bǔ)償裝置(112)配置用于在所述磁性軸承系統(tǒng)(100)的啟動(dòng)、運(yùn)行和關(guān)機(jī)中的至少一個(gè)期間維持大體恒定的致動(dòng)增益。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述非線性補(bǔ)償裝置(112)進(jìn)一步配置用于計(jì)算所述第一電磁鐵(104)的第一電流設(shè)定點(diǎn)和所述第二電磁鐵(106)的第二電流設(shè)定點(diǎn)，以在所述磁性軸承系統(tǒng)(100)的運(yùn)行期間維持硬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述轉(zhuǎn)子(102)安裝在以下任一項(xiàng)中:壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵、渦輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性軸承系統(tǒng)(100)，其中所述轉(zhuǎn)子設(shè)定點(diǎn)位于以下任一項(xiàng)處:所述第一電磁鐵(104)與第二電磁鐵(106)之間的中心位置以及所述第一電磁鐵(104)和第二電磁鐵(106)之間的偏心位置。
【文檔編號】F16C32/04GK103851082SQ201310628588
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】L.C.卡默 申請人:通用電氣公司