一种高速磁悬浮电机的保护装置及方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机领域，尤其涉及一种高速磁悬浮电机的保护装置及方法。

背景技术

磁悬浮电机是一种定子和转子无接触运行的特种电机，利用磁场的磁力使转子进行悬浮，同时在推进力的作用下使转子在悬浮状态下运动；相较于传统电机而言，磁悬浮电机的定子和转子不存在机械接触，磨损较小且可以带来较高的加速度，同时检修与维护较为方便，可以较好的适用于各式各样的特殊场合。

随着磁悬浮技术的日渐成熟，磁悬浮电机被越来越广泛的被应用于实际生产实际中。当磁悬浮电机在高速运转时，如果突然出现断电的故障，悬浮磁场将消失，转子将会直接掉落，导致磁悬浮轴承被损坏，磁悬浮电机被损伤。

公开号为CN207573076 U的中国专利公开了一种磁悬浮电机的备用电源供电系统，供电系统包括输入端、输出端、线圈、接触器、不间断电源以及控制与延时电路。上述该类保护方法可以消除由外界断电导致的断电故障，有效降低故障率，同时提供故障数据来分析故障原因。但其所采用的保护电路较为繁杂，且备用电源要采取不间断的交流电，难以保证在电机电源断电时，备用电源可以及时供电，而且生产成本和使用成本较高，使用效果差。

发明内容

为了解决问题磁悬浮电机使用过程中突然断电转子掉落导致磁悬浮轴承被损坏，且现有技术中的保护方案使用效果差且生产成本高等问题，本发明提供一种高速磁悬浮电机的保护装置及方法。

本发明技术方案是通过以下方案实现的：一种高速磁悬浮电机的保护装置，包括气泵组件、管线组件、径向磁悬浮轴承、转子、垫圈组件、位移传感器、轴向磁悬浮轴承和定子；所述气泵组件与管线组件连通，所述径向磁悬浮轴承下方依次设置有转子、垫圈组件、轴向磁悬浮轴承和定子，在所述转子的外表面对称安装有有位移传感器；所述管线组件包括直管和环管，所述直管的一端与气泵组件连通另一端与环管连通，所述环管设置有两个，两个所述环管分别安装于径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的内侧。

通过以上技术方案，位移传感器对称安装在转子的外表面，用于监测转子的偏移距离，当转子的偏移距离超过了预设的安全距离时，环管在转子下落过程中对其起到缓冲和保护磁悬浮轴承的作用；由于设置了位移传感器因此该种保护装置具有实时监测的能力，具有实时性高效性，且装置结构简单有效降低了成本。

作为优选，所述气泵组件包括气泵、备用电源和备用电源通电导线，所述气泵通过备用电源通电导线与备用电源连接，所述气泵另一侧与直管连通。

通过以上技术方案：气泵与备用电源连接，当电机断电时即可自动启动备用电源对直管进行充气，或当位移传感器监测到转子的偏移距离超过了预设的安全距离时，气泵也自动对直管进行充气，直管与环管连通，环管充气膨胀对磁悬浮轴承起到保护作用。

作为优选，所述垫圈组件安装于转子的中心位置，所述垫圈组件包括橡胶层、电活性聚合物层、通电孔和通电导线，所述橡胶层位于电活性聚合物层的外侧，在所述电活性聚合物层上设置有通电孔，所述通电导线通过通电孔连接电活性聚合物层，所述通电导线与电机连接于同一电源。

通过以上技术方案，通电导线通过通电孔连接电活性聚合物层，电活性聚合物材料具有通电收缩的特性且该过程可逆，电机正常运行时，电活性聚合物通电收缩，垫圈收缩失电时，垫圈会膨胀，缓冲高速落下的转子的冲击力，保护磁悬浮轴承，垫圈组件与环管对磁悬浮轴承起到双重保护作用，使得保护装置具备一定的容错性，产生意外的概率低，安全系数更高。

作为优选，所述环管为扁形中空结构，在所述环管中设置有阻燃剂助剂层。

作为优选，在所述气泵上设置有自动停机开关，所述自动停机开关与管线组件通信连接。

通过以上技术方案，在环管中设置有阻燃剂助剂层有效避免了高速摩擦下容易起火燃烧的情况；同时设置自动停机开关在监测到管线组件内的压力过大时自动停机避免发生压力过大爆炸的情况，使得保护装置具备可控性。

本发明还提供一种高速磁悬浮电机的保护方法，包括以下操作步骤：

A：在电机启动前预设好转子的安全偏移距离；

B：启动电机并通过位移传感器监测转子偏移的距离；

C：当监测到转子偏移距离超过了设定值后自动开启对电机的保护模式。

7.根据权利要求6述一种高速磁悬浮电机的保护方法，其特征在于：所述步骤C包括：

c1：电机断电时，垫圈组件在电活性聚合物的作用下开始膨胀，垫圈组件随之膨胀；

c2：位移传感器监测到转子的偏移距离超过了预设的安全偏移距离：

c3：气泵在备用电源的供电下开始工作，对环管进行充气使其膨胀。

8.根据权利要求6述一种高速磁悬浮电机的保护方法，其特征在于：在所述步骤c3后还包括，当气泵上的自动停机开关检测到管线组件内的压力达到停机压力则自动断开气泵与备用电源的连接。

通过以上技术方案，该种保护方案采用双重保护且保护过程可控制，保护方法具有容错性，同时保护效果好实时监测更加高效，结构简单成本低。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过将位移传感器对称安装在转子的外表面，用于监测转子的偏移距离，当转子的偏移距离超过了预设的安全距离时，环管在转子下落过程中对其起到缓冲和保护磁悬浮轴承的作用；由于设置了位移传感器因此该种保护装置具有实时监测的能力，具有实时性高效性，且装置结构简单有效降低了成本。

2.本发明通过气泵与备用电源连接，当电机断电时即可自动启动备用电源对直管进行充气，或当位移传感器监测到转子的偏移距离超过了预设的安全距离时，气泵也自动对直管进行充气，直管与环管连通，环管充气膨胀对磁悬浮轴承起到保护作用；通电导线通过通电孔连接电活性聚合物层，电活性聚合物材料具有通电收缩的特性且该过程可逆，电机正常运行时，电活性聚合物通电收缩，垫圈收缩失电时，垫圈会膨胀，缓冲高速落下的转子的冲击力，保护磁悬浮轴承，垫圈组件与环管对磁悬浮轴承起到双重保护作用，使得保护装置具备一定的容错性，产生意外的概率低，安全系数更高。

3.本发明通过在环管中设置有阻燃剂助剂层有效避免了高速摩擦下容易起火燃烧的情况；同时设置自动停机开关在监测到管线组件内的压力过大时自动停机避免发生压力过大爆炸的情况，使得保护装置具备可控性。

附图说明

图1是本发明高速磁悬浮电机的保护装置结构爆炸试图；

图2是本发明垫圈组件结构示意图：

图3是本发明气泵组件和管线组件连接结构示意图。

附图标记说明：1、气泵组件；11、气泵；12、备用电源；13、备用电源通电导线；2、管线组件；21、直管；22、环管；3、径向磁悬浮轴承；4、转子；5、垫圈组件；51、橡胶层；52、电活性聚合物层；53、通电孔；54、通电导线；6、位移传感器；7、轴向磁悬浮轴承；8、定子。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种高速磁悬浮电机的保护装置，如图1-图3所示，包括气泵组件1、管线组件2、径向磁悬浮轴承3、转子4、垫圈组件5位移传感器6轴向磁悬浮轴承7和定子8；气泵组件1与管线组件2连通，径向磁悬浮轴承组件3下方依次设置有转子4、垫圈组件5、轴向磁悬浮轴承7和定子8，在转子4的外表面对称安装有有位移传感器6；管线组件2包括直管21和环管22，直管21的一端与气泵组件1连通另一端与环管22连通，环管22设置有两个，两个环管22分别安装于径向磁悬浮轴承3和轴向磁悬浮轴承7的内侧。

如图3所示，其中，气泵组件1包括气泵11、备用电源12和备用电源通电导线13，气泵11通过备用电源通电导线13与备用电源12连接，气泵11另一侧与直管21连通，在气泵11上设置有自动停机开关，自动停机开关与管线组件2通信连接，当电机断电后通过备用电源通电导线13将备用电源12与气泵11连通，使气泵11恢复供电，气泵11向直管21和环管22内充气使其膨胀，或当位移传感器6监测到转子4的偏移距离超过了预设的安全距离时，气泵11也自动对直管21和环管22充气，对下落的转子4起到缓冲作用防止磁悬浮轴承被高速下落的转子4破坏；环管22为扁形中空结构，在环管22中添加有阻燃剂助剂，通过在环管22中设置有阻燃剂助剂层有效避免了高速摩擦下容易起火燃烧的情况；同时设置自动停机开关在监测到管线组件2内的压力过大时自动停机避免发生压力过大爆炸的情况，使得保护装置具备可控性。

垫圈组件5安装于转子4的中心位置，垫圈组件5由两层组成，包括橡胶层51和电活性聚合物层52、在垫圈组件5上还设置有通电孔53和通电导线54，橡胶层51位于电活性聚合物层52的外侧，在电活性聚合物层52上设置有通电孔53，通电导线54通过通电孔53连接电活性聚合物层52，通电导线54与电机连接于同一电源；电活性聚合物层52由电活性聚合物组成，电活性聚合物的特性为通电会收缩，在使用过程中，电机正常运行时垫圈组件5收缩气泵11关闭，突发断电时，由于电活性聚合物层通过通电导线与电机连于同一电源，在失电后电活性聚合物迅速膨胀使得垫圈组件5膨胀，有效降级了转子4高速落下对轴向磁悬浮轴承7的冲击力，降低轴向磁悬浮轴承7被破坏的风险，通过垫圈组件5与环管22的主动与被动的双重保护，使得该保护装置具有了一定的容错性，产生意外的概率低，安全系数更高。

实施例2：本实施例还提供了实施例1中应用一种高速磁悬浮电机的保护装置保护方法，

一种高速磁悬浮电机的保护方法，包括以下操作步骤：

A：在电机启动前预设好转子4的安全偏移距离；

B：启动电机并通过位移传感器6监测转子4偏移的距离；

C：当监测到转子4偏移距离超过了设定值后自动开启对电机的保护模式。

其中步骤C包括：

c1：电机断电时，垫圈组件5中的在电活性聚合物的作用下开始膨胀，垫圈组件5随之膨胀；

c2：位移传感器6监测到转子4的偏移距离超过了预设的安全偏移距离：

c3：气泵11在备用电源12的供电下开始工作，对环管22进行充气使其膨胀。

c3：当气泵上11的自动停机开关检测到管线组件2内的压力达到停机压力则自动断开气泵11的电源。

以上，仅是本发明较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，仍属于本发明技术方案的保护范围。