(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211118338.8 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 浙电 （宁波北仑） 智慧能源 有限公司 地址 315000 浙江省宁波市海曙区丽园北 路1408号 申请人 本元智慧科技有限公司 (72)发明人 费巍　谭智　邱莲莲　严迪波　 曹祥伟　陈恒峰　李雪怡　李鑫　 沈晓敏　周宁一　虞颂天　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 吴航 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 17/13(2006.01)G06F 30/20(2020.01) H02N 15/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 磁悬浮设备中转子-辅助轴承系统的设计方 法及装置 (57)摘要 本发明涉及磁悬浮设备技术领域， 提供一种 磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法及 装置， 所述方法包括： 构建转子 ‑辅助轴承系统的 运动微分方程； 根据运动微分方程， 得到转子的 临界转速随辅助轴承的支撑刚度变化的临界转 速‑支撑刚度曲线； 基于临界转速 ‑支撑刚度曲线 得到缓冲结构的选取刚度； 根据选取刚度、 接触 刚度和非线性受迫运动方程， 得到缓冲结构的最 终刚度， 以便根据缓冲结构的最终刚度， 设计转 子‑辅助轴承系统。 由此， 可以进一步避免转子 跌 落导致辅助轴承的滚动体损坏的现象， 避免辅助 轴承失效的现象， 提高了磁悬浮 设备运行的可靠 性和安全性， 且成本低、 易于实现。 权利要求书2页 说明书10页 附图6页 CN 115203863 A 2022.10.18 CN 115203863 A 1.一种磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统 的设计方法， 其特征在于， 所述磁悬浮设备包 括转子、 磁悬浮轴承、 辅助轴承和设置于所述辅助轴承外圈的缓冲结构， 所述转子、 所述辅 助轴承和所述缓冲结构 构成所述 转子‑辅助轴承系统， 所述方法包括以下步骤： 构建所述 转子‑辅助轴承系统的运动微分方程； 根据所述运动微分方程， 得到所述转子的临界转速随所述辅助轴 承的支撑 刚度变化的 临界转速 ‑支撑刚度曲线； 基于所述临界转速 ‑支撑刚度曲线得到所述缓冲结构的选取刚度； 确定所述转子和所述辅助轴承之间的接触刚度， 并构建所述转子 ‑辅助轴承系统的非 线性受迫运动方程； 根据所述选取刚度、 所述接触刚度和所述非线性受迫运动方程， 得到所述缓冲结构的 最终刚度， 以便根据所述缓冲结构的最终刚度， 设计所述 转子‑辅助轴承系统。 2.根据权利要求1所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 根据所述运动微分方程， 得到所述转子的临界转速随所述辅助轴承的支撑刚度变化的临界 转速‑支撑刚度曲线， 包括： 根据所述运动微分方程得到所述转子 ‑辅助轴承系统 的特征方程， 其中， 所述特征方程 中的参数包括所述辅助轴承的支撑刚度和所述 转子‑辅助轴承系统的临界转速； 确定所述辅助轴承的支撑刚度多个不同的数值； 在所述支撑刚度的每个数值下对所述特征方程进行求解， 以得到所述转子 ‑辅助轴承 系统在所述支撑刚度的每 个数值下的临界转速； 根据所述支撑刚度的所有数值和所述转子 ‑辅助轴承系统的所有临界转速， 得到临界 转速‑支撑刚度曲线。 3.根据权利要求1所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 基于所述临界转速 ‑支撑刚度曲线得到所述缓冲结构的选取刚度， 包括： 确定所述转子的工作转速、 在平动模态下所述转子的临界转速和所述辅助轴 承的支撑 刚度； 根据所述转子的工作转速从所述临界转速 ‑支撑刚度曲线中确定所述转子的工作转速 曲线， 并根据平动模态下所述转子的临界转速和所述辅助轴承的支撑刚度， 从所述临界转 速‑支撑刚度曲线中确定所述 转子‑辅助轴承系统的平动模态曲线： 根据所述工作转速曲线和所述平动模态曲线， 选取 所述缓冲结构的选取刚度。 4.根据权利要求3所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 根据所述选取刚度、 所述接触刚度和所述非线性受迫运动方程， 得到所述缓冲结构的最终 刚度， 包括： 求解所述非线性受迫运动方程， 以得到转子跌落时的位移； 根据所述 位移和所述选取刚度得到所述缓冲结构的刚度基准 值； 根据所述缓冲结构的刚度基准值确定所述缓冲结构的最终刚度， 其中， 所述缓冲钢结 构的最终刚度大于所述刚度基准 值。 5.根据权利要求4所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 根据所述 位移和所述选取刚度得到所述缓冲结构的刚度基准 值， 包括： 根据所述 位移判断所述缓冲结构的选取刚度是否符合预设要求；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203863 A 2如果所述选取刚度不符合所述预设要求， 则重新选取 所述选取刚度； 如果所述选取刚度符合所述预设要求， 则将所述选取刚度作为所述缓冲结构的刚度基 准值。 6.根据权利要求5所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 根据所述 位移判断所述缓冲结构的选取刚度是否符合预设要求， 包括： 确定所述磁悬浮设备中传感器和所述磁悬浮轴承之间的间隙； 判断所述 位移的大小是否超过 所述传感器和所述磁悬浮轴承之间的间隙； 如果所述位移的大小超过所述传感器和所述磁悬浮轴承之间的间 隙， 则确定所述缓冲 结构的选取刚度不符合预设要求； 如果所述位移的大小不超过所述传感器和所述磁悬浮轴 承之间的间 隙， 则确定所述缓 冲结构的选取刚度符合预设要求。 7.根据权利要求2所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 所述特征方程为： 其中， M是所述转子的质量矩阵， C是所述转子的阻尼矩阵， K是所述转子的刚度矩阵， Ks 是所述辅助轴承的支撑刚度， X0是所述转子 ‑辅助轴承系统的模态， γ是所述转子 ‑辅助轴 承系统的临界转速 。 8.根据权利要求4所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 所述非线性受迫运动方程 为： 其中， M是所述转子的质量矩阵， C是所述转子的阻尼矩阵， K是所述转子的刚度矩阵， 所 述转子的刚度矩阵中包含所述缓冲结构的刚度系数， fc是所述转子和所述辅助轴承之间的 接触力， X 是所述转子跌落时的位移， 是X的一阶导数， 是X的二阶导数。 9.根据权利要求8所述的磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计方法， 其特征在于， 求解所述非线性受迫运动方程， 包括： 通过变步长四阶Runge ‑Kutta积分法求 解所述非线性受迫运动方程。 10.一种磁悬浮设备中转子 ‑辅助轴承系统的设计装置， 其特征在于， 所述磁悬浮设备 包括转子、 磁悬浮轴承、 辅助轴承和设置于所述辅助轴承外圈的缓冲结构， 所述转子、 所述 辅助轴承和所述缓冲结构 构成所述 转子‑辅助轴承， 所述装置包括： 构建模块， 用于构建所述 转子‑辅助轴承系统的运动微分方程； 第一确定模块， 用于根据所述运动微分方程， 得到所述转子的临界转速随所述辅助轴 承的支撑刚度变化的临界转速 ‑支撑刚度曲线； 第二确定模块， 用于根据所述临界转速 ‑支撑刚度曲线得到所述缓冲结构的选取刚度； 第三确定模块， 用于确定所述转子和所述辅助轴承之间的接触刚度， 并构建所述转子 ‑ 辅助轴承系统的非线性受迫运动方程； 第四确定模块， 用于根据 所述选取刚度、 所述接触 刚度和所述非线性受迫运动方程， 得 到所述缓冲结构的最终 刚度， 以便根据所述缓冲结构的最 终刚度， 设计所述转子 ‑辅助轴承 系统。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203863 A 3